燃焼

二行程機関は、ピストンが上下に一度動く間に、動力の発生に必要な一連の動作を完了させる構造を持つ原動機です。四行程機関に比べて部品数が少なく、同じ大きさであればより大きな力を出すことができます。かつては自動二輪車や小型船舶などで多く使われていました。二行程機関特有の工程である掃気について解説します。 ピストンがシリンダーと呼ばれる筒の中を上下に動きます。ピストンが上死点に達すると、シリンダー内の混合気は圧縮され、点火により爆発し、ピストンを押し下げます。ピストンが下がり始めると、まず排気口が開き、燃えカスが外に押し出されます。ピストンがさらに下がると、給気口が開き、新しい混合気がシリンダー内へと送り込まれます。この時、新しい混合気の流れを利用して、燃えカスをシリンダーの外へ押し出すことが掃気です。 掃気は、二行程機関の性能を大きく左右する重要な要素です。新しい混合気を効率よくシリンダー内に送り込み、同時に燃えカスを完全に排出しなければなりません。もし、燃えカスがシリンダー内に残ってしまうと、次の燃焼がうまく行われず、機関の出力低下や燃費悪化につながります。また、新しい混合気が排気口から出て行ってしまうと、これもまた出力低下や燃費悪化、さらには環境汚染の原因となります。いかに燃えカスを排出しつつ、新しい混合気をシリンダー内に留めるかが掃気の効率に関わってきます。 掃気方式には大きく分けて、ピストン掃気、ロータリーディスクバルブ掃気、リードバルブ掃気などがあります。ピストン掃気は、ピストンの形状を工夫することで掃気を行う方式で、構造が単純であることが利点です。ロータリーディスクバルブ掃気は、回転する円盤を用いて給気口と排気口を開閉する方式で、掃気効率が高いことが特徴です。リードバルブ掃気は、薄い板状の弁を用いて給気口を開閉する方式で、構造が単純で、比較的高回転まで対応できることが利点です。それぞれの方式には利点と欠点があり、用途に応じて使い分けられています。

車は、動力を得るためにエンジンを使います。エンジンには大きく分けて二つの種類があり、一つは四行程機関、もう一つは二行程機関です。二行程機関は、四行程機関と違い、クランク軸が一回転する間に吸気、圧縮、燃焼、排気の全行程を行います。これは、四行程機関が二回転で同じ行程を行うのと比べると、倍の速さで動力が発生することを意味します。 しかし、二行程機関には、排気と吸気を同時に行わなければならないという課題があります。そこで重要になるのが「掃気」と呼ばれる技術です。掃気とは、燃焼を終えたガスをシリンダーの外に出しつつ、同時に新しい混合気をシリンダー内に送り込む作業です。いかに効率よく掃気を行うかが、二行程機関の性能を大きく左右します。 掃気がうまくいかないと、新しい混合気が燃え切らずに排気と一緒に出て行ってしまう「ショートサーキット」という現象が起こります。これは、エンジンの出力低下と燃費悪化に繋がります。また、排気ガスに有害物質が含まれる原因にもなります。 効率的な掃気は、エンジンの出力と燃費を向上させるだけでなく、環境保護にも貢献するのです。 そのため、様々な掃気方法が開発されてきました。シリンダー内に適切な空気の流れを作り、燃焼済みのガスを確実に排出しつつ、新しい混合気を効率よく取り込む工夫が凝らされています。それぞれのエンジンの特性に合わせて最適な掃気方式を選ぶことで、二行程機関の性能を最大限に引き出すことが可能になります。 適切な掃気方式の採用は、高出力、低燃費、そして環境性能の向上という、相反する要求を両立させる鍵と言えるでしょう。