いわば2ストと4ストのハイブリッド?!

カワサキ「マッハIII」が2ストエンジン＋ターボ搭載で完全復活へ!? 水素で直噴、そのカギは吸気バルブだ!!

2024/07/11 8:32
ヤングマシン編集部(ヨ)

YMイメージCG by SRD メカニズム／テクノロジーヤングマシンスクープ／未来予想カワサキ [KAWASAKI]

カワサキの「2ストロークエンジン」なる特許が7月8日に公開された。図版を一見すると4ストロークエンジンのようなバルブが片側だけ見えるが、これで2ストロークなのだという。一体どういうことなのだろうか。スクープ未満の妄想も含む記事にはなるが、なるべく頑張って考察してみたい。

●文:ヤングマシン編集部(ヨ) ●CG製作:SRD(不許複製/All rights reserver)

1 弁方式がSOHC2バルブの2ストローク……だと？？
2 もしかして2ストオイル不要か……！

弁方式がSOHC2バルブの2ストローク……だと？？

カワサキモータースが2022年12月26日に出願し、2024年7月8日に公開となった特許には、「2ストロークエンジン」の名称が与えられていた。新規の2ストエンジンか、と簡単に考えたらちょっと違う。なにしろ、4ストロークエンジンでしか見られないはずの円錐状のバルブを採用しているのだ（※）。それも吸気側だけ。

これをヤングマシン的なスペック表記とするなら、●冷2ストローク●気筒SOHC2バルブ……ということになるのだろうか？一般的なモーターサイクル用2ストロークエンジンの弁方式といえば、ピストンバルブやピストンリードバルブ、あるいはクランクケースリードバルブ、ロータリーディスクバルブの4種類しか聞いたことがない。

しかも、4ストロークエンジンにおける2バルブといえば吸気/排気バルブが各1本という構成であり、この特許図のような吸気側の2本だけというのも実に奇妙だ。

しかし、特許の文面と図版を眺めていると、とても理にかなっていると思えてくる。

一般的なモーターサイクル用2ストロークエンジンでは、シリンダーの前後方向のどちらかの壁面に掃気ポートがあり、反対側に排気ポートがある。上記4つのバルブ方式のいずれかでクランクケース内に吸気し、ピストンが下がることで1次圧縮が行われ、掃気ポートからシリンダーに混合気が供給されるとともに燃焼済みのガスが排気ポートから押し出される。入れ替わった混合気はピストン上昇で圧縮され、スパークプラグで点火することで燃焼を得ることができ、またピストンは押し下げられていく。

こうしたサイクルがピストン1往復＝クランク1回転の間で行われ、上/下の2ストロークで1サイクルが完成されることから2ストロークあるいは2サイクルエンジンと呼ばれるわけだ。

4ストロークがピストン2往復＝クランク2回転で1サイクルを完成するのに対し、同一回転数なら2倍の回数の燃焼を得ることができ、それゆえ同一排気量なら、2ストロークエンジンのほうが圧縮比を上げにくい構造ながらもパワーを得やすく、反面で燃費は悪い。

軽量シンプルな部品構成ながらポート形状によるパワーの追求は複雑で奥深く、一方でクランクケース内に吸気することからクランクベアリングとピストン＆シリンダーを潤滑するためのオイルを供給し続けなければならないのが2ストロークエンジンの宿命だった。

※船舶用などの2ストロークディーゼルエンジンでは円錐状の排気バルブとターボの組み合わせが一般的（本記事のエンジンとは逆）かつ主流だが本記事では割愛

もしかして2ストオイル不要か……！

そんなメリット/デメリットを併せ持つ2ストロークエンジンは、なぜ姿を消していったのか。それは、掃気/排気がオーバーラップすることでどうしても未燃焼ガスが排出されることや、2ストオイルを供給することで排気ガスにオイル成分が含まれてしまうことによって、排出ガスのクリーン化が難しかったことによる。また、燃費をよくするのが難しいため二酸化炭素の排出量でも不利だ。

これらを解決するため、これまでも燃焼室にインジェクターで直接燃料を噴射する直噴や、2ストオイルの混合気への混入を極力減らすようなメカニズムがトライされてきたが、根本的な構造が変わったわけではなかった。

カワサキ「マッハIII」が2ストエンジン＋ターボ搭載で完全復活へ!? 水素で直噴、そのカギは吸気バルブだ!! — 4ストロークエンジンのような吸気バルブシステムを持つ一方で、図版の右側に見えるシリンダー壁面には排気ポートが設けられている。そして左下には『過給機』の文字が！

ではカワサキの出願している特許による2ストロークエンジンはというと、吸気バルブを4ストロークで見られるような円錐型のバルブとし、燃料噴射を直噴にすることで、多くの課題を解決に導くように見える。

構造としては、4ストロークエンジンと同じくシリンダーヘッド上にあるカムシャフトでバルブを駆動し（機構的にはOHVでもいいという）、一般的な2ストロークエンジンと同じようにシリンダー側面に設けられた排気ポートから燃焼済みガスが排出されるようになっている。

面白いことに、吸気バルブは4ストロークエンジンがクランク1回転の間に仕事をし、もう1回転する際には完全に休んでいるのに対し、クランク1回転毎に開閉することになる。

これによるメリットは、クランクケース内に吸気しなくて済むということに尽きるだろう。スロットルボディと4ストローク的な吸気ポート/吸気バルブという流路で吸気システムは成立しており、クランクケースを経由する必要がないのだ。

となれば、クラッチやトランスミッションを潤滑するエンジンオイルを4ストロークエンジンと同様にクランクベアリングにも共有することができ、ケース内を循環するオイルで潤滑が完結する。そのため2ストオイルのように新たに供給してやる必要がなく、これによって排出ガスにオイルが混入することも避けられるはず（一般的な4ストロークエンジンと同等のごくわずかな混入はあるにしても）。

そうなると燃焼室に供給するべきは空気と燃料ということになり、吸排気の考え方はひと回りシンプルになるように思える。これに直噴を組み合わせることで、排気ポートがピストンで塞がれた後に燃料を供給することも可能になる。つまり、点火前に混合気（未燃焼ガス）が排気ポートを吹き抜ける、という現象も起こらなくなるわけだ。

特許の文面によれば、シリンダー壁面の排気ポートが開いたあとに吸気バルブが開き、掃気～吸気が連動して行われる。そしてピストンが上昇して圧縮行程が開始され、燃料噴射が行われるという。

ではこのカワサキ方式の2ストロークのデメリットはと考えると、やはりクランクケース内に吸気しないことに起因するのではないだろうか。1次圧縮がないことで燃焼室に空気を送り込む力は弱くなり、一方で4ストロークのように吸気行程で燃焼室内がしっかりと負圧になるということもなさそう。つまり、回るには回るとしてもちょっと“吸いが弱い”ように思えてならないわけだ。

しかし、カワサキはすでに解決方法も特許にサラリと記載している。そう、過給機である。これは機械式スーパーチャージャーまたは排気を利用するターボチャージャーのどちらであってもいいようで、これによって新気を送り込む力を強め、掃気をより効率的に行うことができるようになるのだろう。また、2ストロークならではのチャンバー（マフラーのパイプが膨らむ独特の形状）がこのエンジンに対しても効果的なのかどうか、気になるところではある。

一部に4ストロークエンジンのような動弁機構を用い、2ストロークのいいところは残しつつネガティブな要因を排除する。ある意味2ストロークと4ストロークのハイブリッドのようなエンジンと言っていいのかもしれない。あとは気になるとすれば燃費がどうかという部分だろうか。

左の図版はピストンが下死点近くまで下がった掃気行程で、吸気バルブから進入した新気が燃焼済みガスを追い出しているのが想像できる。右は圧縮からの燃料噴射行程のようで、排気ポートが塞がってからの直噴により未燃焼ガスの損失を防いでいるように思える。

このほか、燃料は水素、あるいは炭化水素を含む気体燃料、炭化水素を含む液体燃料（ガソリン/ディーゼル/アルコールなど）であってもいいとされている。

まさしく“ぼくの考えた最強の2スト”が具現化されようとしているかのような公開特許である。これ、マジで実現してほしいんですけど！！

ちなみに、どうやら1989年の東京モーターショーでトヨタが公開したコンセプトエンジンにも、似た系統のアイデアが採用されていた模様。資料が揃わず正体はわからないのだが、下記↓↓の記事で触れているので興味があれば一読を。記事の主題であるホンダの2スト+4ストハイブリッドというのも、前2気筒が4スト／後ろ1気筒が2ストのV型3気筒というのは妄想が過ぎるにしても、実際は今回の記事のようなアイデアと近いものだったとすれば、十分に存在し得たものなのかもしれない。

実はホンダも2スト+4ストのハイブリッドを研究していた?! 当時はガセ扱いされたが実は根拠があったスクープ記事がコチラ