研究開発に見た遠回りの結論にあきれる -水素エンジンと点火装置-


2017年11月9日木曜日

2ストロークではエンジンブレーキが効きにくいというのは本当か?


2ストロークエンジンはエンジンブレーキが効かない、という話を聞いたことがあると思うが、これは、これまで言われてきたポンピングロスと関係しているからだろう。

実際にポンピングロスとは、ポンプ作用(つまりその仕事)が起きることで、その仕事が何にも貢献しない場合にロスになることを総称したものと判断する。それなのに吸気系に発生するバキュームのことをポンピングロスと表現するのはおかしい。

バキュームが発生するということは、減圧されるということで、これを元に戻す力がピストンに作用すれば、回転力となりエネルギーとなる。つまり、下死点にあるピストンが、そこに作用するバキューム圧で上死点方向へ引き戻されることになれば、これは回転エネルギーということだと思うが?

それらを踏まえて4ストロークエンジンで考えると、吸気系に発生する減圧作用(バキューム圧)はその見返りとしてエネルギーを少なくする働きをすることになるのだが・・・

話は4ストロークのエンジンブレーキではなく、2ストロークのエンジンブレーキについてである。2ストロークはエンジンは掃気を目的にする1次クランク室があり(クランク室とは限らないが)、燃焼室には一般的(一般的にと書いたのには訳があるが、話がややこしくなるので説明しない)に排気も吸気もバルブはない。これを見ると排気作用は確実に正しく行われないことが想像できる。

では、エンジンブレーキを必要とする場合、アクセルを戻しホイール側からクランクを強制的に回され、1次クランク室の容積はピストンが下がって上がって、下がる途中でクランク室の高まる圧力により掃気作用は起きるが、そのときの高まる圧力は掃気ポートから燃焼室に噴出すので、その見返りはないが、ピストンが上昇して、掃気ポート、排気ポートが閉じ、その後の有効圧は、上死点を過ぎると反発が作用して、回転力を生む。

明確な排出作用がない。つまり仕事をしない、だからエンジンブレーキが効きにくい、ということになる。

吸気が行われにくい(確かに吸気系に発生するバキューム圧は小さい)からだ、という話もあるが、それは違うということについて簡単な実験をしてみればわかる。どんな実験かというと、エンジンブレーキ状態からイグニッションキーをOFF(或いはキルスイッチを使う)、そこからアクセルを大きく開いてみる。このようにすれば吸気が不足しているからだ、ということはなくなり、十分に吸い込む条件は整った。

吸気量が確保できれば、ポンプ作用が最大となりエンジンブレーキが強くなる・・・しかし、そのようなことはない。吸気音は大きくなるがエンジンブレーキ効果は一向に高まらない。

そこで、シリンダーヘッドに圧縮抜きバルブを取り付ける。もちろんそのような形で製造されたエンジンでないと機械加工が必要となり簡単ではないが、数十年前の2ストローク250cc単気筒エンジンでは、そのようなバルブを取り付けできるネジの加工がされていた。素晴らしいデザインのヤマハDT1などでもそのネジ穴(プラグと同じネジ)が加工されていたのだ。

スペイン製OSSAのトライアルバイクに取り付けているデ・コンプバルブ。当初は改造したヤマハDT1に使用していたもの。1974年にイギリスのSSDTへ出場したとき持参し、取り付けて走行した。セクション内で使うことはなったが、長距離移動のコース上で、降坂が多いときには有効に使用した
 
デ・コンプバルブと称するその装置は、当時バイク用品店でも普通に販売されていた。デ・コンプだから、当然圧縮を抜くバルブであるが、本来の使い方は2ストロークエンジンの場合エンジン停止を目的にしたものではない。

後付用品とした販売されていたデ・コンプバルブは、レースにおける2ストロークのエンジンブレーキを最大限に発揮させることが目的で、日本での利用よりアメリカでの要求が大半を占めた。

2ストロークマシンに取り付けたこの装置を作動させることで起きるエンジンブレーキのすごさは特別で、それは4ストロークエンジンのそれよりはるかに強力。オフロードの走行時にそのバルブを使用すると、リヤタイヤがロック気味。今考えるとそれは、非常に細かな作動をするABSのようである。つまり、効率よくエンジンブレーキが効いたということだ。

これだけ強烈になると、その作動中の音もすさまじく、耳が痛くなるほどだった。もちろんバルブの構造が間違っているとエンジンが早期に磨耗するので、ワンウエイバルブを組み込むことは重要。呼吸作用が出来ないようにするのである。

では、なぜこのように強烈なエンジンブレーキが生まれたのだろうか。

それは、ポンプ作用が強烈に発生したためだ。しかも4ストロークに比べて2倍となる。つまり、燃焼室(シリンダーヘッド)に圧縮工程のガス(空気)が抜けるよう手動によるバルブをつければ、クランクが回転するたびにシリンダー内から排出作用が起きる。つまりポンプ作用となる。これによって強烈な負荷が生まれ、それはエンジンブレーキとなる。

また別な見解として、4ストロークのエンジンブレーキ発生を、吸気系に発生するバキュームによるロスであると考えるなら、これもエンジンブレーキ状態からキルスイッチを使い燃焼を停止させてアクセルを開いてみると判断が付く。バキューム発生によるロスが作用していたのなら、そのロスはなくなるわけだからエンジンブレーキは効かなくなるはずだが、走行に変化がないか逆にエンジンブレーキが少し強くなる。

それは当然のことで、アクセルを開いていない状態でのエンジンブレーキでは、吸気による空気が十分にシリンダー内へ入り込んでいなかったため(吸われていなかった)で、それがアクセルを開けたことで解決し、圧縮圧力が高くなった結果、排気バルブが開いたときの空気の排出量が増え、つまりポンプ作用が効率よく働き、エンジンブレーキとなって跳ね返ってきたからである。

であるから、2ストロークはエンジンブレーキが効かないという考え方は間違いで、その構造をよく理解し、別の部品をシリンダーヘッドに取り付けることにより、4ストロークよりも強烈にエンジンブレーキは作用するのである。

2ストロークは今でこそ時代錯誤のエンジンとなり、構造が簡単で長持ち(新しいエンジンオイルが常に供給されるから)、しかも軽量で言うことはないのだが、排ガスの問題が解決できず消えてしまったエンジンなのだといっても仕方がない。少々残念である。

2ストロークは耐久性がない、ということは間違いで、4ストロークより寿命は長い、と考える。その理由は、先にも書いたが常に新しいエンジンオイルが供給されるからだ。では、なぜ昔の2ストロークは耐久性がなく、負荷をかけすぎると焼き付等を起こしてしまったのだろうか。それは、エンジンの設計製作が間違っていたからだ。