掃気（エンジン）

掃気とは、内燃機関のシリンダー内の排気ガスを 次のサイクルのために新鮮な空気/燃料混合物（直噴エンジンの場合は新鮮な空気）に置き換えるプロセスです。掃気が不完全な場合、残留排気ガスによって次のサイクルで不適切な燃焼が発生し、出力が低下する可能性があります。

掃気は、2 ストロークエンジンと4 ストローク エンジンの両方にとって同様に重要です。最新の 4 ストローク エンジンのほとんどは、クロスフロー シリンダー ヘッドとバルブ タイミング オーバーラップを使用してシリンダーを掃気します。最新の 2 ストローク エンジンは、シュニューレ掃気(「ループ掃気」とも呼ばれます) またはユニフロー掃気を使用します。

掃気ポートまたは掃気ポートとは、きれいな空気がシリンダーに入るポート、つまり可燃性混合物が排出される排気ポートを指します。

掃気を促すように意図的に設計された最初のエンジンは、1890年代初頭に英国のクロスリー・ブラザーズ社が製造したガスエンジンでした。これらのクロスリー・オットー掃気エンジンは、スライドバルブからポペットバルブへの最新の変更により可能になり、バルブタイミングイベントをより柔軟に制御できるようになりました。^[1]排気バルブの閉じるタイミングは以前のエンジンよりも30度以上遅くなり、「オーバーラップ」期間（吸気バルブと排気バルブの両方が開いている期間）が長くなりました。これらはガスエンジンであったため、圧縮行程中にバルブを長時間閉じる必要はありませんでした。排気ガスは、前の燃焼サイクルからの排気ガスの「スラグ」に続く部分的な真空によってエンジンから引き出されました。

この方法では、排気管がストロークの全期間にわたってガススラグを収容できるほど長くなければなりません。クロスリーエンジンは回転が非常に遅いため、エンジンと鋳鉄製の「ポット」サイレンサーの間には排気管が65フィート（20メートル）の長さになりました。^[2]

クロスフロー シリンダー ヘッドは、ほとんどの最新の 4 ストローク エンジンで使用されています。クロスフロー シリンダー ヘッドでは、吸気ポートが燃焼室の片側に配置され、排気ポートが反対側に配置されています。ガスの運動量は、「オーバーラップ」フェーズ (吸気バルブと排気バルブが同時に開いているとき) 中の掃気に役立ちます。

2 ストローク エンジンの場合、クロスフロー掃気は、小型オートバイに使用されているような初期のクランクケース圧縮エンジンで使用されていました。トランスファー ポート(燃料と空気の混合物が燃焼室に入る場所) と排気ポートは、燃焼室の反対側に配置されていました。この配置には単純であるという利点がありましたが、吸入された電荷が直接排気ポートに向けられていました。シリンダー内の排気ガスの排出を改善し、吸入された電荷をより多くシリンダー内に保持するために、デフレクター ピストンがよく使用されました。このピストンの形状により、吸入ガスがシリンダーの上部に向けられ、排気ガスが下方に押し出されて排気ポートから排出されました。ただし、デフレクター ピストンは実際にはあまり効果的ではありませんでした。ガスの流れの多くは近道となり、それでもシリンダーの上部に到達できませんでした。また、ピストンの形状により、炎の経路が長くなり、表面積が過剰になるため、燃焼室の形状が損なわれました。そのため、垂直ループ掃気は、現代の 2 ストローク エンジンではほとんど使用されていません。

シュニューレ掃気（ループ掃気または逆掃気とも呼ばれる）は、現代のバルブレス 2 ストローク エンジンのほとんどで使用されている設計です。クロスフロー掃気との主な違いは、移送ポートが排気ポートの両側にあり、反対側のシリンダー壁を向いていることです。^[3]燃料/空気の混合物が燃焼室に入ると、シリンダーを横切って排気ポートの反対側のシリンダー壁を上ってから、シリンダー ヘッドでループし、排気ポートに戻ります。この長い流路と吸気と排気の流れの反対方向により、新鮮なガスと使用済みのガスの混合が最小限に抑えられ、ポートが閉じる前にシリンダーから逃げる新鮮なチャージの量が制限されます。この掃気方法では、シリンダー内の 3 次元のガス フローをより深く理解し、さまざまなポートの配置、サイズ、角度をより慎重に考慮する必要があります。

ユニフロー掃気は、新鮮な吸気と排気ガスが同じ方向に流れる設計です。このためには、吸気ポートと排気ポートがシリンダーの反対側にある必要があります。一部の 2 ストローク エンジンで使用されているように、新鮮な空気はシリンダーの底部近くにあるピストン制御ポートから入り、上方に流れ、排気ガスをシリンダー ヘッドにあるポペット バルブから押し出します。他のユニフロー エンジン (Ricardo Dolphin 船舶用エンジンなど) は下向きの流れ方向を使用し、新鮮な空気と燃料の混合物がシリンダーの上部から入り、排気ガスがシリンダーの底部に向かって出ます。さらに別の設計では、シリンダーの両端にピストン制御ポートを使用し、各シリンダー内の 2 つの対向するピストンを反対方向に動かして、それらの間の空気を圧縮します。

ユニフロー方式の掃気は、自動車、船舶、鉄道機関車、および定置エンジンの 2 ストローク ディーゼル エンジンでよく使用されています。この方式の欠点は、ポペ​​ット バルブ トレイン (または 2 番目のピストンを制御するために追加のクランクシャフトまたはロッカー アームが必要) を実装するために必要な複雑さ、質量、容積、およびコストが増加することです。

• エンジンチューニング
• 4ストローク
• 慣性過給効果
• カデナシー効果

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