接点式点火とは?接点で電流を遮断して火花用の高電圧を発生させる仕組み【バイク用語辞典:点火編】

■1990年以前は主流だったが、現在はすべて無接点式点火を採用

●制御性が悪いこと、接点のチャタリングや摩耗などによる耐久信頼性不足が致命的な弱点

ガソリンエンジンは、混合気に火花を飛ばして燃焼させて動力を得ます。コイルの誘導作用によって高電圧を発生させて、適正なタイミングで火花を飛ばすのが点火システムの役目であり、接点式と無接点式があります。

無接点式の以前に採用されていた機械式の接点式点火システムについて、解説していきます。

●火花点火の役割とは

ピストンによって圧縮された高温高圧の混合気は、点火プラグの火花で着火されて火炎となって燃焼室全域に広がります。点火は燃焼のトリガーなので、目標とする燃費や出力を実現するためには、運転条件に応じて最適な点火時期に設定する必要があります。

点火システムは、バッテリーと点火コイル、点火時期を設定する回路、点火プラグから成ります。

点火時期を設定する回路とは、2次側の点火コイルに高電圧を発生させるため1次コイルの開閉を行う回路であり、機械的な接点式とトランジスタのスイッチングを利用した無接点式があります。

現在はすべてが無接点式ですが、1990年以前は接点式が主流でした。

●点火コイルのよる高電圧の発生メカニズム

点火プラグの火花は、絶縁破壊の放電現象です。火花を飛ばすためには、点火プラグの電極間に数万Vの高電圧を印加する必要があり、この高電圧を発生させるのが点火コイルの役目です。

バッテリーの電源電圧12Vを数万Vまで昇圧するため、コイルの自己誘導作用と相互誘導作用を利用します。

自己誘導・相互誘導
自己誘導・相互誘導

・自己誘導作用
鉄芯にコイルを巻いた状態で電源回路のスイッチをONにすると、コイルに電流が流れて鉄芯に一定の磁界が発生します。この状態からスイッチをOFFにすると、磁界を維持しようとして瞬間的に高い電圧が発生して電流が流れます。これが自己誘導作用で、バッテリーの12Vは300V程度まで昇圧します。

・相互誘導作用
この300Vをさらに昇圧するのが相互誘導作用です。同じ鉄芯に2次コイルを巻きます。同様に、1次コイルの電流を流した状態からスイッチをOFFにします。すると自己誘導作用と同じように、2次コイルにもコイルの巻き数に比例した高電圧が誘起されます。一般に1次コイルと2次コイルの巻き数比は100倍ぐらいですから、2次コイルには瞬間的に3万Vぐらいの起電力が発生します。

●接点式コンタクトブレーカーの働き

2次側の点火コイルに高電圧を発生させるための1次コイルの開閉を行う機構は、タイマープレートと呼ばれる基盤にカムとコンタクトブレーカー、コンデンサーなどで構成されます。コンタクトブレーカーには、ポイントと呼ばれる接点があり、常に電気が流れています。

ポイント式の仕組み
ポイント式の仕組み

卵断面型のカムは、クランクシャフトに連動して回転します。カム山に乗り上げたときに接点が離れて点火コイルの1次電流が遮断されると、誘導作用によって2次コイルに数万Vの高電圧が発生します。

この高電圧によって点火プラグに火花が飛び、混合気が着火燃焼します。接点が開くタイミングが、エンジンの点火時期になります。

点火時期の制御は、回転数はウェイトの遠心力を利用したガバナー方式で、負荷については吸気管負圧を利用したバキューム方式で行います。

この接点方式では、接点のチャタリングや摩耗、また精度良く点火時期が制御できないといった課題がありました。課題解決のため、1980年頃からトランジスタのスイッチング機能を使ったセミトランジスタ式やフルトランジスタ式へと徐々に置き換わりました。


トランジスタのスイッチング特性を利用した無接点式が登場するまでは、ほとんどの自動車とバイクは接点式の点火システムでした。

接点式は、使用時間とともに接点が摩耗するので接点のクリアランス調整が不可欠だった面倒な点火システムでした。

(Mr.ソラン)