5気筒星型エンジンの動作 航空機の機首に装備された星型エンジン 星型エンジン （ほしがたエンジン）とは、シリンダー を放射状に配列したレシプロエンジン 。20世紀 半ばまで航空発動機 はガソリンエンジン が中心で、その中で空冷 星型の気筒配列が最も多く採用された。
クランクシャフト を中心にしてシリンダー が放射状に並べられる。英語では文字通り「Radial engine」(放射状エンジン) と呼ばれる。他の言語では、ドイツ語のSternmotor（Stern＝星）やフランス語のMoteur en étoile（Étoile＝星）などは、日本語と同じように星になぞらえている。ひとつひとつのシリンダーは独立している。コネクティングロッド はマスターロッドとサブロッドを用いる方式を使う。ひとつのピストン がマスターロッドを介してクランクピン に繋げられ、他のシリンダーはサブロッドでマスターロッドを介して繋げられる。回転に伴いマスターロッドが揺動するためサブロッド取り付け部の運動軌跡は楕円となり、大端が円運動軌跡を描くマスターロッドの気筒とはストローク長、死点位置、死点タイミングがずれ、しかもこのずれ度合いは気筒ごとに全て異なる。ストローク長ずれによる1％程度の気筒容積違いや1〜2°の死点タイミングずれによる不等間隔爆発は無視しても問題にならなかったが、性能に大きな影響を与える上死点位置（圧縮比）、点火時期は補正して揃える必要があった。
上死点位置揃えはサブロッドかシリンダー長さ調整、またはマスターロッドへの取り付け穴位置ずらしのいずれかによって可能だが、サブロッドやシリンダー長さを気筒ごとに別にするのは部品種類が増えるため、通常は穴位置ずらしが採られた。点火時期はポイント開閉用カム山形状を不等間隔配置して死点タイミングずれに合わせた。
エンジンの中心部に部品が集中している構造上モーターカノン は搭載できないため、単発機の機銃 は機軸から離れた位置に設置する必要がある。
5気筒星型エンジンの給排気弁とそれを作動させる機構の構造図 エンジンカウルに防寒シャッターが取り付けられたポリカールポフ・I-15 。極寒のシベリア における、星型エンジンのオーバークールを予防するための装備である。 短いクランクシャフト
一重の星型エンジンではクランクシャフトが単気筒エンジンと同じ長さになり、エンジン製造技術の低い20世紀初頭では、クランクシャフトが長大になり真直精度の確保が難しい直列エンジン やV型エンジン よりも製造が容易であった。但しサブロッドを多数組み付けるコンロッド大端を一体形状にしてクランクをボルト組み立て式にする場合が多く、この場合クランクの製造は容易なものの剛性は高くない。
冷却方式
各シリンダーが機体前面にさらされるために冷却風が当たりやすく、ほとんどが空冷 で済ます場合が多かったが、前面と後面、あるいは複列の場合の前列と後列の冷却性の不均一は避けられない。そのため水冷 のものも出現し始めていたが、普及する前に航空用としての星型エンジンそのものの需要が衰退した。
エンジンの前面投影面積が大きいため機体形状が頭でっかちとなり、空気抵抗 が大きい。またプロペラ先端回転速度を音速 以下に抑える必要からプロペラ直径には限界があり、プロペラ後流 がエンジンに当たる割合が大きく、冷却には有利なものの推進ロスが大きい。この欠点はカウル により軽減することができる[ 1] 極寒 でのオーバークール 防止や熱帯 でのオーバーヒート 防止といった必要性に合わせてカウルの前面や後端に開口面積の調整機構が必要となる場合もある。
また、推進用のプロペラとは別に、小型の同軸強制冷却ファンを用いる方法もある。
多気筒化
クランクシャフト2回転で全シリンダを等間隔爆発で一巡させる4サイクル 星型エンジンでは、単列あたり奇数気筒とする必要があり、多くは7、9気筒を採用した。二重星型には14気筒、18気筒、22気筒（ハ50 、ハ51 、R-4090 ）。三重星型には15気筒（Armstrong Siddeley Hyena ）、21気筒（Armstrong Siddeley Deerhound ）。四重星型には28気筒（R-4360 ）、36気筒（XR-7755 ）。六重星型には42気筒（Zvezda M503 ）などの例がある。
二重星型16気筒のブリストル ハイドラ（英語版 ）のように、偶数気筒の列を持つ星型エンジンも試作されたことがあるが、これは等間隔爆発の直列2気筒を星型に8列配置するという発想で、一つの星型8気筒列あたりで見ると等間隔爆発にはなっていない。
複列型の気筒配置は、液冷なら直列、空冷なら後列のシリンダー を前列のシリンダーの間に配置 して風が当たるようにしている。三重以上の空冷複列星型では螺旋状にシリンダーをずらした ものと直列配置 のものとが存在するが、小型高出力を追求するあまり、冷却の均等性や整備性が犠牲になった例もみられた。
板カム（OHVのみ）
放射状シリンダーの為、給排気の弁を作動させるプッシュロッド も放射状に並ぶ。従って多くの場合カムシャフト は用いられず、カム はクランクケース外周に沿った大きな円板である（構造図の赤い部品）。クランクに対する板カムの回転方向によって気筒数とカム山の数や回転減速比の関係法則は異なる。
OHC のものも開発されたが主流にはならなかった。エンジンの振動 全方位に対して対称な形状のため慣性力は釣り合い、スムーズな回転が得られるように見える。しかし、マスター＋サブロッドによる各気筒のピストンの動きの違いから単列であれば2次慣性力、複列であれば2次偶力 が釣り合わず、多気筒化しても加振振幅が大きくなるだけでスムーズな回転は得られない。排気量の増大によっても振幅は大きくなるため、高出力になった第二次世界大戦末期には2次バランサーを搭載した機種 もあった。また、重力 （もしくは機動 によるG ）の関係上、キャブレター 方式では全ての気筒に均等に混合気 を配することは比較的困難であり[ 2] 天山一二型試作機(B6N2) のプロペラを手で回転させる地上要員。下部シリンダーへのオイル滞留の予防や、冷間始動前にクランクシャフトが水撃作用を起こしていないか確認する意味もあった。オイル下がり
放射状にシリンダーが配置されるため、時計で言う処の3時と9時（水平）よりも下側に配置されるシリンダーはエンジンオイル が重力 で燃焼室 に垂れ落ちるオイル下がり が発生しやすくなる。特に時計の6時に位置する真下を向いたシリンダーの場合、下がったオイルにより点火プラグ の電極が油没して始動不良の原因になる事が多く、最悪の場合シリンダー全体がオイルで満たされてしまい、ピストンが下降できないためクランクシャフトが動かなくなってしまう（流体固着、ハイドロリック・ロック）事もあった。この状態で無理に始動しようとすると、水撃作用 によりコネクティングロッド （コンロッド）が曲がったり、折損したコンロッドがシリンダーやクランクケース を突き破るエンジンブロー が発生する恐れすらあった。ピストンリング やシリンダーの真円度などの工作精度の問題や、エンジンオイルの品質の問題などにより、旧日本軍の星型エンジンでは下側シリンダーへのオイル下がりが発生しやすかったため、冷間始動 前には真下に位置するシリンダーのヘッド から点火プラグを取り外し、シリンダー内に溜まったオイルを必ず抜く必要があっただけでなく[ 3] 上死点 まで上げておくことで、燃焼室内へのオイル滞留を最小限に留めておく配慮を行う必要も生じることとなった。 極寒環境でのエンジン始動性
第二次世界大戦当時、生産が容易な星型エンジン搭載航空機は消耗兵器であり、想定使用環境を超えた酷暑や極寒の最前線にも主力として投入された。このうち極寒地域でのエンジン始動性確保には運用上の苦難があった。これは星型エンジン、あるいは空冷エンジン固有の問題ではない。カナダ 北部では、整備士たちは毎日日没が近づくとエンジンからエンジンオイルを抜き、シリンダー には分厚い毛布を巻きつけてシリンダーブロック の温度低下を防ぐ措置を行う必要があり、翌朝の始動に際しては前日に抜いていたエンジンオイルをブローポット と呼ばれる灯油ストーブ 付きの鍋で加熱してからエンジンに再度入れて冷間始動を行うという、大変な重労働を強いられていた[ 4] 列強 の多くで共通した問題であり、1937年にはアメリカ空軍 軍属 のウェルドン・ワースにより「エンジンオイルに航空燃料 を意図的に添加する事で粘度 を低下させる」というアイデアが考案され[ 5] 滑油希釈装置 （英 : oil-dilution system ）が特許取得されるに至る[ 6] [ 7] 連合軍 の水冷 V型12気筒 を用いる航空機の多くに普及したが、同時期のナチス・ドイツ ではこの概念が広く理解されることが無いまま独ソ戦 に突入し、厳冬期の東部戦線 ではエンジンオイルの凍結に苦しめられる事になった。皮肉にも、この問題の解決策はソビエト連邦 軍の捕虜たちから伝達される事になった。ソ連兵捕虜達は、エンジンオイル注入口から航空燃料を流し込み、エンジンルーム内に燃料を振り撒いて火を付けるというドイツ兵から見れば破天荒極まりない手段を用いて、しばしばドイツ軍 の航空機や戦車のエンジンの冷間始動を成功させたのである[ 8] ライトバン を「除氷 バン」の名称で採用したり[ 9] 満州国 に展開した大日本帝国陸軍 飛行戦隊 では、エンジンのシリンダーをすっぽり被える構造の巨大なハクキンカイロ を採用するなどして[ 10]
代表的な星型空冷エンジンを以下に挙げる。
その他は航空用エンジンの一覧 を参照
イタリア王国 のイタリア陸軍 の将軍ジュリオ・ドゥーエ は将校時代にトリノ工科大学で電気工学 を専攻、軍用星型エンジンを研究し評価された。実際に航空機用に星型エンジンを最初開発・製造したのは、アメリカ のサミュエル・ラングレー とその助手であるチャールズ・マンリー であった。マンリーが1901年に制作したマンリー・バルザーエンジン は5気筒で52馬力を出し、ライト兄弟 がフライヤー1 に搭載したエンジン（12馬力）よりも性能がよかった。しかし、このエンジンを搭載した実験機エアロドローム は1903年に行った2度にわたるテスト飛行に失敗、その成果をあげることはできなかった。
富塚清 編 『航空発動機』1943年 12月15日、共立出版 株式会社(初版。出典として用いたものは1944年の第3版。原題は旧字体で『航空發動機』)。
ウィキメディア・コモンズには、
星型エンジン に関連するメディアがあります。
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