2ストエンジンの1次圧縮と2次圧縮




4ストロークエンジンと違い、2ストロークエンジンの圧縮工程には「1次圧縮」と「2次圧縮」の2つがある。それぞれの圧縮を上げるため、社外のチューニングパーツには様々な工夫が施されている。

2ストエンジンの「1次圧縮」とは?

ピストンの上昇によって掃気ポートはシャットアウトされる。次にピストン下降時。クランクケース内や掃気ポートに閉じ込められた混合気(水色)は、ピストンの下降とともに狭くなる容積の中に押し込められる=圧縮される。これを1次圧縮と呼ぶ。

一般的に1次圧縮を高めれば、掃気ポートが開かれた時に、混合気の噴射が強烈になる=爆発後に発生する燃焼ガスを、チャンバーorマフラー側に吹き飛ばしやすくなる。ちなみに、混合気を吸引するリードバルブの劣化は、1次圧縮の低下(圧縮の漏れ)の原因となる場合があるので要注意。

1次圧縮を高めるための2ストエンジン用社外クランクシャフト。クランクシャフトのすき間(茶色の部分)を埋めることにより、クランク内の容積率を低下(容積を狭めている)。これによって、ノーマルクランクよりも強くて素早い混合気の移動(燃焼室側への押し出し)を実現している。

2次圧縮とは?

2次圧縮とは、ピストンの上昇により、シリンダー内で混合気を押し潰す圧縮のことを指す。2次圧縮によって押し潰された混合気は、スパークプラグにて点火・爆発。この反動で再びピストンは下降し、1次圧縮が始まる。

2次圧縮によって圧縮される混合気は、押し潰せば押し潰すほどに爆発力が増し、パワーアップするのが基本。このチューニング方法を圧縮比のアップという。圧縮比に関する詳細は下記参照。

シリンダーヘッドに設けられた半球状(実際は半球よりも面積は狭い)の燃焼室。この部分で混合気の爆発運動が繰り返される。写真は2スト用。

混合気はピストンの頭部で押し潰され、着火・爆発。この爆発エネルギーは、ピストンが下降~上昇することで回転運動に変換されていく。2スト用ピストン(写真)の頂上部には、4スト用ピストンのような吸気・排気バルブフェイス(傘の部分)を逃がすための切り込み(バルブリセス)が設けられていないのが特徴。

エンジンの性格を決める圧縮比

圧縮比とは、シリンダー容積(B)及び燃焼室容積(A)における燃焼室容積(A)の割合のこと。(A+B)÷Aで算出する。圧縮比を上げればパワーは上昇するが、エンジンの強度にも限界があるため、ただ闇雲に上げても駄目。圧縮比を上げるには、頭部が凸型の高圧縮型ピストンに交換して燃焼室容積(A)を狭めるのが一般的。エンジンの圧縮比は、用途、使用目的などに合わせた数値に設定されている。

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シリンダー容積(B)と燃焼室容積(A)は、ピストンがもっとも下降した状態の時に計測。燃焼室容積(A)は、ピストンがもっとも上昇した状態で計測する。

なぜ、高圧縮型エンジンはパワーが出やすい?

レースでの使用を想定した高性能エンジンは、一般的にパワーを出しやすい圧縮比を上げた高圧縮型に設計。これは膨らました風船を押し潰した時の原理と同じ。風船の大きさが同じ場合、押し潰せば押し潰すほど破裂した時の力が大きくなる。

ちなみにこのタイプのエンジンは、高圧縮で爆発を繰り返すため、燃焼室の温度が上昇。その結果、ノッキングが起こりやすい。そのため、ハイオクガソリンの使用が前提となる。こちらの詳細は、「エンジン講座・高性能エンジンとハイオクガソリン」の項を参照のこと。

圧縮を上げる方法・その1

スキッシュエリアを設けるなどして、燃焼室容積(イラストのA部分)を狭める。ハイエンドユーザーの中には、燃焼室の形状そのものを変更して圧縮比を上げる者もいる。写真は燃焼室に吸排気バルブを備えた4ストのモンキー用。

圧縮を上げる方法・その2

ピストンの頭部を凸化して、燃焼室容積(イラストのA部分)を狭める。写真は4ストのモンキー用チューニングピストン。

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