2ストローク機関
船舶用など、回転数が60 - 120rpm程度と極低速な大型機関では、毎回爆発である2ストロークのメリットは大きく、第2次世界大戦後の1950年代から、ユニフロー式の過給機付き2ストロークディーゼルが主流となっている。シリンダーライナー下部の掃気ポートから給気し、燃焼室上部の排気弁から排気するユニフロー方式である。スクリューの実用回転数に近い速度での低速回転に適合しており、船舶後退時のスクリュー逆回転に必須なエンジン回転方向切換に際しても、4ストローク機関より簡略に対応できることから、商船を主とした大型舶用エンジンの主流技術となっている。
ディーゼルエンジンは元々熱効率が高いが、船舶用の低速ディーゼルエンジンは理論上のディーゼルサイクルに近い燃焼サイクルが実現できる。効率を高めるためターボチャージャーやインタークーラーも装備されているのが一般的である。排気ガスエコノマイザを装備し、排熱の一部を回収、再利用する例も多い。これらの総合的なシステムによって、熱効率50%を超過する高効率なエンジンが実現されており、現在最も効率の良いエンジンの部類に入る。
またこの種のエンジンは、粗悪なC重油でも予備加熱、清浄によって使用可能で、この面でも経費を抑えることができる。反面、粗悪燃料使用にはクランクケースと燃焼室との構造的隔離が必須となり、エンジン全高が非常に高くなる。更には近年、排気ガス浄化の難しさが課題となっている。
舶用以外の分野では内燃力発電の機関としても利用されている。
始動はほとんどの場合、圧縮空気によって行われる。
↑ 1961 Messerschmitt KR 200 - サザビーズ
↑ 世界の名車<第94回>日本の軽自動車を変えた「スズキ・アルト」- 小川フミオのモーターカー - 朝日新聞デジタル、2015年11月9日。
↑ ビンテージモーターサイクルにしかない3つの魅力 - vmr.jp
↑ 2ストエンジンのポイント調整方法 - バイクブロス、2017年02月04日。
↑ Kick Starters - Dan's Motorcycle
↑ 映像 - YouTube - 2 stroke engine running backwards
↑ 映像 - YouTube - Suzuki TS running backwards
↑ US 5036802 - Reverse rotation engine
↑ 映像 - YouTube - How to put Ski-Doo's in reverse
↑ アメリカ合衆国特許第 6,468,122号
↑ Charles Gordon Curtis - アメリカ機械学会
↑ マックグロー・ヒル (企業)(英語版)『Internal Combustion Engines』、2012年、635頁。
↑ Inside the Two-Cycle Engine February 1968 American Aircraft Modeler - airplanesandrockets.com
↑ THE STEPPED PISTON ENGINE - Bernard Hooper Engineering(2017年7月23日閲覧)
日本メーカーではかつて「2ストのヤマハ」とも呼ばれたヤマハ発動機が現在も2ストロークに最も積極的であり、国内では日本4大メーカー中唯一モトクロッサーに2ストロークモデルを用意し、正規販売している。スズキ、カワサキも海外ではごく小規模だが販売を行っている。
2ストロークと4ストロークのどちらが有利かはカテゴリや路面によって異なるが、トライアルやハードエンデューロのようにテクニカルなセクションをこなす場合は2ストロークが有利なことが多い。これは2ストローク車が軽量なこと、トルクで優れているため極低回転域でエンストしづらく粘りがあることなどが理由である。一方で高速域を維持するモトクロスやラリーレイドのような競技では、パワーバンドが広く高回転域で安定したトラクション性能を持つ4ストロークが強さを見せる。伝統的なエンデューロのように2ストロークと4ストロークが勝ったり負けたりするカテゴリでは、両者のどちらがいいかは常に議論の的となる。中にはイベントによって両者を使い分けるライダーもいる。
FIM(国際モーターサイクリズム連盟)が主催するモトクロスやエンデューロなどの育成カテゴリでは、125cc以下の2ストロークエンジンだけが走れるクラスが現在もある。これは半クラッチを上手に使わないとうまく走れない2ストロークの特性が、育成に最適であるという考えが根底にある。
ATV(全地形対応車、四輪バイク)においてはスポーツタイプを中心に誕生初期から00年代まで用いられたが、排ガス規制やスポーツATV自体の衰退もあり、2006年のヤマハ・バンシー350の終了を最後に生産されていない。
クランクウェブロータリーバルブ式と、ロータリーディスクバルブ式の2つに分かれる。
開閉タイミングを任意に設定することが可能で、慣性による過充填が一番期待できる。
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 (en: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。
FI(燃料噴射装置)については1960年代からオートバイ競技の世界で試行錯誤が見られるが、2ストロークエンジンのピストン速度の範囲に対応するのが難しく、速度の範囲が狭い船舶用を除いては長らく実用化されなかった。1999年にオートバイメーカーのアプリリアがオービタル社およびシーメンス社とともに「Ditechシステム」を開発。初めて2ストロークにおけるFIと直噴を実用化して50ccスクーターに搭載し、燃費を従来の40%、排ガスを80%それぞれ削減することに成功した。
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。