中心がずれた軸

今日は偏心軸の話だ。ロータリーエンジンの出力軸（回転を外へ取り出す軸）の中心を O と呼ぼう。ローターは、この軸にただ刺さっているのではない。軸の途中に、中心をずらした太い円盤が付いていて、ローターはその円盤にはめ込まれている。だからローターの中心 C は、軸の中心 O から少し離れたところにある。この O と C の距離を偏心量（へんしんりょう）といい、記号 e で表す。

そう。出力軸が回った角度を α（アルファ）と書くことにすると、C の位置はSTAGE1の円の式そのものだ。

その通り。もう1つの寸法を決めよう。ローターの中心 C から3つの頂点までの距離を創成半径（そうせいはんけい）といい、記号 R で表す。「創成」は「形を生み出す」という意味で、この半径がハウジングの形を生み出すからそう呼ぶ。さて、実際の値を見てみよう。マツダのロータリーエンジン「13B」では、e＝15 mm、R＝105 mm だ。この旅では、この2つの数をずっと使う。

小さく見えるけれど、これがないとエンジンは回らない。なぜ中心をずらすのか、考えてみよう。ドアを思い浮かべてごらん。ドアを開けるとき、蝶番（ちょうつがい）のすぐそばを押しても、ほとんど動かない。蝶番から離れた取っ手を押すと軽く回る。ものを回すには、回転の中心から離れたところに力をかける必要があるんだ。

そう。ピストンエンジンのクランク軸と同じ仕組みだよ。クランク軸も、中心からずれた腕の先をピストンが押すから回る。ロータリーエンジンでは、ローターがその腕の先に乗っている。腕の長さが e だ。

では、頂点の位置を式にしてみよう。頂点は C から距離 R のところにある。頂点の向き、つまり C から頂点へ向かう角度を、いったん β（ベータ）と呼んでおく。

そう。あとは β、つまりローターの向きが軸の角度 α とどう関係するかを決めれば、頂点の位置が α だけで書ける。試しに、いちばん単純な場合を考えてみようか。ローターが軸に固定されていて、軸と一緒に同じ向きで回るとしたら、β＝α だね。そのとき頂点はどんな道を描くかな。

そうなんだ。そしてハウジングが円だと、ローターの辺と壁の間の部屋の大きさが、回ってもまったく変わらない。エンジンは、部屋を大きくして混合気を吸い込み、小さくして圧縮し、燃やして大きくし、小さくして排気する――部屋の大きさの変化で動く機械だ。大きさが変わらない部屋では、何も起きない。

いいところに気づいたね。次のステージでは、ローターの回り方を歯車で決める。そこで β と α の関係が出てきて、頂点の道は円ではなく、あの繭形になる。今日は、その準備として2つの数 e と R、そして「C は半径 e の円を描く」ことが手に入った。