2サイクルエンジンと4サイクルエンジン② ~2サイクルエンジンの構造編~

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2サイクルエンジンと4サイクルエンジン② ~2サイクルエンジンの構造編~

2018年01月05日

前回の4サイクルエンジンの解説に続いて、今回は2サイクルエンジンの解説を…

2サイクルエンジンも、4サイクルエンジンと同様、作動の必須行程である「吸気・圧縮・爆発燃焼・排気」の4行程をピストンの上下運動をクランクシャフトの回転運動に変換して出力するという作動原理に関しては全く同じです。

では、何が違うのか…
異なるポイントその1は、4サイクルエンジンにある「シリンダーの気密を保持するための吸気と排気のバルブ」、「吸気と排気のバルブをタイミングよく開閉させるカムシャフト」が、2サイクルエンジンには存在しないことです。

2サイクルエンジンの作動原理を簡単にご説明すると、ピストンが上昇して圧縮工程を行う際に、クランクシャフトが収まっている「クランクケース」の内部に発生する負圧(吸い込む力)を利用して混合気を吸入します。
ここで異なるポイントその2!
2サイクルエンジンは、クランクケースの気密性が高い構造になっているということです。

2サイクルエンジンでは圧縮工程でピストンが上昇する際に、高気密なクランクケース内部におのずと発生する負圧を利用して混合気をクランクケース内部に吸入し、圧縮後に爆発燃焼、ピストンがクランクケース方向へ一気に下降することでクランクケース内部に生じる容積変化を利用して、クランクケース内部に吸入した混合気を「掃気ポート」からシリンダー内部へ圧送します。
このとき、シリンダー内部には爆発燃焼行程で発生した排気ガスが充満しており、圧送されて掃気ポートから一気に排出される混合気の流速(気体の流れる勢い)でシリンダー内部に充満している排気ガスを強制的に押し出す形で排出します。

これらの行程を順番にまとめると、
【第1行程】
シリンダー内部でピストンが上昇して圧縮行程を行うのと同時に、クランクケース内部では吸入行程を行う
【第2行程】
爆発燃焼してピストンが下降する行程でシリンダー内部では混合気の充填と排気ガスの排出を行う
この2つの行程を繰り返すことで、クランクシャフトを回転運動に変換させるという作動原理になります。
ちなみに2サイクルエンジンでは、クランクケースの内部を「一次圧縮室」と呼び、いかにして大量の混合気を吸入してシリンダー内部に掃気させているかという性能を「一次圧縮」という比率で数値化して開発されています。

ここで4サイクルエンジンも上記のように行程をまとめて、両者の比較をしてみましょう。
【第1行程】
ピストンが下降する際に吸気バルブを開き、混合気をシリンダー内部へ吸入させる
【第2行程】
吸気バルブが閉じてピストンが上昇し混合気を圧縮する
【第3行程】
圧縮した混合気を爆発燃焼させてピストンを一気に下降させる
【第4行程】
排気バルブを開いてシリンダー内部に充満している排気ガスを、ピストンを上昇させて排出した後に、排気バルブが閉じて第1行程である吸気を行う

4サイクルではこの4つの行程を繰り返すことで、クランクシャフトを回転運動に変換させるという作動原理になります。

つまり双方のエンジンに共通して言える動力発生のタイミングという基本原理は、密閉したシリンダー内部の空間をピストンで極限まで圧縮し、その状態での爆発燃焼による急激な容積変化に伴い、ピストンが一気に押し下げられる運動エネルギーが発生した際に、それをクランクシャフトで回転エネルギーに変換させているという点になります。
双方のエンジンがエネルギーを発生させるために爆発燃焼を行うには、2サイクルは2行程、4サイクルは4行程という過程を要することを理解していただけたと思います。
この行程数の引用と、同じことを繰り返す循環行程という意味のcycle(サイクル)とを掛け合わせて4行程は4サイクルエンジン、2行程は2サイクルエンジンという名称で分類されています。

【2サイクルエンジンの作動原理】

【引用】http://furattoblog.blog14.fc2.com/blog-category-6.html

それでは、双方の相違点をおさらいしておきましょう。

  1. 4サイクルエンジンはバルブやカムシャフトで構成されているが、2サイクルエンジンには存在しない。
  2. 4サイクルエンジンはクランクシャフトが2回転に1度の爆発(ピストンの上下運動の1回が圧縮と爆発、もう1回が吸気と排気という行程。2回転に1度しか運動エネルギーが発生しない)であるのに対して、2サイクルエンジンはクランクシャフトが1回転する間に全ての行程を行うため、1回転に一度の爆発(ピストンが1回の上下動運を行う毎に圧縮しながら吸気をして、爆発しながら排気を行うという行程。1回転に1度、運動エネルギーが発生する)

今回は「2サイクルエンジン」と「4サイクルエンジンと2サイクルエンジンの相違点」について解説しました。
次回からは、各エンジンのメリットについて解説していきます。

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