■エンジン1回転(ピストン1往復)で1サイクルが完結、4サイクルは2回転で1サイクルが完結

●特徴は、吸気行程と排気行程が重複し吸気で燃焼ガスを押し出す掃気行程の存在

2ストロークエンジンは、エンジン1回転で1サイクルが完結するクラークサイクルをベースとしています。特徴は、吸気、圧縮、燃焼、排気行程の一部が重複し、吸気で燃焼ガスを押し出す「掃気行程」というユニークな行程があることです。

2ストロークエンジンの基本サイクルについて、解説していきます。

●2ストロークエンジンの基本サイクル

4ストロークエンジンが、(吸気)-(圧縮)-(燃焼)-(排気)の4行程をエンジン2回転で行うのに対して、2ストロークエンジンは(吸気/圧縮)-(燃焼/排気/掃気)の2行程をエンジン1回転で行います。

2ストロークエンジン最大の特徴は、吸気、圧縮、燃焼・排気行程の一部が重複し、掃気行程というユニークな行程があることです。掃気行程は、排気行程の中盤以降に吸気によって燃焼ガスを排気(掃気)しながら吸気する行程です。

2ストローク基本サイクル
2ストローク基本サイクル

★(吸気/圧縮)行程

・ピストンが下死点の時は掃気ポートが開いており、加圧された混合気が燃焼室に吸入されます。

・ピストンが上昇するとクランク室の容積が増えて負圧が発生し、吸気ポートが開くと負圧によってクランク室に混合気が吸入されます。

・さらにピストンが上昇し、掃気ポートと排気ポートが閉じると燃焼室内の混合気が圧縮されます。

★(燃焼/排気/掃気)行程

・圧縮された混合気は点火プラグで着火燃焼し、燃焼圧力によってピストンは押し下げられます。

・ピストンが下降するとまず排気ポートが開き、燃焼ガスが排出されるとともにクランク室内に吸入されていた混合気が加圧されます。

・さらにピストンが下降すると掃気ポートが開き、加圧された混合気が燃焼室内に吸入され、残留燃焼ガスを排気ポートから掃気します。

●2ストロークの基本はクラークサイクル

クラークサイクル
クラークサイクル

4ストロークエンジンの代表サイクルとして「オットーサイクル」が有名ですが、2ストロークエンジンの代表サイクルは、発明者デュガルト・クラークの名前をとって「クラークサイクル」と呼びます。

燃焼サイクルの評価には、PV線図が使われます。

縦軸Pのシリンダー内圧力と横軸Vのシリンダー容積のPV線図で囲まれる面積の大きさが、エンジンの1サイクルあたりの仕事量を示します。面積が大きいほど出力が高い、供給される燃料量が同じなら熱効率が高いことを示します。

この熱効率を左右するのが、クラークサイクルでは次項に示す掃気効率です。

●2ストロークの性能を左右する掃気効率

掃気行程は、クランクケース内の混合吸気がシリンダー内に吸入され、同時に吸気が素通りして排気管に排出されることなく、燃焼ガスがすべて排気管へ排出されるのが理想です。

この掃気行程の良否を示す指標が、掃気効率です。

掃気効率(%) = Go /Gz ×100

(Gz:掃気後のシリンダー全ガス質量、Go:掃気後シリンダー内に留まった吸気の質量)

掃気行程で、吸気が排気管に素通りすることなく燃焼ガスがすべて排気されると、掃気効率は100%になります。


2ストロークエンジンの効率を向上するためには、新気が排気ポートへ吹き抜けることなく燃焼ガスを効率良く排出しながら新気を充填すること、すなわち走行効率を向上することがポイントです。

掃気効率を改善するために、過去にさまざまな技術が試みられましたが、これまでに画期的な方法は見い出せず、2ストロークエンジンは消え去りつつあります。

(Mr.ソラン)