展示 6 点コース
エンジン：蒸気からロケットまで
燃料を燃やした熱がどうやって動きになるのかを、蒸気機関からロケットを持ち上げるエンジンまで見ます。
古いものから順に、蒸気機関から自動車のエンジンへ、そして車輪を回すかわりに排気で押し進むエンジンへと進みます。
エンジンは熱を動きに変えます。このコースはその考えを約 250 年にわたってたどります。鉱山のポンプを動かした蒸気機関から始まり、動力をつくり、高め、伝える自動車の部品を通って、排気で機体を押す機関で終わります。
どの模型も 1 サイクルずつ追えるほどゆっくり動き、たいていは断面で開けます。道中は 2 つの数に目を向けてください。燃料のエネルギーのうち仕事になる割合と、部品が回らなければならない速さです。
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図 40 · しくみ館ワットの蒸気機関を3Dで動かして分かる仕組み
ワットの機関は蒸気を別の容器で凝縮したので、ニューコメン機関と同じ仕事をおよそ 3 分の 1 の石炭でこなしました。
分離復水器があるときとないときで、使う石炭を比べます。
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図 02 · しくみ館4 ストロークエンジンのシミュレーターとバルブの動き
3,000 rpm では、どのシリンダーも 1 秒間に 25 回点火します。ここではエンジンがゆっくり回るので、一つひとつの行程を追えます。単気筒から V8 まで組み替えられ、それぞれに固有の点火順序があります。
クランクをうんと遅くして、1 つのシリンダーを 4 つの行程にわたって追います。
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図 65 · しくみ館ターボチャージャーのしくみ
この 2.0 リットルエンジンの模型では、142,000 rpm で回る軸が、各シリンダーにほぼ 2 倍の空気を押し込みます。
過給圧を上げて、各シリンダーに届く空気がどれだけ増えるかを見ます。
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図 05 · しくみ館車のデフ（差動装置）を3Dで分解、シミュレーター
半径 10 m のカーブを時速 50 km で曲がると、外側の後輪は内側より 17% 速く回ります。それでも左右の車輪は同じ 1 本の軸から力を受けています。
急カーブを曲がって、後ろの 2 つの車輪の速さを比べます。
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図 41 · しくみ館ジェットエンジンのしくみと旅客機の推力
旅客機のターボファンでは、空気 11 kg のうち炎を通るのは 1 kg だけです。ほかの 6 種類では仕事の分け方が異なり、それぞれの内部を開いて比べられます。
ターボファンを開いて、コアのまわりを通る空気の割合を探します。
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図 58 · しくみ館ロケットエンジンの構造を分解して試すシミュレーター
ヌリ号の 75 トン級エンジンは毎秒 255 kg のケロシンと液体酸素を燃やします。同じエンジンでも、宇宙では海面上より約 13% 強く押します。
海面から宇宙へ上がり、外の空気がなくなるにつれて推力が増えるのを見ます。