懐かしい２ストローク高性能エンジンの構造と燃焼行程

ガソリンエンジンには、その燃焼工程の違いにより4ストローク、2ストローク、ロータリーなどに区別されます。ストロークとは工程(ピストンが動く距離)の意味で、ピストンが上下の動きを計４回すると1サイクルの燃焼が完了するという意味です。ロータリー・エンジンはおむすび型のローターが１回転すると全ての工程が完了することから2ストロークと同等と考えても良いと思います。よく4サイクル・エンジンとか書かれているの見ますが厳密には誤りです。2ストローク・エンジンは、ピストンが計２回動くと1サイクルの燃焼が完了するという意味です。

燃焼工程を区分すると、1. 混合機を取り込む:吸気、2. 混合機を圧縮する:圧縮、3. スパークプラグ着火で圧縮混合気の燃焼:爆発と膨張、4. 燃焼ガスを掃き出す:排気の4工程になります。4ストローク・エンジンではこの4つの工程(4回移動、クランクシャフトは2回廻る)がピストンの動きで明確に区別されて行われています。これらの工程は全てピストンヘッド(上部)とシリンダー内部で起こされている化学現象です。

一方、2ストロークエンジンは、図1と4で示す通り爆発後の膨張による排気と新たな混合気がクランク室内で圧縮されて掃気ポートからシリンダーへ流れ込み排気ガスを押し出します。図2のピストンがシリンダー内に混合気を圧縮する工程へ移るとクランク室内は負圧になり吸気ポートから混合気を取り込みます。ピストンが圧縮上死点へ近付くとスパークプラグにより点火され混合気を爆発、膨張させます。これらの工程はピストンが上下1回(計2回移動、クランクシャフトは1回廻る)動くことから2ストローク・エンジンと呼ばれます。

ここで単純計算です。500ccの4ストローク・エンジンと2ストローク・エンジンを比較すると、例えば4000rpmで回転しているエンジンでは、4ストロークはクランクシャフトが2回廻って1サイクル完了するので爆発回数は2000回です。一方、2ストローク・エンジンは、4000回爆発します。同一排気量で爆発(エネルギーを生み出す)回数が4ストロークは2ストロークの半分ということになります。当然、この回転域の総排気量エンジンでは2ストローク・エンジンは圧倒的な力の差を見せつけます。

一時期、モーターサイクルGPレースで2ストローク／4ストロークが入り混じったレースがありました。その時、2ストローク・エンジンは500ccで4ストローク・エンジンは1000ccでした。単純に排気量が倍になってました。それでも2ストローク・エンジンに勝てなかったのです。

昨今は、排ガス規制でめっきり数が減った2ストロークエンジン(まだチェーンソーなどには残ってます)は、高回転へシフトした4ストローク・エンジン(2ストローク・最高回転数の2〜3倍くらい)には出力でも勝てず減少の一途です。しかし、往年のバイク好きには、カワサキのSSシリーズ、スズキのGTシリーズ、ヤマハのRD/RZシリーズ、DTシリーズなどを思い浮かべると思います(ホンダは2ストローク嫌い)。船外機も以前は2ストローク・エンジンだけでしたが、今では4ストローク・エンジンばかりです。2ストローク・エンジンは4ストローク・エンジンと比較して構造がシンプルで構成部品も少なく耐用年数は4ストローク・エンジンよりも長く使えますが、残念ですね。カストロールR30の焼ける匂いが懐かしくなります。