2サイクルエンジン ~補足編①~

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2サイクルエンジン ~補足編①~

2018年04月12日

これまでは4サイクルエンジンと2サイクルエンジンの作動原理や特徴を説明してきましたが、ここで素朴な疑問が発生…

「4サイクルエンジンはバルブでシリンダーの気密を高めているけど、2サイクルエンジンはバルブが存在していないのにどうして気密は上手く保たれるの?」
「なぜバルブで気密が保たれていないのに上手く作動出来るの?」
そんな風に思われた方もいらっしゃったのではないでしょうか。

前回の軽い説明で2サイクルエンジンにはバルブが無いと解説しましたが、厳密にいうと…皆無ではありません。

造上ピストン自体がある程度は、バルブの役目を担っていますが、前回2サイクルエンジンの作動原理の図解中に記載した『リードバルブ』。
このパーツが吸気側における最終的な気密の役割を担っています。

細かい話をすると、その構造の違いにより『クランクケースリードバルブ方式』『ピストンリードバルブ方式』『ロータリーディスクバルブ方式』等と区分されていますが、これはまたの機会に…

さて本題に戻りましょう。
リードバルブは、クランクケース内に吸入した混合気をシリンダーへ掃気する際に、吸気ポート側へ逆戻りさせないようにワンウェイ(一方通行)の構造になっており、吸気ポートに取り付けられています。
ちなみにバルブ本体の材質は極薄の金属や樹脂、またはカーボン(炭素繊維)で出来ており、このバルブがリードバルブを構成する枠(フレーム)に取り付けられています。
2サイクルエンジンはピストンが圧縮行程を行う際に、クランクケース内に発生した負圧によりケース内外での圧力差が生じることで、外側の気体を内側へ引き込もうとする作用が働きます。
その圧力差により吸気ポートの外側から混合気が引き込まれて流入する時に、外部から流入しようとする圧力によりバルブ本体がいとも簡単に押し広げられて一次圧縮室のクランクケース内に混合気が充填されます。
前回のおさらいとして、その後の行程は、圧縮された混合気が爆発燃焼してピストンがクランクケース方向へ一気に押し下げられ動力が発生するという原理でしたね。
そしてクランクケース内に生じる圧力変化を利用して、充填している混合気をクランクケースから燃焼室に該当するシリンダー内へ掃気させるのと同時に、掃気ポートから圧送された混合気の圧力を利用して、シリンダー内部に溜まっている排気ガスを排気ポートへ押し出して外部へ排出します。

【引用】http://blog-imgs-44.fc2.com/f/u/r/furattoblog/111.jpg

この掃気の行程を行う際に、クランクケース内部の圧力が高まることで、混合気が入ってくるトンネル状の吸気ポートへ、混合気を吹き返して抜けて行こうとする力が発生します。
そこでリードバルブのワンウェイ構造が、少しでも抜けて行こうとする混合気を食い止める作用を担っているという訳なのです。

入ってくる時には簡単に開くが、出て行こうとすれば逆に開かない。
内部から逆方向の圧力が加わると、バルブ部分となる極薄のプレートが逆方向へ開こうとします。しかしプレートを取り付けてあるフレームがプレートに接触し、開こうとする動きを阻害することで絶対に開くことはなく、逆にバルブをフレーム本体に押さえつける作用が発生することで、余計に気密が高まるという流体力学と物理学を利用した仕組みとなっています。
一言で片付けると外側からは入れるが、内側からは簡単には出られない構造の簡易バルブ」が装着されていると言った感じですね。

【引用】
https://i2.wp.com/4-mini.net/custom/wp-content/uploads/2015/12/1-3-6.jpg?resize=640%2C480
https://i0.wp.com/4-mini.net/column_images/10/1-0/4/1-5.jpg?resize=640%2C480
https://images-fe.ssl-images-amazon.com/images/I/21stFHDFlPL._AC_US160_.jpg

2サイクルエンジンの吸気側には、このようなそれなりの簡易的なバルブが装着されており、ある程度の気密を保っていると理解してもらったところで、今回のお話はここまで。

 

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