2ストロークエンジンの概説:軽量コンパクトで高トルクを発揮するが燃費と排ガス性能が弱点【バイク用語辞典:2ストロークエンジン編】

■現在、日本市場では2ストロークエンジン搭載の新型モデルはなし

●吸気、圧縮、燃焼、排気、掃気行程がそれぞれ重複しながら1つのサイクルを構成

2ストロークエンジンの持つ軽量コンパクトで高トルクな特性は大きな魅力ですが、一方で燃費と排ガス性能は4ストロークに大きく劣ります。そのため、1998年の排ガス規制に対応できず、2ストロークエンジンの新型搭載モデルは日本市場から消え去りました。

バイク用2ストロークエンジンの基本原理や課題などについて、概説していきます。

●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ストロークの基本サイクル
2ストロークの基本サイクル

(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。

通常は、吸気ポートには吹き返し防止用のリードバルブを装着し、吸気ポートはライナーに装着されたピストンリードバルブ方式とクランクケースに装着されたクランクケースリードバルブ方式があります。

●2ストロークの特徴と課題

2ストロークエンジンの特徴と課題は、次の通りです。

・2ストロークは、1回転に1回(4ストロークは2回転に1回)燃焼によるトルクが発生するので、理論上は4ストロークの2倍のトルクが得られます。

・動弁機構を持たないので部品点数が少なく、シンプルな構造で軽量コンパクト化できます。

・吸排気弁がなく、シリンダーやクランク室の壁面にポートを設けてピストンの往復運動によって、各ポートを開閉して混合気の吸入や燃焼ガスの排出を行います。

・圧力の高い吸気で燃焼ガスを押し出しながら、新気を吸入する「掃気行程」が存在します。

掃気による混合気吹き抜け
掃気による混合気吹き抜け

2ストロークエンジンの致命的な問題は、掃気行程で混合気と排気ガスが混じり合うため燃焼が不安定になること、また混合気が排気ポートから抜けてしまうので、燃費と排気ガス性能が4ストロークに比べて大きく劣ることです。

そのため、1998年に初めて施行されたバイクの排ガス規制に対応できず、2000年以降数多くの2ストロークエンジン搭載モデルが市場から撤退しました。

●吸気・排気・掃気システム

ポートタイミング
ポートタイミング

2ストロークエンジンには、4ストロークエンジンのような吸・排気弁はなく、シリンダー内の壁面に設けられたポートによって、混合気の吸入や燃焼ガスの排出を行います。

4ストロークの弁開閉時期や開弁期間に相当するポート開閉時期とポート開時間は、シリンダー上端部から各ポートまでの寸法で決まります。シリンダー上端部からポート開口部上端までの長さが短いとポートの開時期が早く、同じく開口部下端までが長いとポートの閉時期が遅くなります。

リードバルブ付きの吸気ポートでは、ピストン位置に関係なくクランク室内が負圧になれば混合気を吸入するので、ポートの位置はそれほど重要ではありません。


2ストロークエンジンは、自動車用、およびバイク用としてはほぼ市場から姿を消しました。

本章では、2ストロークエンジンの特徴や市場から消え去る要因となった課題などについて、詳細に解説します。

(Mr.ソラン)