2ストローク機関(ツーストロークきかん)は内燃機関の一種で、2行程で1周期とする2ストローク1サイクルレシプロエンジン式の名称。英語のtwo-stroke cycleの省略で、昭和年間以前には2サイクル機関・2行程機関とも呼ばれた。
概要
定義動弁機構を持たない一般的2ストローク・ガソリンエンジンの模式図。潤滑油は燃料に混合するか、もしくは独立配管で潤滑箇所に供給され、燃料と一緒に燃やされる。この形式のエンジンでは、掃気圧力と一次圧縮の圧力は、いずれもピストンの下降に伴うクランク室の容積変化により得ている
2ストロークエンジンは1往復(行程換算2回 (=2 stroke))で1周期を完結するエンジンで、ピストン1往復(クランクシャフト1回転)ごとに燃料が燃焼する。
行程は以下の通りである。 ここまでの行程で動力伝達軸であるクランクシャフトは1回転する。 掃気は2ストローク機関特有の動作で、圧力のかかった新気(混合気または空気)をシリンダー内へ導入し、その勢いとピストンの圧縮力で同時に燃焼ガスを排出するものであり、掃気ポートがピストンの下降によって開かれ、上昇によって閉じられるまで続く。掃気に圧力を与えることを一次圧縮と呼び、ピストンの下降に伴うクランクケースの容積変化による方法と、外部に装備した圧縮機または過給器による方法とがある。 このように、4ストローク機関での4行程を2つずつ同時に行うことで、ピストン上死点で毎回燃焼(点火/着火)が起こることが特徴である。 最初の実用的な内燃2ストローク・エンジン(同時に、最初の実用内燃エンジン)となったのは、1858年に開発されたガス燃料機関のルノアール・エンジンである。考案者はベルギー出身でフランスで活動した技術者ジャン=ジョゼフ・エティエンヌ・ルノアール (Jean Joseph Etienne Lenoir
2ストローク・ガソリンエンジンの行程
上昇行程 : ピストンが上昇する間に排気と吸気の圧縮を行う。
下降行程 : 燃料の燃焼(爆発)によりピストンが下降し、その後半で排気を行う。
歴史
ルノアール・エンジン1861年製のルノアール・ガスエンジンの模式図
小工場での定置動力等には蒸気機関より軽便・簡易で、当時普及が進んでいた都市のガス供給網を利用できるメリットもあって、ある程度普及したが、後世の2ストローク・エンジンのような一次圧縮がなされないため、熱効率は著しく低かった。ルノアールは「機関内の圧力が高い構造は危険ではないか」と危惧していたからである。
クラーク式2ストロークエンジンクラークのエンジンに類似した構造を持つ1910年代のユニフロー2ストローク単気筒ガソリンエンジン。
2ストロークのガソリンエンジンは、1878年に、スコットランド出身のデュガルド・クラーク
(en:Dugald Clark 1854-1932) が最初に製造し、1881年に英国特許を取得した[1]。既にこの時代には、圧縮行程を含む4ストロークのオットーサイクル・エンジンが実用化されており、燃料ガスの圧縮によって熱効率が高まることが認識されていた。
クラークのエンジンは、エンジン本体外部に独立したシリンダー式の圧縮装置・掃気装置を装備して4ストローク・エンジンの圧縮行程に代えたものであり、4ストロークエンジンに比肩する性能を出すことができたが、4ストロークエンジン同様に専用のバルブを設ける必要があるなど、構造がやや複雑で、掃気機構のフリクションロスもあった。
クラークによる、エンジン本体の外部に圧縮・掃気装置を設ける手法は、事実上世界初[2]の過給機付きエンジンともいえるものであり、のちにより構造簡略な回転式のスーパーチャージャーに置き換えられ、2ストローク、4ストロークの別なく利用されることになった。特に2ストローク・ディーゼルエンジンのメカニズムは、燃料供給とその点火(ディーゼルエンジンでは着火)手段を除けば原理的にはクラークの手法を踏襲していると言ってよい。ただし、クラーク本人は「シリンダー式掃気装置は加圧ポンプではなく、単にシリンダー内の掃気を補助してスムーズに排気管へ燃焼ガスを排出させる為の装置に過ぎない」という主旨を述べていたとされる[3][4] 。 現在よく知られている形のシンプルな2ストローク・ガソリンエンジンは、1889年にイギリスのジョゼフ・デイ
デイ式2ストロークエンジン
この単純なエンジンは「省略できる部品は全て省略し、4ストロークエンジンでは分離して完全に行われていた各行程を、効率を犠牲にして統合・簡略化した」ことで実現された。気筒頭の点火プラグを除いては、ポペットバルブすら持たない簡潔な構造故に、絶対的な効率以上に軽量・簡易性が要求される小型2ストロークエンジンの完成形となった。
その作動メカニズムは以下に示すいくつかの特異な要素を組み合わせて成立しており、極めてユニークな着想の集合体と言える。