[バイクのメカニズム] 2ストロークエンジンが毎回爆発できる仕組みって?〈ネモケンのライドナレッジ〉

2023/12/10 7:30
ライドハイ編集部

メカニズム／テクノロジーライドハイ

[バイクのメカニズム] 2ストロークエンジンが毎回爆発できる仕組みって?〈ネモケンのライドナレッジ〉

●文:ライドハイ編集部(根本健) ●写真:藤原らんか

1 1980年代のレプリカ時代に主役だった2ストロークエンジン
2 ピストン1往復の毎回爆発でパワーを稼ぎやすい2スト

1980年代のレプリカ時代に主役だった2ストロークエンジン

かつての1980年代は、ヤマハRZ250に始まり、ホンダNS250R／スズキRG250Γ／ヤマハTZR250、そしてホンダNSR250R…、価格が手頃な250ccクラスが、ビッグバイクを凌ぐ加速やコーナリング性能を楽しめるパフォーマンスで大人気に。世界GP頂点の500ccGPマシンに至るまで、2ストロークエンジン全盛の時代が存在していた。

2ストロークエンジンの仕組み｜[バイクのメカニズム] 2ストロークエンジンが毎回爆発できる仕組みって?〈ネモケンのライドナレッジ〉

4ストロークが吸気／圧縮／爆発／排気の4行程を、ピストンが2往復、その上下動を回転に変換するクランクシャフトが2回転するのを必要とするのに対し、この2ストロークはピストン1往復／クランクシャフト1回転で済むため、燃焼爆発の回数が2倍となることから、パワーを稼ぎやすいのが特徴だ。

DOHCなど機械的にバルブを開け閉めしない複雑なメカニズムを必要としないため、シンプルな構造が小排気量エンジンに向いていて、1960年代以前は2ストバイクのほうが多かったほど。

ただ、マフラーからオイルを燃やした煙が出るなど、厳しくなる排気ガス規制の下で、現在はほぼ姿を消してしまっている。

この2ストエンジン、なぜバルブがないのに吸気と排気を入れ替えられるのかなど、あらためてその仕組みを説明しよう。

ピストン1往復の毎回爆発でパワーを稼ぎやすい2スト

下図のように、2ストロークは毎回爆発で、その行程には1次圧縮とか掃気など、4ストロークにない部分もある。そこで、ピストン1往復、クランクシャフト1回転の間に、どんなことが起きているのか、ひとつひとつを解説すると…。

ピストンが上昇すると、クランクケース内が負圧になって、混合気を吸い込む行程と同時に燃焼室で圧縮される

2ストエンジンは、クランクケースが密閉されているため、ピストンが上昇(燃焼室側では圧縮中)しているとき、ピストンより下側のクランクケース内がマイナスの圧力＝負圧となって、クランクケースに取り付けた逆流防止のリードバルブ(ハーモニカのようなリード弁)が開いて、ガソリンと空気の混合気を吸い込む。

それと同時に、ピストンの上側＝燃焼室側では、(後で説明する)掃気ポートから送り込まれた混合気が、ピストンの上昇で掃気ポートも閉じられ他状態に成り、燃焼へ向け2次圧縮されていく。

クランクケースにリードバルブが装着されたのは1980年代中盤以降で、その前はシリンダーの吸気ポート手前にリードバルブがあったり、さらに昔は吸気ポートへ何も介さずキャブレターを装着していた時代が長く、吹き返しといって吸気がかなり逆流していた。

また、ロータリーディスクバルブと呼ばれる、クランクケースの真横に切り欠きのある円盤を回転させ、吸気ポートの開け閉めをするレーサーに多かった方式もあるが、説明もややこしくなるので今回は省いて、次の行程に移ろう。

燃焼爆発でピストンが下降すると、ピストンより下のクランクケース側では吸気の1次圧縮が始まる

次が燃焼室側の爆発によって、ピストンを下へ押し下げている初期の状態でパワーを発生している行程。このピストンが下降することで、ピストンより下のクランクケース側では逆流防止のリードバルブが閉じているため、クランクケース内は吸い込んだ混合気が圧縮されることに。

この圧縮を1次圧縮と言って、シリンダーに開いている掃気ポートからシリンダー内の燃焼室へ混合気を送り込むために加圧されていく。

ピストンのさらなる下降で、燃焼室側では排気ポートから排気ガスが排出され、クランクケース内の1次圧縮が最大となる

押し下げられ下降しているピストンが、シリンダーに開けられた排気ポートの位置を過ぎると、排気ガスの排出が始まる。ピストンより下のクランクケース側は、ピストンが下がるほどに1次圧縮が高まり、掃気ポートから燃焼室へ混合気を送り込む寸前の状態となる。

ピストンの下死点で掃気ポートが開き、混合気が燃焼室へ送り込まれ、排出されている排気ガスと入れ替わる行程となる。

さらにピストンがもっとも低い位置の下死点に近くなると、シリンダーに開いた掃気ポートが顔を出し、1次圧縮された混合気が勢いよく燃焼室へ流入してくる。

ただ、排気ポートも開いているため、燃焼室には入ってきた混合気と燃焼を終えた排気ガスとが一瞬同居する状態になる。

ここで新しい混合気が排気ポートから排出されないよう、2ストロークエンジン特有の排気管が極端に膨らんだ部分を持つ、エキスパンションチャンバーという構造によって、排気ガスの半ば反発しようとする弾力を利用して、新しい混合気を燃焼室へ留めておく効果を生じているのだ……

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ピストンが上昇すると、クランクケース内が負圧になって、混合気を吸い込む行程と同時に燃焼室で圧縮される

燃焼爆発でピストンが下降すると、ピストンより下のクランクケース側では吸気の1次圧縮が始まる

ピストンのさらなる下降で、燃焼室側では排気ポートから排気ガスが排出され、クランクケース内の1次圧縮が最大となる

ピストンの下死点で掃気ポートが開き、混合気が燃焼室へ送り込まれ、排出されている排気ガスと入れ替わる行程となる。

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ピストンのさらなる下降で、燃焼室側では排気ポートから排気ガスが排出され、クランクケース内の1次圧縮が最大となる

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