2ストローク機関
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。
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。
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。
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 Étienne Lenoir) で、石炭ベースのガス灯用ガス ("Illuminating gas") を燃料とし、電気点火装置 (double-acting electric spark-ignition) による火花点火方式を用いた。この発明は、1860年にフランスで特許を取得している。
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。
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 (Dugald Clark 1854-1932) が最初に製造し、1881年に英国特許を取得した。
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 。
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 (Joseph Day 1855-1946) が発明した。意図としては、先行して開発された各種のガソリンエンジンの特許回避を目的としていた。
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。
バルブレス・シリンダーポート方式
シリンダー側面に吸排気それぞれの専用孔(ポート)を開け、その閉塞・開放は上下に往復するピストンの側面を利用する。これによって、燃焼室やクランクケースの外部に駆動装置を展開させる、複雑なバルブ開閉機構がいっさい省略できた。このバルブ省略のアイデアは、デイのもとで働いていたフレデリック・クック(Frederick Cock)の考案ともされる。
クランクシャフト回りのクランクケース部を密閉し、ピストンが上昇することでクランクケース内に生じる負圧を利用して、燃料ガスを導き入れる。そしてこのガスを、ピストンの下降によって予備圧縮する。これでクラーク式2ストローク機関のような独立の圧縮装置や、4ストロークエンジンにおける圧縮行程が不要になったが、クランクケースの密閉性確保には限度があり、吸入負圧は4ストロークエンジンほど高くない。
燃焼室内の点火でピストンが押し下げられると、予備圧縮された新しい燃料ガスが掃気ポート経由で燃焼室に押し込まれ、排気ガスを排気ポートから押し出す。これで4ストロークエンジンにおける排気行程が不要になり、圧縮行程と合わせ2行程分省略した2ストロークエンジンを成立させることができた。だがこの構造で、圧縮効率の低下や、まだ燃焼していない新しいガスの一部が排気ガスと共に排出されてしまう「吹き抜け」の損失が生じた。
さらに、シリンダーポート構造やクランクケース圧縮機構を成立させるための特異な技術的着想として、混合燃料潤滑が取り入れられた。
内燃機関は機構上、運転中にエンジン内部のピストンリングや腰下(コンロッドやクランクシャフト、クランクケース)など可動部の適切な潤滑が常時行われないと、焼き付きを発生し破損してしまう。シリンダーポート構造やクランクケース圧縮機構を用いると、一般の4ストロークエンジンのようなクランクケース内へのオイル貯留も最低限の潤滑もできず、そのままではシステムとして成立しない。
そのためデイ式エンジンでは、燃料にあらかじめ潤滑油(2ストロークエンジンの場合は2サイクルオイル)を混合し、燃料を使用するだけでエンジン内部の可動・摩擦部分が潤滑されるようにした。これによって潤滑を左右するオイルポンプなどの複雑なメカニズムを一切省略できるという、バルブ省略にも比肩する大きなメリットが生じる。
一方、混合した潤滑油は燃料と共に燃えて排出されてしまう。従って潤滑油の消費が大きい不経済な性質がある。また潤滑油は(本来の燃料油と違って)燃焼性は必ずしも良いわけではないので、不完全燃焼や熱効率の低下、排気ポート周囲に付着する煤の発生といったロスの原因にもなる。
1950年代には2ストロークエンジン自動車の一部で、燃料と潤滑油を別のタンクに貯留し、キャブレター直前で自動混合する取扱い省力化が試みられるようになる。その後、混合された燃料の供給を絞った状態だとエンジンの焼けつきが生じやすいことに着目し、1960年代には混合燃料を使わず、専用のオイルポンプと配管を介して潤滑油を潤滑箇所に圧送する手法が現れたが、メカニズムが複雑化してしまった一方、潤滑油を燃やしてしまう根本に変わりはない。
デイ式の2ストローク・エンジンは、小型の簡易なガソリンエンジンにおける決定的な方式となった。第一次世界大戦以降に広く用いられるようになり、特にDKWやザックス (Fichtel & Sachs) などのドイツのメーカーにおいてその使用が顕著だった。小型のものを中心としたオートバイはもとより、1930年代以降は小型自動車にも盛んに使用されたが、1960年代以降自動車用から廃れ始め、1990年代になると2輪車でも排出ガス規制の面から4ストロークエンジンにその地位を譲るようになる。
現在、2ストロークのガソリンエンジンが多用されているのは、極めて小型のエンジンでなければシステムの成立しにくい機器類(小型発電機、草刈機やチェーンソーなどの可搬機器、可搬消防ポンプ、ラジコン模型用エンジンなど)が主である。そのほとんどで、ジョセフ・デイのコンセプトに基づく、バルブレス・シリンダーポート、クランクケース圧縮、混合燃料潤滑方式が採用されている。
バルブレス・シリンダーポート2ストロークエンジンにおける圧縮効率の低下や吹き抜けに対する策として、ガソリンエンジンの場合はチャンバーを利用する方法がある(詳細はチャンバーを参照)。
チャンバーの形状は特定の回転域で充填効率が高まり、高トルクが得られる回転域「パワーバンド」が表れる事が多い。中には、YPVSのようにシリンダーの排気ポートを電動で可変させたり、V-TACSのようにサブチャンバーを開閉させる事によりパワーバンドを広げる工夫もある。YEISのように吸気側にチャンバーを設ける工夫もある。1970年代中頃の2輪ロードレース世界選手権WGPでは、500 ccクラスにおいて日本メーカー参戦とともに4気筒500 ccエンジンが台頭していくが、その当初からクランク回転180度ごとに2気筒ずつ点火する180度等間隔同爆がヤマハとスズキによって採用、ホンダは120度(3気筒)/90度(4気筒)ごとに1気筒ずつの等間隔爆発が採用されていた。その後1992年にデビューした92年型ホンダ・NSR500ではクランク回転の292度と68度地点で点火される不等間隔同爆エンジンが採用された。これは最高出力を求めていった結果、1万回転近くから1万2千回転前後で突然最大トルクが発生する、パワーバンド(最大トルク発生回転域)が狭い、扱いがシビア(いわゆるピーキー)であった今までのレース用の大出力2ストロークエンジンから、ピークパワーやレスポンスを犠牲にしても、爆発を不等間隔にしてタイヤの空走区間を増やすことによって、特にホンダが悩まされていたトラクション性能を劇的に向上させた。結果大幅なラップタイムの短縮に加え、当時多発していた転倒も扱いやすい特性で減少し高い安定度も実現した。その圧倒的な差から、ライバルの各メーカーでも270度-90度や300度-60度などの不等間隔同爆エンジンが採用されるきっかけとなった経緯がある。
ガソリンを燃料とするものは、小出力の小型機器に用いられる。
2ストロークガソリン機関では、ガソリンと空気の混合気を吸気し、これを掃気 (Scavenging (automotive)) にも用いなければならないので、クランクケース内で一次圧縮を行う必要がある。すなわち、燃焼室側が圧縮行程の時、同時にピストン上昇による負圧を利用して吸気を行う。この吸気は燃焼室側が膨張行程でピストンが下降する際に同時に圧縮され(一時圧縮)、下死点付近で開いた掃気ポートより噴き出して膨張行程を終えた残留排ガスを排気ポートから追い出す(掃気)と同時に新気でシリンダ内を充填する。
掃気時にはシリンダ内の残留ガス(排気)と新気の混合が避けられず、残留ガスを全て排気しようとすると、混合した新気(未燃ガスとオイル)も一部排出されてしまう。このため、排気ガスには大量の炭化水素が含まれるが、燃焼室の温度が低いために窒素酸化物は少ない。炭化水素は触媒で燃やすことが可能であり、もともと窒素酸化物は少なく対応が不要のため、当時の排気ガス規制は合格することができたが、将来的に窒素酸化物の規制が厳しくなると合格できる目処はたたなくなっていた。
その為、西ヨーロッパおよび日本の普通自動車及び小型自動車では4ストロークエンジンの性能が向上してきた1960年代後半にはほとんど姿を消しており、排気量が小さな日本の軽自動車においても、自動車排出ガス規制が日本国内で開始(昭和48年排出ガス規制)された1973年(昭和48年)ごろより、360ccの4ストロークエンジンへの移行が始まり、日本版マスキー法と呼ばれた1975年の昭和50年排出ガス規制(識別符号A-またはH-)、1976年の昭和51年排出ガス規制(識別符号B-またはC-)の頃には、ダイハツとスズキを除く全メーカーが550ccの4ストロークエンジンへの移行を完了した。マスキー法の規制値を完全達成した1978年の昭和53年排出ガス規制(識別符号E-)以降は、スズキのみが規制に適合した車両を製造していた。
ダイハツの軽商用車ハイゼットは1981年まで360ccのZM型搭載車を販売した。1975年以降は昭和50年規制に適合。ダイハツの場合は360cc規格時代の軽限定免許のドライバーのために360ccでもトルクが強い軽商用車を供給する必要があった。軽限定免許では1976年以降の550cc規格軽自動車の運転は認められないため、当時50万人程いたといわれる軽限定免許ユーザーのために1981年8月まで継続生産されることとなった。
スズキの軽自動車アルトは、トルクコンバータ式2速ATの運転性確保のためAUTOMATICのみ1981年まで、キャリイ及びエブリイは1985年まで、ジムニー(SJ30系)は、雪道や不整地での運転性を確保するため1987年まで、トルクが強い2ストロークエンジン車が併売されていた。SJ30系ジムニーはマイクロカーを除くと日本最後の2ストロークエンジン車となった。いずれの車種も軽商用車に当たる為、排ガス規制は昭和50年規制が適用された。より排ガス規制の厳しい軽乗用車ではフロンテが1981年まで、セルボが1984年まで2ストロークを継続した。軽乗用車のエンジンでは酸化触媒を二重に配置し、エアポンプ式二次空気導入装置も併設されたスズキ・TC (Twin Catalyst) システムの導入で昭和53年規制に適合していた。
マイクロカーにおいても光岡自動車が生産を終了している。
その特性から二輪車に多用されていたが、2000年施行の平成10年度自動車排出ガス規制により二輪車ではホンダジャイロXを最後として4ストロークに移行しており、汎用エンジンや、主に発展途上国の原動機付自転車でしか見られなくなりつつある。ロードレース世界選手権GP500も4ストロークに移行しMotoGPに名称が変更された。EU圏では2000年のユーロ3排出ガス規制以降、原動機付自転車の2ストロークの規制も強化され、チャンバーに触媒コンバータが内蔵されるなどの対策が施されていたが、2010年代にはこれらの二輪車もほぼ4ストロークへと移行した。
その後も新たな2ストロークガソリンエンジンの模索は続いている。
モーターショーにおいて、BMWやトヨタは何度か2ストロークエンジンを搭載した自動車(ときにはエンジンのみ)を出品している。初代トヨタ・エスティマも参考出品車として公開された当初コンセプトは、当時トヨタが開発中であった2ストローク「S2」エンジンを搭載した新時代のMPV(マルチパーパスビークル)というものであった。このエンジンによってコンパクトなアンダーフロアエンジン採用が図られたが、今後厳しくなる排気ガス規制への対応を考慮し、市販された初代エスティマは制約の中で4ストローク4気筒エンジンを搭載、大柄なボディに比してエンジンが非力との不評を被った。
この種の新世代試作2ストロークエンジンは、旧弊なクランクケース圧縮による掃気ではなく、ユニフロー掃気ディーゼルエンジンと同様に動弁機構とスーパーチャージャーを備えている。潤滑は4ストローク同様で潤滑油の燃焼は無く、燃料供給も筒内直噴を試行するなど、省燃費でクリーン、しかもパワフルなエンジンを目指しているが、市販化の水準には至っていない。
ガソリンを燃料として、ディーゼルエンジンのように、シリンダーヘッドの燃焼室に、直接噴射する直噴システムが登場した。排気ガス対策のために、エンジンを改造する取り組みが行われている。
2ストローク自動二輪向けの改造キットを開発した(フィリピンなど)。
軽量・単純・安価で整備が簡単。4ストロークエンジンのカムとポペットバルブを駆動するシリンダーヘッド部分が不要で構造が単純である事から。
気筒内のガス交換の不完全さから、アイドリング時の回転は不整で、吸排気の脈動も不整となる(充填効率や静粛性、快適性で劣る)。
気筒内のガス交換の不完全さに加え、掃気効率が悪く、完全燃焼せず、未燃焼ガスの吹き抜けが起こるためCOとHCが多く、エンジンオイルが燃料と一緒に燃焼するため、排気ガス中に有害物質が多い。同じ理由で、4ストロークエンジン比で燃費が劣ると共に、エンジンオイルの消費量が多い。燃焼される事のない生のエンジンオイルも排出されて汚染の原因となる。ただし、原則として未燃焼ガス(ブローバイガス)のクランクケース外への放出が起こり得ず(ブリーザーの概念が存在しないため)、さらに、燃焼室内の燃焼温度は低い為、原理的にNOxは4ストロークエンジンに比べて少ない傾向である。
小型にすることができるわりに大きな出力が得られる。
圧縮比が低く、爆発間隔も短いためストールしにくい。
アイドリング状態から一気にアクセルを開くと、4ストロークに比べ、回転上昇が速い。
ピストンをはじめ、各ピンやジャーナル部に潤滑油を圧送するポンプを持たないものが多く、それらは高速道路の長い下り坂などで、高回転時にスロットルの全閉時間が長くなると潤滑ができなくなり、焼きつきを起こすことがある。そのためワンウェイクラッチを用いたフリーホイール機構が考案された。フリーホイールは駆動輪からの力(バックトルク)を伝えないため、エンジンブレーキは使えない。
混合気の逆流を防ぐための弁(ロータリーバルブ、リードバルブ)が設けられているものがある。この場合クランク室内で混合気を一次圧縮するため、クランク室は密閉構造であり、潤滑油の流入・流出経路を設けることができない。そのためクランク室内部は外部から潤滑油と燃料を混合供給し潤滑する。2ストロークエンジン用オイルはシリンダー、クランク周りの潤滑、冷却の後、燃焼・排出される。燃焼を前提として合成されているため、これを前提としていない4ストロークエンジン用オイルを転用するとカーボン堆積などの不具合を招く。
1970年代まではヨーロッパの小型車や日本の軽自動車を中心に2ストロークエンジンが数多く存在したが、排出ガスの規制強化を機に大幅に減少した。本格的な4輪自動車では、1990年代初頭に東ドイツのトラバントが製造終了されたことでほぼ絶滅したと言える。それ以降も東南アジアでは三輪タクシーなどには採用例があるが、欧州車、日本車共に、2007年現在、2ストロークエンジン搭載の四輪車は製造されていない。
二輪車においては、1980年以前には大排気量車にも搭載されていた。2000年ごろまでは主に250cc以下で採用されていたが、環境問題から4ストロークエンジンへの移行が進み、日本では平成18年度自動車排出ガス規制の全面施行により、競技用車両以外の全ての2ストロークエンジン搭載車が消滅した。各国の他メーカーも概ね同様の状況にあり、4ストロークエンジンへの切り替えが世界的に進んでいる。主流はヨーロッパでモペッド向けに使用される例など、限定的なものである。
また、動力船(船外機や水上オートバイ)でも、2輪車と同様な利点から2ストロークエンジンが主流であったが、近年は環境・騒音規制に対応する必要もあり、4ストロークエンジン(ヤマハMJ-160FXなど)や環境対応型の2ストロークエンジン(直噴式(ボンバルディアSEADOO 3D-DIなど)又は電子制御式燃料噴射装置と触媒の併用式(ヤマハ MJ-GP1300R))への転換が進んでいる。日本国内でも、琵琶湖では「滋賀県琵琶湖のレジャー利用の適正化に関する条例」(琵琶湖ルール)により、従来型2ストロークエンジンの使用が禁止(経過措置あり)されるなどの取り組みがなされており、従来型2ストロークエンジンの使用は減少していくものと思われる。
欧米ではチェーンソーや芝刈り機/刈払機のエンジンにも排出ガス規制が及ぶようになり、燃焼の制御が困難な従来型2ストロークエンジンの使用機会は少なくなってきている。
2ストローク特有の出力重量比の利点を活かしつつ、環境規制に適合させる為、筒内直噴エンジンの研究が進められている。
また、2ストロークエンジンの搭載車の比率の高い東南アジアに於いては非営利法人による改造キットの供給が検討中である2021年9月21日 (火) 11:33 (UTC)~。世界保健機関 (WHO) は東南アジアと太平洋地域において大気汚染によって毎年、537,000人が死亡していると報告している。1億台に及ぶ2ストロークエンジンのタクシーとオートバイが要因である2021年9月21日 (火) 11:33 (UTC)2021年9月21日 (火) 11:33 (UTC)。
一方、発展途上国では現在でも2ストロークのスクーターなどがよく見られる。これは局所的な大気汚染の大きな原因の1つになっているとされる。
2011年、アプリリア (aprilia SR50 Purejet) が、空気混合燃料直噴射する、2ストロークエンジンの二輪車が販売している。採用された燃料噴射システムは、オービタル社(オーストラリア、Orbital FlexDI (air-assisted direct injection))のもの。
2ストロークガソリン機関では、その構造上クランクケース内に混合気を導入し一時圧縮を行う必要があるため、同じくクランクケース内にあるコンロッド大小端部やクランクシャフトの主ベアリングなどを、潤滑油をクランクケース内に保持したままで飛沫潤滑/給脂することができない(ガソリンで希釈されてしまう)。このため、
ガソリンに一定比率(1:25 - 1:50ほど)で2ストローク用の潤滑油(2ストロークオイル)を混合し、潤滑させた後に燃焼させる。
あらかじめ容器でガソリンと潤滑油を混合して用いる方式を混合給油、潤滑油を燃料とは別のタンクに貯蔵し、オイルポンプを通じてガソリンと混合させる方式を分離給油という。
古くは全ての2ストロークエンジンが混合給油であったが、回転数や負荷の変化に細かく対応できないため、かじりや焼きつき、未燃焼ガソリンなどの燃料が電極に付きリークしてしまう点火プラグかぶり等が避けられず、ダイハツの「オイルマチック」、スズキの「CCIS」、ヤマハの「オートルーブ」など、回転数、アクセル開度、負荷の程度により混合比が自動可変し、クランクまわりのベアリングにも、オイルを圧送する方式が主流となった。現在では構造が簡単なチェーンソーなどの汎用エンジン以外、オートバイ、自動車、船外機などは分離給油となっている。
ただし、分離給油はオイルポンプの吐出量がオイルの粘度などの影響を受けやすいため、厳密には2ストロークオイルの銘柄を変更した場合には、オイルポンプの吐出量を再調整する必要がある。オイルの性質と車体のオイルポンプの吐出量がミスマッチの場合、排気口から未燃焼オイルが飛び散って車体や衣服を汚したり、最悪の場合は排気ポートやマフラーに未燃焼オイルやカーボンが溜まって排気を詰まらせてしまう事で、大幅なパワーダウンや始動不能などのトラブルを引き起こす。排気系統が詰まった場合には、マフラーを取り外して内部を焼却・清掃するか、マフラーの交換が必要となる。
また、比較的焼きつきに強い分離給油方式でも、サーキット走行などで全開から急激なエンジンブレーキを掛けるような用途では潤滑性能が不足する為、このような場合にはオイルポンプによる給油を廃止して混合給油仕様とする場合がある。レーシングカートでは急激なエンジンブレーキを掛ける際にはエアインテークを瞬間的に掌で塞いで混合気を濃くする事で焼きつきを防ぐチョーキングと呼ばれる走行技術も用いられる。
排気中に燃え残りの潤滑油分が多く、排気ポートやマフラー周辺が汚れるほか、排気ガスもクリーンなものにはなりにくい。鉱物油系オイルは特に燃え残りが多くなりやすいので、不純物のない化学合成油系オイルに変更する事で排気煙を軽減する事が出来る他、水上オートバイや船外機などの水中排気の小型船舶に用いるエンジンオイルには、生分解性に優れた植物エステル系オイルも用いられている。
潤滑油混じりの独特の排気臭を和らげるため、1980年代にはスクーター向けにイチゴやキンモクセイの香りがするエンジンオイルが市販されていた。2006年頃までは出光興産からオレンジの香りがする「ゼプロオレンジ2」が発売されていたが、現在では販売終了となっている。こうした目的のオイルで2014年現在でも残るものは、広島高潤が販売するひまし油配合の「KZひましじゃけん」のみである。
ヤマハ発動機の純正2ストロークエンジンオイルが黒く濁っているのは、二硫化モリブデンを潤滑剤として配合しているためである。
ディーゼル機関ではガソリン機関のように火炎伝播の限界によるボアの限界がないため、気筒容積の拡大だけで大型化できる。またガソリン機関に比べ、熱効率が高く、多種類の燃料を使用することが可能である。
大型の2ストロークディーゼル機関は自動車などに搭載されるレシプロエンジンのように、ピストンの上死点のみで爆発が起こる単動式(シングルアクティング)のほか、レシプロ式蒸気機関のようにピストンの下死点側でも爆発を起こすか(低速型機関)、2つのピストンを対向配置して1つの爆発で2つのピストンを同時に動かす事で効率を単動式より高める1気筒2ピストン式(対向ピストン式)の複動式(ダブルアクティング)が存在するが、各種の複動式は単動式に比した場合の構造複雑化がデメリットとなり、高速型、低速型とも後年に至る主流とはならなかった。
1930年代末にアメリカ合衆国で実用化の進んだ2ストロークユニフロー掃気式の中・高速ディーゼル機関は、軽量で高出力であったことから、4ストロークエンジンに伍して普及したが、燃費や騒音面での不利、排出ガス浄化対策の難などから、自動車用の高速エンジンは過給器を備えた4ストローク高速ディーゼル機関に主流を取って代わられた。
2ストロークディーゼル機関が21世紀初頭まで長期にわたって最も成功しているのは、船舶用低速ディーゼル機関の分野であり、この種の動力機関の主流となっている。過給器との併用により熱効率は通常40%を超え、一部の大型低速機関では50%を超えるものもある。ただし燃焼行程を経ないためにカルノー効率に支配されない高温作動燃料電池の効率には劣る。
ディーゼルエンジンでは小型から大型の機関が、自動車、軍用車両、鉄道車両、建設機械、航空機、船舶、コジェネレーション用として存在する。
1926年、ドイツの「ユンカース」と「クルップ」2社の協力により、上部のピストンとクランクシャフトをサイドロッドと呼ばれるコネクティングロッド(コンロッド)でつなぐ上下対向ピストンエンジン (Opposed piston engine) が開発され、画期的な2ストロークディーゼルエンジンが誕生した。1回の爆発で2つのピストンが動く事で、通常のレシプロ機関の倍の働きが出来る事から、ダブルアクティングとも呼ばれる。
シリンダーヘッドが存在しないこのエンジンは、燃料供給は必然的に直接噴射となり、世界初の無気噴射式直噴エンジンとなった。無気噴射とは、圧縮空気で燃料を霧状に噴射するエアインジェクション方式ではなく、圧縮行程のシリンダー内に燃料のみを高圧で噴射して霧化する方式であり、逆にエアインジェクションにより燃料と空気を同時に吹き込むものは空気噴射式と呼ばれる。
上下対向式はその後、ギア連結の上下2クランクシャフト方式へと進化、さらなる高回転化が可能となり、航空機に搭載された。
6気筒、12ピストン、排気量16.6リットルのユンカース ユモ 205 (Jumo 205) は熟成を重ね、後継のユモ 207では最大出力1,000 ps (745.7 kw) /3,000 rpm、過給器付きユモ 205では1,300 psにも達した。