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4ストロークとは、2ストロークエンジンにおいて、 2ストロークごとではなく4ストロークごと、あるいはそれ以上のストロークごとに燃焼が起こる状態を指します。アイドリング時、エンジン回転数が非常に高い時、そしてスロットルを離した時には、このような燃焼は正常な場合もありますが、不均一で騒音を発生し、故障が発生した場合、そのまま放置するとエンジンを損傷する可能性があります。
正しく調整された2ストロークエンジンでも、無負荷の全開状態では、混合気が濃くなりすぎてエンジンの回転速度が上がらなくなるため、4ストロークが発生します。このような高回転域では、混合気が薄すぎるとエンジンが過回転し、過熱する原因となります。また、予混合燃料を使用するエンジンでは、混合気が薄すぎると潤滑不良を引き起こします。
チェーンソー操作では、切断中にチェーンの噛み合いが自然に変動して瞬間的に過回転を起こす可能性がありますが、フルスロットル混合気が調整され、設定された高回転数で 4 ストロークが実行され、エンジン速度が低下し、潤滑が強化されます。
原因
2ストロークエンジンは、正常に動作するために効果的な掃気を必要とします。これにより、前のサイクルの燃焼排気ガスが排出され、空気と燃料のきれいな混合気が再び充填されます。掃気がうまくいかないと、燃焼しない排気ガスと新しい混合気が混ざり合い、正しく点火しない状態になる可能性があります。この混合気が再びきれいな混合気によって強化されて初めて、再び可燃性になります。そのため、エンジンは毎サイクル正しく点火するのではなく、2サイクルごと（4ストロークごと）に点火し始めます。[1] 4ストローク化は徐々に始まるため、エンジンは最初は2ストロークと4ストロークのサイクルが予測不可能な混合状態で動作します。深刻な場合は、6ストロークまたは8ストロークになることもあります。[1]
小型2ストロークエンジンの掃気は、カデナシー効果による慣性掃気に依存しています。低回転数および低ガス流速では、この効果は減少します。そのため、アイドリング時の掃気効果は低下し、4ストロークエンジンではアイドリング時（低回転数または低スロットル）に問題が発生する可能性が高くなります。[1] シュニューレ掃気またはループ掃気は、より単純なクロス掃気よりも問題発生率が低いと考えられています。[1]
4ストロークは、一般的に信じられているように、濃すぎる混合気によって引き起こされるのではないが、それが状況を悪化させる可能性がある。[i] [誰によると? ]また、過剰なオイル/燃料潤滑混合物によって引き起こされるのでもない。[ii] [誰によると? ]
ディーゼルエンジンの4ストローク
圧縮着火エンジン（ディーゼルエンジン）では、火花点火エンジン（ガソリンエンジン）と比べて4ストロークになる可能性は低い。ディーゼルエンジンは、慣性掃気を使用する小型2ストロークほど多くはない。[iii]大型2ストロークディーゼルエンジンを使用する場合、これらには強制吸気による掃気があるため、低速または低出力でのアイドリング時には4ストロークになりにくいのが一般的である。これらの掃気ブロワには、機械駆動のルーツブロワまたはターボチャージャーが使用される。ターボチャージャーは速度が上がるまでに若干のタイムラグがあるため、ターボチャージャー付き2ストロークディーゼルは、始動時またはアイドリングからの急加速時に4ストロークになることが多い。EMD製などの一部の大型エンジンでは、低回転数での掃気を改善するために、補助的な機械駆動装置を備えたターボチャージャーを使用することで、これを最小限に抑えている。
模型エンジン
4ストロークは、グロー燃料エンジンとディーゼルエンジンの両方において、模型エンジンで一般的かつ想定される動作です。これらの小型エンジンは、極めて高い回転速度で掃気を必要とします。始動時は慣性掃気による4ストロークエンジンとして動作し、2ストロークエンジンとして動作し始める点を超えて加速すると、エンジン音がはっきりと変化します。このような小型エンジンのスケーリング則により、低速時の掃気の限界から、この4ストロークは避けられない結果です。しかし、同じスケーリング則により、4ストロークエンジンの影響は軽減されるため、エンジンはこのモードで損傷することなく、問題なくアイドリングすることができます。
コントロールラインアクロバット模型飛行機のパイロットは、固定ベンチュリ4 ストローク模型エンジンを含むグロー燃料燃焼 2 ストローク模型エンジンの「4 ストローク」に依存して最適な飛行性能を得ることがよくあります。
4ストロークの危険性
4ストロークエンジンが最終的に点火すると、前回の燃焼行程で失敗した際に生じた過剰な混合気によってシリンダー内に過剰な圧力が発生します。この圧力は通常の2倍近くになることもあり、過剰な騒音や、コネクティングロッド内の過負荷ベアリングの故障につながる可能性があります。[2]
4ストロークエンジンは、特にエンジンが比較的静かで、車両がアイドリング状態で停止している可能性がある場合に発生するため、騒音が大きくなります。場合によっては、特に2ストロークエンジンを搭載した車両では、この騒音を相殺するために追加の排気消音装置が取り付けられることがあります。[3]
4ストロークを避ける
静かで従順なエンジンが求められる場合や、エンジンの負荷が突然変化する場合には、4ストロークエンジンは問題となる。[4]
点火時期を遅らせると、掃気効果を発揮する時間が長くなるため、4ストロークエンジンの稼働が抑制されます。2ストロークエンジンは、低出力運転時には、4ストロークエンジンよりも点火時期の変化に鈍感です。低速スロットル位置で点火時期を遅らせると、通常速度では上死点前35°、低速アイドル時には上死点後10°程度まで遅らせることができ、エンジンは4ストロークなしでも正常に動作します。スロットルを開けると同時に点火時期を進めると、急速な加速が可能になります。このシステムは、特に水上スキーヤーの牽引に使用される船舶用船外機で広く使用されています。[1]
2気筒または多気筒エンジンでは、低速時にもう一方の気筒を停止させることで、もう一方の気筒への低速掃気を改善できる場合がある。これは、片方の気筒への点火スパークをカットするだけで実行でき、これによりもう一方の気筒の負荷が増加し、必要なパワーとガス流量が増加する。[5]この方法は、点火されていない気筒で燃料が無駄になるという欠点があり、点火プラグにオイルが付着して排気システムが詰まるリスクもある。より洗練された方法として、ジョンソン船外機の一部で行われていたように、1つの気筒の移送通路を追加のスロットルバタフライで閉じ、その気筒を完全に遮断して燃料と空気の混合気から隔離する方法がある。[5]これにより、オイル汚れのリスクが回避され、すべてのガス流量が作動気筒を通過するため、燃費が大幅に向上する。
注記
- ^ これは通常、エアフィルターの詰まりが原因で発生します。エアフィルターの詰まりによって空気の流れ（つまり掃気）も減少し、オートバイに使用されているスライドキャブレターは空気の流れが制限されると過剰に濃い燃料混合物を供給する傾向があります。
- ^ これは2 ストロークからの混乱であり、オイルパンが過剰に満たされた 4 ストローク ディーゼル エンジンでは、余分なオイルがシリンダーに吸い込まれ、それが即席の燃料として燃焼して制御不能になる場合があります。
- ^ 小型ディーゼルは小型エンジンとして使用され、ディーゼルバイクへの関心が高まっていますが、そのほとんどは4ストロークです。
参考文献
- ^ abcde アーヴィング（1967年）、163ページ。
- ^ アーヴィング（1967年）、66-67頁。
- ^ アーヴィング（1967年）、127ページ。
- ^ アーヴィング（1967年）、55ページ。
- ^ ab Irving (1967)、164ページ。
引用文献
- アーヴィング, PE (1967). 『2ストローク動力装置』 ロンドン: ジョージ・ニューネス. p. 163.
