ネイピアデルティック

ネイピア・デルティックエンジンは、 D.ネイピア＆サン社が設計・製造した、船舶および機関車用途で使用される英国製の対向ピストン式バルブレス過給式 ユニフロー掃気2ストローク ディーゼルエンジンである。珍しいことに、シリンダーは3バンクの三角形に配置され、三角形の各頂点にクランクシャフトが配置されている。

デルティック（「ギリシャ文字の大文字デルタの形」を意味する）は、デルティック E.130 対向ピストン高速ディーゼルエンジンと、イングリッシュ・エレクトリック社がこれらのエンジンを使用して製造した機関車の両方を指すのに使用されます。これには、デルティックと名付けられたデモンストレーター機関車と、英国鉄道向けの量産バージョン（クラス 55と命名）が含まれます。

イングリッシュ・エレクトリック社製のタイプ2機関車（クラス23）にも、半サイズのターボチャージャー付きデルティック動力ユニットが1基搭載されていた。この機関車とエンジンはともに「ベビー・デルティック」として広く知られるようになった。

デルティックの物語は、1943年にイギ​​リス海軍本部が魚雷艇用の高出力軽量ディーゼルエンジンの開発委員会を設立したことから始まった。^{[ 1 ]}それまでイギリス海軍では、そのようなボートはガソリンエンジンで駆動されていたが、その可燃性の高い燃料はディーゼルエンジン搭載のEボートとは異なり、火災に対して脆弱であった。

それまでディーゼルエンジンは出力重量比が悪く、回転数も低かった。戦前、ネイピアはユンカース Jumo 204のライセンス版を基に、カルバリンと呼ばれる航空用ディーゼルエンジンの設計に取り組んでいた。カルバリンエンジンは対向ピストン式の2ストロークエンジンだった。各シリンダーにピストンが1つずつあり、片側がシリンダーヘッドで閉じられている従来のエンジンとは異なり、 Jumo をベースにしたこの設計では、中心に向かって反対方向に動く2つのピストンを含む細長いシリンダーが採用されていた。対向ピストンがその役割を果たすため、重いシリンダーヘッドは不要になった。欠点としては、エンジンの両端に別々のクランクシャフトが必要で、ギアやシャフトを介して連結する必要があった。この設計の主な利点は、ユニフロー吸気と比較的「フラット」なエンジンだった。

海軍省は、より強力なエンジンを必要としており、ユンカースが設計した直列6気筒およびダイヤモンド型のマルチクランクシャフトエンジンについて知っていました。海軍省は、これらが、必要とするより大型の設計の妥当な出発点になると考えました。その結果、シリンダーバンクが側面を形成する三角形が生まれ、各角のクランクシャフトが位相ギアを介して単一の出力シャフトに接続されました。これは実質的に3つの独立したV-12エンジンです。デルティックは、さまざまな数のシリンダーで製造することができ、9気筒と18気筒が最も一般的で、それぞれバンクあたり3気筒または6気筒でした。1946年、海軍省は、ネイピアの親会社であるイングリッシュ・エレクトリック社にこのエンジンの開発を依頼しました。^{[ 1 ]}

このエンジンの特徴の一つは、排気ポートのリードと吸気ポートのラグを可能にするようにクランクシャフトの位相が配置されている点です。これらのエンジンは、シリンダーへのガスの流入と流出が一方向であり、シリンダー排気掃気を改善するためにブロワーによって補助されるため、「ユニフロー」設計と呼ばれています。吸気/排気ポートの順序は、三角形のリングを一周して、吸気/​​排気/吸気/排気/吸気/排気となっています（つまり、吸気マニホールドと排気マニホールドの配置はC ₃回転対称性を持っています）。^{[ 2 ]}

以前にこのようなエンジンを設計しようとした試みでは、1 つのデルタ内の 3 つのシリンダーすべてでピストンが正しい方法で動くように配置することが困難でした。この問題が原因で、ユンカース モトーレンバウはデルタ型の作業を断念し、ダイヤモンド型、4 クランクシャフト、24 気筒のユンカース Jumo 223 の試作を続けました。海軍技術研究所の上級製図技師であるハーバート ペンワーデンは、正しいピストン位相を実現するには 1 つのクランクシャフトを反時計回りに回転させる必要があると提案したため、ネイピアの設計者は、そのうちの 1 つが他の 2 つとは逆方向に回転するように必要なギアを作成しました。

吸気バルブも排気バルブもなく、ポート位置を変更できない対向ピストン設計であるデルティック設計では、各クランクシャフトを、同じ平面上の異なるシリンダーで動作する2つの隣接するピストンを接続するように配置しました。これは、「フォークアンドブレード」コネクティングロッドを使用して行われ、後者は吸気ポートを開閉する「吸気」ピストン、前者は隣接するシリンダーの排気ポートを開閉する「排気」ピストンでした。これにより、各シリンダーバンクの点火間隔は60°になりましたが、各シリンダーの排気ピストンがクランクシャフト回転で20°先行するように配置しました。これにより、排気ポートを吸気ポートよりもかなり早く開き、吸気ポートを排気ポートよりも後に閉じることができ、排気ガスの良好な掃気と新鮮な空気の充填に対する良好な体積効率の両方を実現しました。これには、隣接するシリンダーの点火間隔が40°である必要がありました。18気筒設計では、点火イベントを6つのバンクすべてにわたってインターレースすることができました。これにより、クランクシャフトの回転 20° ごとに点火されるデルティックの均一でブザーのような排気音と、機雷探知船での使用に理想的なねじり振動の少なさが実現しました。 3 バンクのシリンダーを持つ 9 気筒設計では、クランクシャフトが逆方向に回転します。 バンク間の 60° に 20° の排気リードが加えられ、同じバンク内の隣接するシリンダーの点火イベントが 80° 間隔になります。 3 バンクすべてのシリンダーで点火イベントが交互に行われることで、均一でブザーのような排気音が得られ、クランクシャフトの回転 40° ごとに点火が行われ、結果としてねじり振動が低減されます。

このエンジンはシリンダーポート式でポペットバルブは不要でしたが、各バンクにクランクシャフトと同じ速度で駆動されるカムシャフトが備えられていました。これは燃料噴射ポンプを駆動するためだけに使用され、各シリンダーにはそれぞれ専用のインジェクターとポンプがあり、それぞれ専用のカムローブによって駆動されていました。

「E.185」または「コンパウンド・デルティック」ターボコンパウンド型が計画され^{[ 1 ]}、1956年に試作機が1台製造され^{[ 14 ]}、1957年に試験が行われた^{[ 15 ]。}これは、ナピアーが「ノマド」とガスタービンの両方で得た経験と、ガスタービンへの関与の高まりを利用したものであった。ガスタービン内部のガス発生器としてデルティックを使用し、12段軸流圧縮機と3段ガスタービンの両方を備えていた。ノマドとは異なり、このタービンはクランクシャフトに機械的に結合されておらず、単に圧縮機を駆動するだけであった。6,000馬力の出力を生成し、燃費と出力重量比は「他に類を見ない」と期待されていた^{[ 16 ]} 。これに密接に関わっていたエンジニアの予測では、この出力の限界はコネクティングロッドの破損であり、約5,300馬力で破損するだろうとされていた。テストでは、予想通りコネクティングロッドがクランクケースを突き破る前に、実際に5,600馬力を発生しました。^{[ 14 ]}燃料消費量が多いにもかかわらず、1958年までに海軍の関心は純粋なガスタービンに傾き、それ以上の開発は行われませんでした。  

• ユンカース Jumo 223 ― 24気筒対向ピストン式ディーゼル航空機エンジン。
• ズベズダM503 ― ソ連のミサイル艇向けに開発された42気筒ディーゼル星型エンジン。
• アチャテス・パワー― 道路車両用対向ピストンエンジン。
• フェアバンクス・モース38 8-1/8ディーゼルエンジン– 対向ピストン式ディーゼル潜水艦エンジン。

複雑さは似ているが、クランクシャフトが2本以上あるエンジンの特許が、1930年にウィフレド・リカートによって出願された。^{[ 17 ]}

• Delticの技術詳細
• ハント級– デルティックエンジン搭載の機雷掃海艇
• デルティック・アニメーションズ– デルティックエンジンのピストン運動の3Dアニメーション
• 「パワーユニット406」― 1999年に排気サイレンサー火災が発生した後、 D9016ゴードン・ハイランダーのエンジンの1基を修復した。