2ストロークエンジンの心臓部！「掃気」を解説
車を知りたい
先生、「掃気」ってなんですか？2ストロークエンジンの説明で出てきたんですけど、よくわかりません。
自動車研究家
なるほど。「掃気」は、2ストロークエンジンの中で、新しい空気を取り込みながら、同時に燃えカスを排気する作業のことだよ。掃除機で例えると、吸い込みながらゴミを掃き出すイメージかな。
車を知りたい
掃除機みたいな感じですか！でも、吸い込みながら掃き出すって、一緒にやっても大丈夫なんですか？
自動車研究家
良い質問だね！実は、2ストロークエンジンでは、新しい空気の一部が、燃えカスと一緒に出て行ってしまうという欠点があるんだ。だから、環境に優しくないという理由で、最近はあまり使われなくなっているんだよ。
掃気とは。
自動車用語の「掃気」とは、2ストロークエンジンにおいて、ピストンが下降から上昇に移る短い時間に、新しい空気の導入と燃焼ガスの排出を同時に行う動作のことです。具体的には、掃気ポンプや過給機で加圧した新鮮な空気をシリンダーに送り込み、その勢いで燃焼ガスを押し出してシリンダー内を新しい空気で満たします。これを掃気作用と呼びます。しかし、この過程でどうしても一部の新しい空気は燃焼ガスと一緒に排出されてしまうため、混合気を供給する火花点火方式の場合、排気ガスによる環境汚染や燃費悪化などの問題点があります。
2ストロークエンジンとは？
2ストロークエンジンとは、ピストンの上下運動をクランクシャフトの回転に変換する内燃機関の一種です。ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの種類がありますが、2ストロークエンジンは構造がシンプルで小型軽量、高出力なのが特徴です。
そのシンプルな構造ゆえに、バイクや刈払機などの小型の乗り物や機械に多く採用されてきました。しかし、近年では環境規制の強化により、排出ガス規制に対応した4ストロークエンジンが主流になりつつあります。
「掃気」のメカニズム
2ストロークエンジンは、その構造のシンプルさから、軽量・コンパクトでパワフルなエンジンとして、様々な乗り物で活躍しています。その力強い動力の源となるのが、燃焼済みのガスを排出しつつ、新しい混合気を燃焼室に送り込む「掃気」と呼ばれるプロセスです。
ピストンの上下運動によってクランクシャフトを回転させるという基本構造は、4ストロークエンジンと同じです。しかし、2ストロークエンジンは、吸気・圧縮・燃焼・排気の4工程を2つの行程で行います。このサイクルを実現する上で、「掃気」は非常に重要な役割を担っています。
掃気方法の種類と特徴
2ストロークエンジンは、そのシンプルな構造とパワフルな出力で、様々な分野で活躍してきました。その心臓部ともいえるのが「掃気」と呼ばれる工程です。掃気とは、ピストンの動きを利用して、燃焼済みのガスを排出しつつ、新しい混合気をシリンダー内に送り込む、非常に重要な役割を担っています。
掃気方法には、大きく分けて「ループ掃気」と「クロス掃気」の2種類があります。それぞれの掃気方法には特徴があり、エンジンの出力特性や排ガス性能に大きな影響を与えます。
まずはループ掃気について解説しましょう。ループ掃気は、シリンダー内を混合気が一方方向に流れるように設計された方式です。構造がシンプルで、低回転域でも安定した掃気を行うことができるのがメリットです。しかし、排気ガスがシリンダー内に残留しやすく、燃焼効率が低下しやすいというデメリットも抱えています。
一方、クロス掃気は、シリンダーの両側から混合気を対流させるように送り込む方式です。ループ掃気に比べて複雑な構造となりますが、シリンダー内を効率的に掃気できるため、高回転、高出力なエンジンに適しています。
このように、掃気方法によってエンジンの性能は大きく左右されます。2ストロークエンジンをより深く理解するためにも、それぞれの掃気方法の特徴を把握しておくことが重要と言えるでしょう。
掃気効率がエンジン性能に与える影響
掃気効率は、2ストロークエンジンの性能を大きく左右する要素の一つです。 効率的に排気ガスを押し出し、新鮮な混合気をシリンダー内に充填できるかどうかが、エンジンの出力、燃費、そして排気ガスのクリーンさに直結します。
掃気効率が高いエンジンは、高出力、低燃費、クリーンな排気ガスを実現できます。 一方、掃気効率が低い場合は、排気ガスがシリンダー内に残留し、燃焼効率が低下するため、出力低下、燃費悪化、排気ガス悪化などの問題が生じます。
そのため、2ストロークエンジンの設計においては、掃気効率を最大限に高めるための様々な工夫が凝らされています。 例えば、掃気ポートの形状や位置、ピストンの形状、排気タイミングなどを最適化することで、シリンダー内の気体流れを制御し、効率的な掃気を実現しています。
2ストロークエンジンのメリット・デメリット
– 2ストロークエンジンのメリット・デメリット
シンプルな構造からパワフルな走りを生み出す2ストロークエンジンですが、その特性上、メリットとデメリットがはっきりと分かれています。ここでは、両方の側面について詳しく見ていきましょう。
-# メリット
1. -パワフルな出力- 2ストロークエンジンは、クランクシャフト2回転に1回爆発するため、4ストロークエンジンに比べて高出力を発揮します。
2. -軽量・コンパクト- 構造がシンプルなので、軽量かつコンパクトに仕上がります。
3. -メンテナンスの容易さ- 部品点数が少ないため、組み立てや分解が容易で、メンテナンス性に優れています。
-# デメリット
1. -燃費が悪い- 燃焼行程が短い分、未燃焼ガスが多く排出されるため、燃費が悪くなります。
2. -排ガス規制- 近年の厳しい排ガス規制に対応することが難しく、自動車などへの搭載は減少傾向にあります。
3. -騒音と振動- 4ストロークエンジンに比べて、騒音や振動が大きい傾向にあります。
このように、2ストロークエンジンはメリット・デメリットが明確です。そのため、用途に合わせて最適なエンジンを選択することが重要です。