ディーゼルエンジンの2サイクルと4サイクルの原理が

質問

ディーゼルエンジンの2サイクルと4サイクルの原理がわかりません。どういう構造にすると、2サイクルや4サイクルになるのですか？ピストンが2個2気筒？4個4気筒？で起きるんですか？
2サイクルなら、クランク軸1回転で吸気圧縮膨張排気1サイクル行い、
4サイクルなら、クランク軸2回転で吸気圧縮膨張排気1サイクル行うそうです。

これってピストンやバルブやインジェクションノズルをどう設計すると、2サイクルや4サイクルにする事ができるんですか？マンガ見たんですが、クランクがクルクル回って確かに1回転で全行程、2回転で全行程やってるのみます。しかし、そのようにさせるためにどのような設計したらなるのかわかりません。ピストンの数？断面のマンガではピストン1つですよね、、、

http://crown.kt.fc2.com/enjinehowto.htm

回答No.1

sailor · ベストアンサー

2サイクル（正しくは２ストロークサイクル）や４サイクルという言葉とシリンダーやピストンの数は（正しくは一般には関係ないというべきですが、ある特殊なエンジン以外では無視できるのでここでは関係ないと考えてください）関係ありません。

そこで最も単純な単気筒（シリンダーもピストンも１つだけ）のエンジンでそれぞれの動作を考えてみましょう。

まずは、理解しやすい４サイクルエンジンからですが、ピストンが一番上に上がった状態で吸気側のバルブが開きエンジンが回転するにつれてピストンが下がりだしシリンダー内部に空気を吸い込んでいきます。ピストンが一番下まで下がりシリンダー内に空気が十分に入り込んだところで吸気バルブが閉じます。そのまま両方のバルブが閉じた状態でエンジンが回転すると行き場の無くなった空気はどんどん圧縮されていきます。このままピストンが上がりきるまで圧縮すると、圧縮された空気は断熱圧縮により燃料に点火するのに十分な温度まで温度が上がります。そこでインジェクションノズルから霧状の燃料を吹き込んでやると、高温の空気と触れたとたんに燃料は発火して燃焼が始まります。燃焼が始まるとシリンダー内はさらに高温・高圧になるのでその力でピストンを押し下げてクランクが回転して力を発生します。このままピストンを一番下まで押し下げたところで今度は排気バルブが開きシリンダー内の燃焼ガス（排気ガス）を吐き出しますが、このままでは完全に吐き出すことはできませんので、排気バルブが開いた状態のままでピストンが上がりきるまでこの状態を続けシリンダー内部の燃焼ガスをできるだけ完全に吐き出してやります。これで１サイクルが終わったのですが、この直後にまた吸気バルブが開くところからの繰り返しとなります。
まぁ、実際にはカムシャフトによるバルブ駆動ではバルブは緩やかに開きだし全開になり再び緩やかに閉じるという動作ですので、ピストンの上がりきった位置でいきなり開いたり閉じたりという動作は出来ないため、少し早いタイミングで開きはじめ少し遅いタイミングで閉じ始めるという時間的なずれがとってあります。

さて、２サイクルエンジンですが、ディーゼルということでバイクなどのガソリンの２サイクルのようなクランクケース与圧型のエンジンは殆どないでしょうから、ここではルーツブロワ（エンジンの回転によって回される一種の送風機）やターボチャージャーを用いた２サイクルディーゼルでは一般的な２サイクルのユニフローディーゼルを例にとります。４サイクルでは吸気・圧縮・燃焼・排気という各プロセスがそれぞれ独立して行われていましたが２サイクルでは複数のプロセスが同時に進行します。

それでは同じようにピストンが上がりきった状態から考えましょう。
ピストンが上がりった状態から下がり始めますが、バルブ（ユニフローディーゼルではシリンダーヘッドに排気バルブのみがあります）は閉じたままで動きません。そのままピストンが下がっていきシリンダーに空けられた掃気ポートという穴のところまで来ると排気バルが開きます。このとき重要なのがルーツブロワーやターボチャージャです。これは空気を送り込むポンプですがこのポンプがシリンダーの掃気ポートにつながっていて空気を送り込んでいるのです。シリンダーの下側の掃気ポートから新しい空気が入り込んできて、排気バルブも開いているので、新しい空気がシリンダー内に十分にいきわたります。さらにクランクが回転するとピストンが上がりはじめ掃気ポートよりピストンが上にくると掃気ポートがふさがれますが、このとき排気バルブも同期して閉じるようになっています。すると出口がなくなった空気はピストンによって圧縮されていきます。十分に圧縮して空気が十分に高温になったところでタイミングを合わせてインジェクションノズルから燃料を噴射して燃焼を開始させます。燃焼が開始するとシリンダー内の圧力と温度がさらに上がりピストンを押し下げて力を発せいします。さらにピストンが下がり掃気ポートよりピストンが下がる少し手前で排気バルブが開き次いで掃気ポートよりピストンが下がることで排気ガスは排気バルブから排出されさらに掃気ポートからルーツブロワーなどにより押し込まれてくる新しい空気で押し出されていきシリンダー内部は再びたらしい空気で満たされる状態となります。これを繰り返すのが２サイクルです。４サイクルとの違いは吸気と排気が同時に行われている点です。この動作を掃気（スカベンジングといいます）一般に２サイクルのディーゼルは大型のディーゼル機関で多く見られるのですがこの種のエンジンは上記に書いたようにシリンダーヘッドに排気のみのバルブを持ち掃気の方向がシリンダーの下部からシリンダーヘッドへの一定の流れとなることからユニフロースカベンジング型と呼ばれ、大型タンカーなどの数万馬力クラスのエンジンなどでの採用が多いほか、大型の発電用エンジンなどでも使われています。

シリンダーとピストンが多数ある場合でも一つ一つのシリンダーやピストンの役割は同じですから、単気筒のエンジンをいくつも並べたものと考えても凡そ間違いはありません。

回答No.3

nijjin

シリンダー（ピストン）の数が増えるとどうなるか？ですか・・・
エンジンの仕組みを分かりやすく解説【バイク・車】
http://genn2.com/engine-shikumi/
車の仕組みがひと目でわかるGifアニメ10選
http://www.gizmodo.jp/2013/05/gif10.html

回答No.2

noname#219804

分かりやすくするために、燃焼の行程だけに絞って書きます。

◎４サイクルエンジン
１サイクル目
　ピストンが下がってシリンダ内に空気を吸い込む。
2サイクル目
　ピストンが上がってきて空気を圧縮する。
　圧縮された空気は500℃以上の高温になります。
　ピストンが最上部に達したタイミングで、シリンダ内に軽油を霧状にして噴射します。
3サイクル目
　軽油に着火して爆発。ピストンを押し下げる。
　このときクランク⇒シャフトに動力が伝わる。
4サイクル目
　再びピストンが上がってきて、今度は圧縮せずに排気する。
　１サイクル目に戻る。

2サイクルエンジンは、「排気だけ」を行う行程がなく、ピストンが上がる行程の中で排気と圧縮を行います。
「だったら３サイクルじゃないか」と思われるかもしれませんが、そうじゃありません。
つまり４サイクルエンジンは、ピストンが２往復する間に燃焼が１回であるのに対して、２サイクルエンジンは、１往復ごとに１回の燃焼が行われるわけです。