フライホイールの設計 　模型スターリングエンジンのフライホイールの大きさを決定するために計算方法について説明します。 　図１に示すエンジン１サイクルのトルク線図を考えます。同図において平均トルクTqmより大きいトルクが発生している場合にエンジンは加速され、平均トルクTqmより小さい場合にエンジンは減速されます。ここで，１サイクル中の最高速度（回転数）をωmax(rad/s)，最低速度（回転数）をωmin(rad/s)とすると，ωminからωmaxまで加速する際に必要なエネルギ△E(J)はフライホイルの慣性モーメントI(Nms2)を用いて次式で表されます。 図1　トルク変動 (1) ここで，平均速度（回転数）ωｍ(rad/s)，速度変動率δを式(2)及び(3)により定義します。 (2) (3) よって，式(1)〜(3)より次式が得られます。 (4) 　一方，加速エネルギー△Eは図１の塗りつぶし部の面積であり、得られたトルク線図から次式あるいは図式的に求めることができます。 (5) 　すなわち，平均回転数ωｍ及び速度変動率δを適宜設定することで，式(4)を用いて必要なフライホイールの慣性モーメントを算出することができます。 　実際にエンジンでは摩擦損失が存在するため，トルク線図の正確な予測は困難ですが，エンジンの１次設計の場合にはシュミット理論などにより求まる瞬時ガス圧力を用いてトルクを算出して差し支えありません。その場合，平均トルクTqmはシュミット理論等により求まる図示仕事Wi(J)を用いて次式で表されます。 (6) 　また、速度変動率δは舶用ディーゼルエンジンの場合1/15〜1/40，一般動力用機械の場合1/25〜1/50にとられますが，特にエンジンの大きさや重量に制限を受けない模型スターリングエンジンの場合にはエンジン回転数の安定性を考慮して1/200程度に設定するとよいでしょう。 参考文献 (1)高橋　和、太田安彦：ディーゼルエンジンの設計、パワー社、 p62-64(1974)など [ Stirling Engine Dictionary ]