【大人の物欲】本格的なエンジンを再現!蒸気エンジン自動車


蒸気機関車は、その力強い走りに感動する人も多く、いまでも衰えない人気を誇っている。
蒸気機関車は、駆動方式や動力伝達方式で分類できるが、蒸気の圧力を動力として列車を動かしている点では同じだ。今回はそんな蒸気機関の仕組みを理解できる、大人の科学の付録「蒸気エンジン自動車」に挑戦してみた。

■蒸気エンジンの歴史と仕組み

蒸気機関は18世紀初めて手に入れた人工の動力源だ。その後、様々な種類のエンジンが世に出たが、いまだに多くのファンを持っている。ちなみに、最初にエンジンを作った人物は、鍛冶屋のトーマス・ニューコメン氏だといわれている。トーマス氏は1712年、蒸気を使い、大気圧でピストンを上下させ、揚水ポンプを動かすことに成功している。

今回制作する「蒸気エンジン自動車」のエンジンは、ボイラーに直接シリンダーを取り付けたオリジナル設計の単気筒首振り式エンジン。シリンダーまわりとボイラーの一部を熱に強いプラスチック「熱硬化樹脂」にしたことで、雑誌の付録とすることに成功している。

オリジナル設計のティッシュペーパー式アルコールランプでボイラーを熱すると、約1,700倍の体積になった水蒸気の力でピストンが押される。そのピストンの前後運動は回転運動に変換されて自動車の車輪を回し、自動車が走るという仕組みだ。
「蒸気エンジン自動車」の中身大人の科学「蒸気エンジン自動車」
「蒸気エンジン自動車」の中身大人の科学「蒸気エンジン自動車」

■「蒸気エンジン自動車」作りに挑戦

「蒸気エンジン自動車」は、燃料にアルコールを使用するので、あらかじめ薬局で燃料用アルコールを購入しておこう。最初にボイラー部分を組み立てるが、パーツをネジ留めしていくだけなので難しい作業はないはずだ。ただ、「フライホイール」と呼ばれるパーツが回転しないと、動力が車輪に伝わらないので、太いパイプを差し込んだ時点でホイールの動作をチェックしておこう。ゴムパイプを口にくわえながら、反対側の穴を指で押さえて息を吹き込む。それと同時にフライホイールを指ではじいて、ホイールを回転させてみよう。回転がスムーズにいかない場合には、組み立てたパーツを見直してみよう。
動力源となるボイラーボイラーにシャーシを取り付けた状態
動力源となるボイラーボイラーにシャーシを取り付けた状態

アルコールランプは、ティッシュペーパーを軸にする。2枚重ねのティッシュペーパーを1枚はがしたら、4つに折りたたんで真ん中をつまみ、軸支えに通す。軸の先端を5mmくらい残して切り、アルコールを2mlほどしみこませれば、ティッシュペーパー式アルコールランプの完成だ。付属のスポイトは2本あるのでアルコールと水とで使い分けよう。

ボイラーに8〜10mlの水を入れてアルコールランプをセット。アルコールランプに火をともすと1分ほどでシリンダーから湯気が出てくる。フライホイールを指で軽く回すとエンジンが始動し、ゴムを介して前輪へと伝わり、「蒸気エンジン自動車」を動かすことができる。
ティッシュペーパー式アルコールランプ走行中の「蒸気エンジン自動車」
ティッシュペーパー式アルコールランプ走行中の「蒸気エンジン自動車」

「蒸気エンジン自動車」は、ちょっとした工夫で性能をアップさせることができる。ボイラーとシリンダー底部の接触面を平滑にすると動きがスムーズになり、エネルギーの無駄が少なくなりエンジンの回転を速くすることができる。カッターやハサミなどを使って、こするように削り少しずつ調整してみよう。


「蒸気エンジン自動車」の車輪が小気味よくまわる様子は見ているだけでも飽きることがないだろう。クリスマスも近いということで、お子さんへの知的好奇心と知識のためにも一緒に本格的なエンジン作りを楽しんでみては如何だろうか。

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大人の科学「蒸気エンジン自動車」
学研

編集部:関口哲司
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