１６．３ 火、鉄、蒸気機関、内燃機関、タービン、電気（その５）
蒸気タービンは、ワットの蒸気機関に比べて、蒸気の力で羽を廻すことなので、原理は単順であるが、ワットが蒸気機関を発明してからは人々の関心はそれていった。優秀な技術者たちは、彼らの知識がますにつれて、実用的なタービンを作るには、すごい困難があることを悟るようになっていた。
タービンの羽の形状やケーシングは１８世紀後半に進歩した流体力学の理論によって正しく設計されていなければ、タービンは力を出すことが出来なかった。タービンの高速回転による遠心力、圧力勾配を保つための気密性、高温に対応する機械の接合の精密さを保つ工作技術上の困難は、１９世紀後半まで、解決出来る水準ではなかった。
しかしそれでも、タービンはいくつかの利点をもっていた。蒸気機関のように、いったん往復運動にしてから回転運動に変えるという回り道をなくすものであった。
１８８４年イギリスのチャールズ・パースンスが動翼と固定翼を多段階に胴状ロータに配置し、蒸気圧力を数段に分ける多段階衝動タービンを製作した。そして発電に関係するタービンを発展させた。１８９２年には、復水器の導入、すなわち蒸気タービンの熱効率を上げるために器内を真空近くに保ち、タービンからの排出蒸気を容器に導き、冷却すれば蒸気は凝結し、低圧になった蒸気をさらに膨張させることができた。
そして１９１２年には、蒸気機関に大きさでも効率でも、蒸気タービン発電機がその可能性を乗り越えた。
タービンエンジンのもう一つの用途である飛行機は、１９３９年にドイツでジェットエンジンによる初飛行に成功した。ジェットエンジンの難関は燃焼室を高圧にするために、多段軸流圧縮機によって実現した。その後、二軸ターボファン・エンジンとなり、同芯二軸構造をとり、外側を低圧多段軸流圧縮機と低圧用タービンとし、その内側を高圧多段軸流圧縮機、燃焼室、高圧用タービンの構造によって、圧力分散によって高圧燃焼を実現し、推進力を引き出した。
現在、電力は天然ガスによってガスタービン発電機で発電し、その廃熱を利用して、蒸気タービンで発電し、トータルの発電効率を高めている。その電力を送電網に送って、今日のエレクトロニックス時代を迎えた。電力はあらゆるエネルギー形態に変換可能であり、かつコントロールの自由度が非常に高いため、あらゆる社会的分野に浸透した。
一方ジェットエンジンは、地球上のすべての都市をハブ空港網で結び、大量旅客輸送時代を迎えた。人類は空を飛び、洗濯機、冷蔵庫、電話、テレビ、インターネットによって、エントロピーに逆走する更なる自由度を獲得した。（第３１回）
１６．３ 火、鉄、蒸気機関、内燃機関、タービン、電気（その４）
オットーが熱効率のよい４サイクルのエンジンを世に出すと、もっと新しいエンジンを生み出そうとする人が現れた。ルドルフ・ディーゼルである（１８４４～１９１３）
ディーゼルは、工業高校に入り、空気式ライターに興味を持って実験を繰り返した。それはガラス製の円筒状の長いシリンダーで、シリンダーの中にはピストンがあり、上部のふたから手で押すためのハンドル、下部のふたの中間には小さな発火部が置かれ、そこに燃料があれば、ピストンを手で圧縮すると内部の空気は熱くなり、発火する。
そこでディーゼルは、理論的なカルノーサイクルをいかに現実のエンジンとするかを考えるようになった。ディーゼルの考えたエンジンは、基本動作サイクルはオットーの発明した４サイクルであるが、
第１のストロークは、空気のみの吸入し
第２のストロークは、空気のみを圧縮し
第３のストロークは、燃料を高圧・高温の空気中に吹き込み等温燃焼させる
第４のストロークで、排気バルブを開いて排気するサイクルを考えた。
ディーゼルエンジンは空気のみの圧縮なので、いくら強く圧縮しても、異常燃焼の問題は発生しない。そこでディーゼルは１８９３年に試作機第１号エンジンを製作した。しかし、そのエンジンはそれまで経験したことのないほどの高圧縮のため、思いがけない力がエンジンを襲った。シリンダー、ピストンリング、エンジンバルブ、バルブスプリングなどが次々と壊れ、焼けただれた。
初期には燃料のみの噴射を試みたがうまく供給できずに、エンジンもわずか１分間ほど回っただけで壊れ続けるという失敗の連続であった。エンジン部品の多くに不具合が発生したが対策は見当たらず、一時は開発を断念することを考えるほど追い込まれた。
当時は現代のように微量の燃料を精度良く噴射する装置を作る加工技術がなっかたから、燃料の噴射量を揃えるのに苦労した結果、燃料と空気を混ぜた状態でシリンダーの中に吹き込む混合気噴射方式が採られた。
最初はベンゼンで運転を試みると快調に回り出した。さらに灯油に切り換えてみると、もっと燃焼が静かで調子良く回った。このようにして１８９５年にディーゼルの考えた新しいエンジンが誕生した。（エンジン進化の軌跡 荒井久治）
１９７６年のオットーの４ストロークルガスエンジンはボイラーを不要とし、その小型化と簡便性により、小規模工場にも歓迎された。オットーのガスエンジンがガス燃料を液体燃料に変えることにより、馬車に装着され自動車として誕生するのは１８８６年、即ち発明の十年後であった。ガソリンエンジンは、軽量化、小型化の道を歩み、乗用車、プロペラ機、オートバイ、工具の動力へと広汎に利用された。
一方ディーゼルエンジンは液体燃料も自動車も既に存在していた１８９７年の発明であったにもかかわらず、その車両への搭載は１９２４年つまり発明の２７年後までずれ込む。
これは小型化、高速化が困難であったためで、最大の難関が小型の燃料噴射ポンプの開発が伴わなかったことにある。
ディーゼルエンジンの外洋航路用の大型エンジンは燃焼室の容積は寸法の３乗に比例するが、冷却の表面積は２乗に比例するため熱負荷の対策が困難になる。このため今日でもシリンダーの直径は約９８０mm程度が限界である。もう一つの必要条件は燃料を均一に噴射してやる燃焼噴射システムの完成である。
さらに接岸時に必要な逆転機構が伴わなかったため、本格的には１９２７年に搭載された。それで、ディーゼルエンジンは、船舶、トラック、バス、重機に搭載され、石油エネルギーの時代に向かった。（２０世紀のエンジン史 鈴木孝）（第３０回）