車のエンジンの写真を参照してください。
内燃機関は、 100年以上のために進化してきた素晴らしいマシンです。自動車メーカーが年を追うごとに、少しずつ効率を上げたり、汚染を少し減らしたりすることで、それは進化し続けています。その結果、信じられないほど複雑で、驚くほど信頼性の高いマシンになります。
他の記事では、燃料システム、冷却システム、カムシャフト、ターボチャージャー、ギアなど、エンジンとそのサブシステムの多くの仕組みについて説明しています。点火システムは、完璧なタイミングの火花で、すべてが一緒になる場所であると主張することができます。
|
次に
|
この記事では、点火時期から始めて、点火システムについて学びます。次に、スパークプラグ、コイル、ディストリビューターなど、スパークの作成に使用されるすべてのコンポーネントについて説明します。そして最後に、ディストリビューターの代わりにソリッドステートコンポーネントを使用する新しいシステムのいくつかについて説明します。
- 点火システムのタイミング
- スパークプラグ
- 点火システムコイル
- 点火システムディストリビューター
- ディストリビューターレスイグニッション
点火システムのタイミング
あなたの車の点火システムは、エンジンの他の部分と完全に協調して機能する必要があります。目標は、膨張するガスが最大量の仕事をすることができるように、正確に適切なタイミングで燃料に点火することです。点火システムが間違った時間に点火すると、電力が低下し、ガス消費量と排出量が増加する可能性があります。
シリンダー内の混合気が燃焼すると、温度が上昇し、燃料が排気ガスに変換されます。この変換により、シリンダー内の圧力が劇的に上昇し、ピストンが押し下げられます。
エンジンから最大のトルクとパワーを得るための目標は、パワーストローク中のシリンダー内の圧力を最大化することです。圧力を最大化すると、最高のエンジン効率も得られます。これは、走行距離の向上に直接つながります。火花のタイミングは成功に不可欠です。
火花が発生してから燃料/空気混合気がすべて燃焼し、シリンダー内の圧力が最大に達するまで、わずかな遅延があります。ピストンが圧縮行程の最上部に達したときに火花が発生した場合、シリンダー内のガスが最高圧力に達する前に、ピストンはすでにその出力行程の途中まで下がっています。
燃料を最大限に活用するには、ピストンが圧縮行程の頂点に達する前に火花が発生する必要があります。そのため、ピストンが出力行程に入るまでに、圧力は十分に高くなり、有用な仕事を生み出し始めます。
仕事=力*距離
シリンダー内：
- 力=圧力*ピストンの面積
- 距離=ストローク長
したがって、シリンダーについて話しているとき、仕事=圧力*ピストン面積*ストローク長さ。また、ストロークの長さとピストンの面積が固定されているため、作業を最大化する唯一の方法は、圧力を上げることです。
スパークのタイミングは重要であり、条件に応じてタイミングを早めたり遅らせたりすることができます。
燃料が燃焼するのにかかる時間はほぼ一定です。しかし、ピストンの速度は、エンジン速度が上がるにつれて増加します。これは、エンジンが速くなるほど、スパークが早く発生する必要があることを意味します。これはスパークアドバンスと呼ばれます。エンジン速度が速いほど、より多くのアドバンスが必要になります。
最大電力が必要ない場合は、排出量の最小化などの他の目標が優先されます。たとえば、点火時期を遅らせる（火花を圧縮行程の最上部に近づける）ことにより、最大シリンダー圧力と温度を下げることができます。温度を下げると、規制された汚染物質である窒素酸化物（NO x）の形成を減らすことができます。タイミングを遅らせると、ノッキングもなくなる可能性があります。ノックセンサーを搭載した一部の車は、これを自動的に行います。
次に、火花を作るコンポーネントについて説明します。
スパークプラグ
スパークプラグは、各シリンダーの4つのバルブの中央にあります。
スパークプラグは、理論的には非常に簡単である：それはちょうどのボルトのように、ギャップを横切ってアークに電気を強制的に雷。ギャップを横切って移動し、良好な火花を生成するには、電気が非常に高い電圧である必要があります。スパークプラグの電圧は、40,000〜100,000ボルトの範囲です。
スパークプラグは、この高電圧が電極に伝わり、そこでギャップをジャンプし、そこからエンジンブロックに導かれて接地されるために、絶縁された通路を備えている必要があります。プラグはまた、シリンダー内の極端な熱と圧力に耐える必要があり、燃料添加剤からの堆積物がプラグに蓄積しないように設計する必要があります。
スパークプラグはセラミックインサートを使用して電極の高電圧を遮断し、スパークが電極の先端で発生し、プラグの他の場所では発生しないようにします。このインサートは、堆積物を焼き払うのを助けることによって二重の義務を果たします。セラミックは熱伝導がかなり悪いため、動作中に材料がかなり熱くなります。この熱は、電極からの堆積物を焼き払うのに役立ちます。
一部の車にはホットプラグが必要です。このタイプのプラグは、プラグの金属部分との接触面積が小さいセラミックインサートで設計されています。これにより、セラミックからの熱伝達が減少し、セラミックが熱くなり、より多くの堆積物が燃え尽きます。コールドプラグは、より多くの接触面積で設計されているため、より低温で動作します。
「ホット」スパークプラグと「コールド」スパークプラグの違いは、セラミックチップの形状にあります。
自動車メーカーは、各車に適切な温度プラグを選択します。高性能エンジンを搭載した車の中には、当然より多くの熱を発生するものがあるため、より冷たいプラグが必要です。スパークプラグが熱くなりすぎると、スパークが発火する前に燃料に点火する可能性があります。そのため、車に適したタイプのプラグを使用することが重要です。
次に、火花を発生させるために必要な高電圧を生成するコイルについて学習します。
点火システムコイル
コイルは単純な装置であり、本質的には2本のワイヤーコイルで構成される高電圧変圧器です。ワイヤーの1つのコイルは一次コイルと呼ばれます。その周りに巻かれているのは二次コイルです。二次コイルは通常、一次コイルの数百倍の巻数を持っています。
電流はバッテリーからコイルの一次巻線を通って流れます。
一次コイルの電流は、ブレーカーポイントによって、または電子点火のソリッドステートデバイスによって突然中断される可能性があります。
コイルが電磁石のように見えると思うなら、あなたは正しいです-しかし、それはインダクターでもあります。コイルの動作の鍵は、回路がポイントによって突然壊れたときに何が起こるかです。一次コイルの磁場は急速に崩壊します。二次コイルは、強力で変化する磁場に巻き込まれます。このフィールドはコイルに電流を誘導します-二次巻線のコイルの数のために非常に高電圧の電流（最大100,000ボルト）。二次コイルは、非常によく絶縁された高電圧ワイヤを介してこの電圧をディストリビュータに供給します。
最後に、点火システムにはディストリビューターが必要です。
点火システムディストリビューター
ディストリビューターは、複数のジョブを処理します。その最初の仕事は、コイルから正しいシリンダーに高電圧を分配することです。これはキャップとローターによって行われます。コイルは、キャップ内で回転するローターに接続されています。ローターは、シリンダーごとに1つの接点で、一連の接点を通過して回転します。ローターの先端が各接点を通過すると、コイルから高電圧パルスが発生します。パルスは、ローターと接点の間の小さなギャップを横切って弧を描き（実際には接触しません）、スパークプラグワイヤーを下って適切なシリンダーのスパークプラグまで続きます。チューンナップを行うとき、エンジンで交換するものの1つは、キャップとローターです。これらは、アーク放電のために最終的に摩耗します。また、スパークプラグワイヤーは最終的に摩耗し、電気絶縁の一部を失います。これは、いくつかの非常に不思議なエンジンの問題の原因となる可能性があります。
|
ブレーカーポイントのある古いディストリビューターには、ディストリビューターの下半分に別のセクションがあります。このセクションは、コイルへの電流を遮断する役割を果たします。コイルの接地側はブレーカーポイントに接続されています。
|
|
カム分配器の中央には、ポイントの一つに接続されたレバーを押します。カムがレバーを押すたびに、ポイントが開きます。これにより、コイルが突然グランドを失い、高電圧パルスが生成されます。
ポイントは、スパークのタイミングも制御します。それらは、真空前進または遠心前進を有する可能性がある。これらのメカニズムは、エンジン負荷またはエンジン速度に比例してタイミングを進めます。
スパークタイミングはエンジンの性能にとって非常に重要であるため、ほとんどの車はポイントを使用しません。代わりに、エンジンコントロールユニット（ECU）にピストンの正確な位置を知らせるセンサーを使用します。次に、エンジンコンピュータは、コイルへの電流を開閉するトランジスタを制御します。
次のセクションでは、最新の点火システムの進歩であるディストリビューターレス点火について見ていきます。
ディストリビューターレスイグニッション
1つのメインコイルの代わりに、ディストリビューターレスイグニッションには各スパークプラグ用のコイルがあり、スパークプラグ自体に直接配置されています。
近年、100,000マイルで最初の調整が必要な車について聞いたことがあるかもしれません。この長いメンテナンス間隔を可能にする技術の1つは、ディストリビューターレス点火です。
このタイプのシステムのコイルは、中央に配置されたより大きなコイルと同じように機能します。エンジン制御ユニットは、スパークを生成する回路の接地側を破壊するトランジスタを制御します。これにより、ECUは点火時期を完全に制御できます。
このようなシステムには、いくつかの大きな利点があります。第一に、最終的に摩耗するアイテムであるディストリビューターがありません。また、摩耗する高電圧スパークプラグワイヤーもありません。そして最後に、それらは点火時期のより正確な制御を可能にし、それは効率、排出量を改善し、そして車の全体的なパワーを増加させることができます。
点火システムおよび関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。
初版：2001年1月23日
