点火システムの概説:適切なタイミングで混合気に火花を飛ばす仕組み【バイク用語辞典:点火編】

■バイクの点火方式は、フルトラ方式とCDI方式が主流

●火花を飛ばす点火プラグは、電極間ギャップ長と熱価の選定が重要

ガソリンエンジンでは、燃焼室に備えられた点火プラグの電極間に火花を飛ばして混合気を着火します。火花を飛ばすための点火システムとしては、通常、バイクではフルトラ(フルトランジスタ)方式またはCDI(容量放電)方式が採用されます。

燃焼のトリガーとなる火花を発生させる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の混合気は、点火プラグの火花で着火されて火炎となり、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、運転条件に応じて適正な点火時期に強い火花を飛ばすことが重要です。

点火システムは、バッテリーや点火コイル、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す。1990年以前は接点式点火が主流でしたが、現在はすべてトランジスタのスイッチングを利用した無接点式に切り替わりました。

接点式点火は、点火時期の制御性が悪い、接点のチャタリング発生、接点の摩耗などの課題がありました。

●無接点式点火システムへの進化

点火システムの進化
点火システムの進化

無接点のフルトラ式では、点火時期信号のための基準信号はマグネット式や光学式のクランク角センサーなどを利用したシグナルジェネレーターで作ります。これをベースに、点火時期制御回路で運転条件に応じた点火時期を決定します。

パルスの点火信号がトランジスタのベースに入力されて、パルスON時にバッテリーによって1次コイルを通電させてエネルギーを蓄積します。その後、パルスがOFFになると1次コイルの電流が遮断され、2次コイルに数万Vの高電圧が発生してプラグに火花が飛びます。

現在バイクが採用している無接点式には、上記のフルトラ式の他に火花エネルギーをコンデンサに溜めるCDI(容量放電)式があります。さらにクルマでは最近一般的となっている、それぞれの点火プラグキャップにコイルを内蔵したダイレクト点火システムも採用され始めています。

●点火プラグの構造

点火プラグは、点火コイルで発生した数万Vの高電圧を受けて、絶縁破壊によって電極間に火花放電します。この火花によってシリンダー内の混合気は着火され、火炎となって燃焼室全域に広がります。

点火プラグの構造
点火プラグの構造

点火コイルから高電圧を供給される点火プラグの中心電極(+)は、高アルミナセラミックスなどの絶縁ガイシ(インシュレータ―)によって絶縁保護されています。中心部には熱伝導をよくするための銅芯が入れられ、熱を逃がしています。この中心電極と、燃焼室に組み付けるためのネジ部から出ている接地極(-)との間で火花が飛びます。

中心電極と接地極とのギャップ(隙間)は、通常0.6~1mm程度に設定されます。ギャップが狭いと火花は飛びやすい反面、火花エネルギーは小さく、一方ギャップが広いと火花は飛びにくいながら高エネルギーの火花が発生します。

点火プラグの熱価
点火プラグの熱価

また、電極の放熱特性を示す「熱価」も重要で、低出力エンジンで比較的低速低負荷運転を多用する場合は、ホットタイプで温度を維持して自己清浄作用を促進します。一方、高出力エンジンでは温度が上がり過ぎないようにコールドタイプを使います。

●点火制御

現在バイクのほとんどは、電子制御の点火システムを採用しています。

点火時期の電子制御
点火時期の電子制御

点火時期は、エンジン回転数と吸入空気量を代表するスロットル開度(または吸気圧力)をパラメーターにした基本点火時期の「点火時期マップ」を、ECU(エンジンコントロールユニット)内のメモリー領域に持っています。

これに、エンジン水温や吸入空気温度などを考慮した補正を加えて、最終的な点火時期が決定されます。


バイクをあらゆる条件で安定して運転するためには、エンジンに適正な燃料と点火を供給することが基本です。

本章では、点火プラグに火花を飛ばす点火システムについて、詳細に解説します。

(Mr.ソラン)