バイクの2ストローク・4ストロークエンジンの特徴や行程について

公開日: : 最終更新日:2015/07/06 バイク

2ストロークエンジン

現在のバイクのエンジンは、4ストロークエンジンがほとんどです。ですが、過去に生産されていた車両やごく一部には2ストロークエンジンを採用しているものもあります。

2ストロークエンジンの特徴

吸気・圧縮・爆発・排気の4つの行程をピストン2往復(4ストローク)で完了していたのが4ストロークエンジンですが、2ストロークはこの半分のピストン1往復(2ストローク)で完了します。これが2つのレシプロエンジンの大きな違いです。

4ストのようにバルブ機構は備わっておらず、シリンダー壁面に吸気と掃気、排気の3つのポートが備わっています。これらポートはピストンが往復運動を行うことで開閉しています。そのため、ピストンスカートは4ストよりも長くなっています。バルブ機構の無い燃焼室は半球型をしており、スパークプラグだけが備わっています。

圧縮比が構造上4ストほど高めることができず、燃焼効率が悪く、燃費性能も悪くなってしまいます。さらに排ガスには未燃焼ガスが多く混入してしまうことから環境性能も悪く、よって排ガス規制が強まる状況に対応できず、現行ラインナップでの2スト車両は非常に少なくなっています。

2ストのメリットとしては、爆発行程が4ストの半分であるためにレスポンスが非常に良く高パワーを発揮できる点があげられます。エンジンの構造もシンプルであるため、車両重量も軽くでき、コンパクトにもできます。また、2スト独自のサウンドを好む人も多く、現在でも愛好する人がたくさんいます。

4ストロークエンジン

バイクに最も定番採用されている内燃機関が、レシプロエンジンです。そして、レシプロエンジンの中でも定番なのが、4ストロークエンジンです。現在、現行車両として採用されているバイクのエンジンのほぼすべてがこのタイプとなります。

4ストロークエンジンの詳細

ピストンが2往復、つまり4ストロークすることで1つのサイクルを完了することから、その名で呼ばれています。吸気・圧縮・爆発・排気の行程を1ストロークごとに行い、ピストンが2往復してサイクルを終えることで、クランクシャフトも2回転します。

燃焼室には設けられた吸気バルブと排気バルブが備わっています。吸気の行程のみに吸気バルブが開き、混合気をシリンダー内に取り込みます。排気バルブは排気の行程のみに開き、爆発によって生じた燃焼ガスをシリンダー外に排出させます。圧縮と爆発の行程時には、どちらのバルブも閉じています。

圧縮は、吸気と排気のバルブが閉じられたことで逃げ場を失った混合気が、ピストンが上死点へとあがってくることで押しつぶされることで行われます。圧縮された混合気は、スパークプラグにて点火され爆発。逃げ場のないエネルギーはピストンを下死点へと勢いよく押し下げる力となります。

4つの行程を1セットとし、これを繰り返すことで動力が持続して得られます。その持続のスピードは凄まじく、例えばアイドリングの状態でタコメーターが1000rpmを指していたとしたら、1分間に1000回もピストンは往復しており、クランクも1000回転まわっていることとなります。走行時には当然、それよりも何倍もの回転数となります。メカニズム的にはシンプルなのですが、非常に高い耐久性と精度が必要とされます。

4ストロークエンジンの4つの行程

4ストロークエンジンは、吸気・圧縮・爆発、排気の4つの行程を、1ストロークずつ行っていることはすでに説明していますが、その行程をもう少し詳しく解説してみようと思います。

吸気行程

ピストンは上死点から下死点へ向かって1ストロークします。この際に吸気バルブが開き、ガソリンと空気の混合気がシリンダー内に入り込みます。ただバルブが開いただけで混合気は取り込まれるというわけではなく、ピストンが下に移動することで起こる負圧を利用して、効率よく混合気はシリンダー内に入り込むことができるのです。

圧縮行程

吸気行程によって下死点まで到達したピストンは、次のストロークで上死点へと上昇を開始します。上昇時には吸気バルブは閉じられており、排気バルブも閉じられています。そのため逃げ場を失った混合気は上昇するピストンによって圧縮されます。この圧縮によって混合気は高温状態となり、爆発しやすい状態となるのです。

爆発行程

ピストンが上死点付近へと位置すると、スパークプラグから火花が飛び、混合気に着火、爆発を引き起こさせます。密閉空間で起きた爆発エネルギーは、唯一の力の向かい先であるピストンへと向かい、下死点へとピストンを押し下げます。

排気行程

爆発によって再び下死点へと到達したピストンは、最後のストロークを開始し、上昇を開始します。上昇時には排気バルブが開いており、爆発によって生じたガスはピストンに押し出される形でシリンダーのないから排気されます。そして上死点へと到達すると、再び下降し、次の吸気を開始します。

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