内燃機関は、100年以上にわたって進化してきた素晴らしい機械です。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につれて、それは進化し続けています。その結果、非常に複雑で、驚くほど信頼性の高いマシンになります。
他のHowStuffWorksの記事では、エンジンと、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、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す。
次へこの記事では、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。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。
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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タイミングで発火すると、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。
シリンダー内の燃料と空気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に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と空気の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最上部に到達する前に火花が発生する必要があります そのため、ピストンがパワーストロークに入るまでに、圧力は十分に高くなり、有用な仕事を生み出し始めることができます。
仕事=力*距離
シリンダー内：
したがって、シリンダーについて話すとき、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、タイミングは進めることができます。 または遅延 条件によって異なります。
燃料の燃焼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 ：エンジン回転数が速いほど、より多くの前進が必要になります。
排出量の最小化などの他の目標 、最大電力が不要な場合は優先してください。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、窒素酸化物（NO x ）の形成を減らすのに役立ちます ）、規制された汚染物質です。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 理論的には非常に単純です。それは、稲妻のように、電気をギャップを越えてアークで強制します。ギャップを横切って移動し、良好な火花を生成するために、電気は非常に高い電圧でなければなりません。スパークプラグの電圧は、40,000〜100,000ボルトの範囲です。
スパークプラグには、この高電圧が電極まで伝わるように絶縁された通路が必要です。電極では、ギャップをジャンプして、そこからエンジンブロックに導き、接地することができます。プラグは、シリンダー内の極度の熱と圧力にも耐える必要があり、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ます 電極の高電圧を遮断し、火花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率がかなり低いため、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、セラミックがより高温になり、より多くの堆積物が燃え尽きます。 コールドプラグ 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。
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、高電圧を生成するコイルについて学習します。 スパークを作成するために必要です。
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た高電圧変圧器です。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突然乱れる可能性があります 、または電子点火のソリッドステートデバイスによって。
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。これは、2次巻線のコイルの数が原因で、非常に高電圧の電流（最大100,000ボルト）になります。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。
ディストリビューター いくつかの仕事を処理します。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。これはキャップによって行われます およびローター 。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は最終的に摩耗し、電気絶縁の一部が失われます。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。
<中央> 
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。
<中央> 
<中央> 
ディストリビューターの中央にあるカムが、ポイントの1つに接続されているレバーを押します。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、コイルが突然接地を失い、高電圧パルスが発生します。
ポイントは、スパークのタイミングも制御します。彼らはバキュームアドバンスを持っているかもしれません または遠心力の前進 。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。
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テクノロジーの1つは、ディストリビューターレスイグニッションです。 。
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。エンジンコントロールユニットは、回路の接地側を破壊するトランジスタを制御し、スパークを生成します。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、点火時期のより正確な制御を可能にし、効率と排出量を改善し、車の全体的なパワーを向上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
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