いまさらきけない「2サイクル」「4サイクル」って何?

時々、バイク乗りやカーマニア達が「2サイクルは馬力が」とか「4サイクルは低回転域が」という言葉が出てきて、会話についていけなくなることがありませんか? かと言って、彼らの会話の腰を折って質問するのも気が引けてしまう…そんなあなたのために、こっそりとご説明してみましょう。

最初は、エンジンを簡単に

2サイクル、4サイクルとはエンジンの特性、仕組みの事を指しています。では、「エンジンって何?」というところから、できるだけ簡単におさらいしておきましょう。

エンジンは「内燃機関」とも言いますが、シリンダーと呼ばれる「筒」の中で燃料を燃やしてエネルギーを取り出す仕組みを指しています。自動車などに使われるエンジンは、いくつかある内燃機関の種類の中も「ピストンエンジン」と呼ばれるタイプが主流です(他にタービンエンジンやロータリーエンジン、ジェットエンジンなども内燃機関です)。このピストンエンジン、名前の通りシリンダーで燃料を燃やして作ったエネルギーをピストンに伝えることで動力としています。上下に動く「往復運動」をピストンが繰り返し、これは「クランク」というパーツに伝えられます。クランクは凸凹とした形の軸で、凸の部分がピストンに当たるように設計されているので、ピストンが下がってくると押されて廻る仕組みになっています。この回転が、最終的にタイヤへと伝えられて自動車が走るのですね。

では、2サイクルと4サイクルの「違い」とは

先ほど書いたように、エンジンの基本は「シリンダーの中で燃料を燃やしてピストンを上下させる」ということです。2サイクル、4サイクルとは、ピストンを上下させるためにエンジンの内部で何個の処理を行っているかという「処理数」の違いを指しています。

2サイクルエンジンは、2行程。上昇行程、加工工程がピストン1往復の間に行います。まさにピストンの上・下に合わせた処理ですね。
そして、4サイクルエンジンでは、ちょっと複雑に、吸入行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程と4つの処理をピストンの上下2往復の間に行っています。では、シンプルな2サイクルエンジンの処理から、少し詳しく見てみましょう。

「2サイクル」の処理工程について見てみる

2サイクルエンジンでは、ピストンが上下する間に2つの処理を行っています。
■ 上昇行程:ピストンが上る間に、外部から取り込んだ空気と燃料をシリンダーに吸い込み、混合気(空気と燃料を混ぜあわせた気体)にして、ピストンが上昇することで混合気を圧縮します。
■ 下降工程:混合気を爆発させて、その力でピストンを押し下げます。ピストンが下がっていく間にシリンダー中で燃やされた気体を排気として外部に排出します。

気体を圧縮することで、燃料を燃やす効率を上げていくので上昇行程が必要ですし、上昇したピストンを燃料を燃やす(爆発させる)事で下に押し下げ、クランクを回しているという流れですね。

「4サイクル」の処理工程について見てみる

4サイクルは、あたかも2サイクルを細かく説明しているかのような処理を行います。
■ 吸入行程:ピストンが下がった状態で、混合気をシリンダ内に吸い込みます
■ 圧縮行程:ピストンを最高点(上死点と言います)まで押し上げることで圧縮していきます
■ 燃焼行程:混合気を爆発させ、ピストンを最下点(下死点と言います)まで押し下げます。
■ 排気行程:ピストンは下がりきったところで、バウンドするかのように再び上昇するので、この力を利用して、シリンダー内の排気を外部に排出します。

ピストンの上下運動を2回利用して一つの処理工程を終わらせるところが2サイクルとの大きな違いですね。

2サイクルと4サイクル、どちらが「良いエンジン」なのか?

今も、2サイクルと4サイクルのエンジンが両方とも利用されている状態なので、どちらが良くて、どちらが悪いとは言えません。それぞれに「持ち味」があるので、その持ち味を考えて自動車やバイクに使われているのです。では、その持ち味とはどのようなものでしょうか?

2サイクルエンジンの「持ち味」とは

2サイクルは説明した「行の数」の通り、構造が簡単です。そのため、小型化も軽量化もしやすく、それでいて大きなエネルギーを生み出すことができるという有利な点があります。そのため、自動車にも多く利用されていたのですが、新型車で2サイクルエンジンを利用しているものは、ほとんどありません。その大きな理由は排気ガス問題です。

2サイクルエンジンでは、あらかじめ燃料にエンジンオイルを潤滑油を混ぜあわせておき、燃料を燃やすだけでオイルがエンジン内部を潤滑する構造をとっています。このことで、オイルポンプなどのパーツを省略して、より小型化、簡素化が可能な仕組みにしています。いわば、この「超シンプル」な構造が2サイクルエンジンの最大の持ち味なのですが、同時に、エンジンオイルと燃料を一緒に燃焼させることから、排気ガスに混ざるオイルの量が4サイクルに比べて多くなりがちです。しかも、下降工程の後半で排気していくという処理では、排気を吐き出す効率が悪くなってしまい、排気ガス中に含まれる不純物も多くなりがちという弱点があります。

4サイクルエンジンの「持ち味」とは?

一方の4サイクルエンジンでは、クランクシャフトの2回転の中で、燃焼する行程が1回しかありません。つまり2サイクルエンジンの半分ですね。そのため、同じ排気量で比較すると、出力は2サイクルよりもどうしも小さくなってしまいます。また、2サイクルでは省略できる吸排気やオイルポンプなどエンジンオイルの循環をさせるための仕組みが必要になるため、部品点数が増えてしまい、重さ、そして価格が高くなりがちです。整備・点検にも手間が掛かってしまいますね。

その代わり、オイルが同時に燃やされる仕組みにはなりませんし、排気行程がキチンと独立しているので、排気ガスの中含まれる不純物が少なくなり、またこのことで、排気管に「触媒コンバーター」という部品を配備したときに余計な不純物を考慮しないで済みますから、窒素酸化物や一酸化炭素などガソリンを燃やした時に出てくる有害物質にターゲットを絞って制御することができるので、有害物質の排出を抑制がしやすくなるメリットがあります。

まとめ

排気ガスが問題視され、また4サイクルエンジンの性能が向上した1960年代後半から、乗用車に2サイクルエンジンを使うケースはどんどんと減っていきました。軽自動車では、排気量が小さいことから搭載が続いていたのですが、それでも法規制などで、1970代後半には殆ど姿を消しています。

同じようにバイクでも、1980年以前には大排気量車にも積まれていたのですが、それも姿を消し始め、21世紀に入ったころから250cc以下の排気量でも4サイクルエンジンに移行が進み、その後、法規制で公道を走るバイクでの2サイクルエンジンは消滅した形です。この流れは日本だけではなく、ヨーロッパなどでも同様です。

現在のようにエコや低酸素社会といった環境では2サイクルエンジンは、少し時代に逆行しているのかも知れませんね。でも、まだラジコンなどから聞こえる独特の軽いエンジン音には懐かしさがあります。