模型用グローエンジンの仕組み（2ストロークエンジン編）

2023年1月28日2023年1月29日

2ストロークグローエンジンの仕組み

ラジコンの模型用エンジンとして親しまれているグローエンジン。このグローエンジンには、2ストロークと4ストロークがありますが、今回はその構造の違いについて解説していきたいと思います。まずは第一弾として2ストロークを見ていきましょう。

2ストロークエンジンは構造がシンプルで部品点数も少なく、その分重量も軽いため、昔からRC飛行機やヘリで愛用されてきました。

2ストロークエンジンは次の4つの行程がクランクシャフトが1回転する間におこなわれています。最初に吸入、次に圧縮、そして爆発、排気と続きます。具体的には、ピストンが下がると混合気がクランクケースから燃焼室へ吸入され、続いてピストンが上昇し、燃焼室が密閉状態となり、混合気は圧縮されます。

圧縮された混合気はプラグの余熱で点火し爆発を起こし、その爆発の勢いでピストンは降下し、掃気ポートと排気ポートが開くことで、新しい混合気が取り込まれ、同時に排気ガスが外部へ排気されます。これを繰り返すことでエンジンは爆発し続け、ピストンの上下運動がクランクシャフトによって回転運動となり、プロペラが回転し、ラジコン飛行機は飛行できるようになります。

4ストロークと比較して、同じ排気量でも2ストロークより最高出力は高く、扱いも簡単ですが、エンジンサウンドは4ストロークのほうがマイルドなため、スケール機マニアは2ストロークよりも4ストロークを好む場合が多い傾向にあります。

シリンダーヘッド

シリンダーヘッドには多くの役割があります。ひとつは放熱、そして燃焼室に蓋をしての密閉の役割、さらに燃焼室の圧縮比の設定、そしてプラグの固定です。多くのシリンダーヘッドがフィン形状になっているのは放熱効果を高める役割があります。シリンダーヘッドは燃焼室内での爆発の熱がダイレクトに伝わるため非常に熱くなりますが、それを冷却されるため、フィンの間に風を通し、そして放熱を効率良くおこなえるようにしています。

一方、シリンダーヘッドの裏側も非常に重要な部分で、このドームの形状によって圧縮比が変わるため、エンジンの性能や回転数に大きく関わってきます。さらに燃焼室の蓋の役割も担っており、圧縮が漏れないようにしっかりと密閉をする役割を担っています。

クランクケース

エンジンそのものとなるクランクケース。周囲に取り付けられたフィンは、シリンダーヘッド同様、放熱効果を増やすために設けられている。クランクケースのサイズは、ライナーの入るサイズとストロークなどによって決まってきます。

クランクシャフト

クランクシャフトには2つの役割があります。ひとつはピストンの上下運動を回転運動に変えてプロペラを回す役割。もうひとつはクランクシャフトに設けられた吸気口によって、キャブレターから流入してきた混合気をクランクケース内に伝えるバルブの役割です。キャブレターから来た混合気は、クランクケースの1次圧縮を利用して吸入され、クランクシャフトを通じてクランクケースに入っていくようになります。

クランクシャフトの太さはエンジンのサイズによって変わります。大きなエンジンになれば燃料を吸い込む量も多くなり、クランクシャフトを太くしなくてはいけませんが、太くなれば重量もかさむため、そのバランスが非常に難しくなります。

シリンダーライナー

クランクケース内に収められており、この中をピストンとコンロッドが上下します。側面の穴はピストンが下がった際に、爆発した排気ガスが排気され、新しい混合気が流入する役割を持っていて、この穴がピストンの上昇で塞がれると燃焼室内は密閉状態となります。圧縮が少しでも漏れてしまうと真空状態を作ることができなくなり、燃料が来なくなるので、エンジンは始動しなくなったり、アイドリングでもすぐに止まるようになってしまいます。

この穴も、燃料の流入量や排気量、入りやすさなどを考慮して設計されており、やや斜めにカットされるなど、細部まで計算しつくされたものとなっています。

ピストンとコンロッド

ピストンはシリンダーライナー内を上下することによって、混合気を掃気、圧縮、爆発、排気させる役割を担っています。先に紹介したように、ピストンが下がると新しい混合気が吸入され、上がることで燃焼室が密閉空間となり、爆発した勢いで再び降下し、その際に排気と新しい混合気の吸入がおこなわれます。

このように2ストロークのグローエンジンにおいて、ピストンは非常に重要な役割を担っており、ここが焼き付いてしまったり、摩耗したりすると、エンジンはアイドリングが悪くなったり、始動さえしなくなってしまいます。

コンロッドはピストンの上下運動をクランクシャフトに伝える役割を担っており、エンジンが始動している時は常にこのパーツが激しく上下しています。

キャブレター

タンクから来た燃料と空気を混合させてクランクケースに送り込む役割を担っているのがキャブレターです。ただ単に混合させるだけでなく、燃料と空気を適切な量で混合させる機能を持っていて、キャブレターの設定次第でエンジンの状態が決まってきます。

キャブレターの形状にはいくつかの種類がありますが、一般的にはドラム式とスライド式に分かれています。ドラム式はスロットルアームに連動する形で中のドラムが回転するもので、スライド式は横方向にスライドするものを指します。キャブレターが全閉になった場合、空気が取り込まれなくなり、エンジンは停止します。逆に全開になっていると多くの混合気がクランクケースに取り込まれ、回転数は高くなります。

ニードル

キャブレターに取り付けられた針状の部品で、燃料の流入量を調整するためのもので、ニードルを緩めると燃料が多く流入し、締めると燃料の流入は少なくなります。これによって、混合気の状態が変わり、燃料が多いと「濃い」状態となり、少ないと「薄い」状態となります。

ニードルの設定については、一般的にはアタリの出た状態からややニードルを開けた状態でセッティングすることが多くあります。「薄い」状態だとオーバーヒートしやすくなるため注意が必要です。

カバープレート

クランクケース内の圧縮を保つための部品です。使用されたカバープレートの内部をみると表面が摩耗したような跡があるが、これはコンロッドが擦れてできたもの。プロペラを付けて回したエンジンは楕円のような跡ができます。ヌスミ加工されているのは内部でピストンが当たらないようにするためで、表側は軽量化するために肉抜きが施されています。