マグネトー点火システムの仕組み：原理・用途・メリットデメリット

マグネトー点火は、ガソリンエンジンなどのスパーク点火エンジンでスパークを提供する特殊なタイプの点火システムです。スパークプラグ用の高電圧パルスを取得するために使用されます。このシステムは100年以上前から存在し、今日でも定置型とポータブルエンジンで使用されています。外部バッテリーのスペースが制限される用途で主に採用されています。

今回は、マグネトー点火システムの定義、機能、用途、構成部品、図解、作動について解説します。スパーク点火エンジンに提供するメリット・デメリットも理解できます。

マグネトー点火システムの定義

マグネトー点火システムまたは高圧マグネトーは、マグネトーを使用して発電のための高電圧を生成する点火システムです。生成された電気は車両やシステム内の他の電気コンポーネントの運転に使用されます。

マグネトーはディストリビューターと発電機が一体となったユニットで、外部電圧なしでスパークエネルギーを生成する従来のディストリビューターとは異なります。回転磁石のシリーズが電気的フィールドを断ち切り、コイルの一次巻線に電流を生じさせます。電流は二次巻線に移ると倍増します。これは二次回路の巻線数が一次回路の何倍も多いためで、これが一次巻線で生成された電圧より高い電圧でスパークを生成するマグネトーの理由です。

ほとんどの場合、マグネトーシステムは20,000ボルトもの電圧を生成でき、従来のディストリビューターが生成できる非常に熱いスパークになります。

マグネトーシステムの機能は、マグネトーを使用して点火システムの電流を供給し、スパークプラグを駆動して燃焼室の燃料空気混合気をさらに点火することです。マグネトーシステムのもう一つの機能はスパークプラグによって実行され、熱がシステムを通じて放散されます。システムはシリンダー内の電離も測定します。

マグネトー点火システムの用途

マグネトー点火のさまざまな側面での用途は以下の通りです。点火に必要な電気を生成するため：

• 二輪車（SIエンジン）でシステムが使用される
• バッテリー点火システムでバッテリーが発電に使用されるのと同様に、マグネトーが発電に使用される
• 最終的に、マグネトー点火システムはトラクター、船外機、洗濯機、船舶エンジン、動力ユニット、天然ガスエンジンなどの用途で広く使用される

マグネトー点火システムの構成部品

マグネトー点火システムの作動を助ける機能的コンポーネントは以下の通りです：

マグネトー

マグネトーはマグネトー点火システムのエネルギー生成源です。通常、電気で動作する小型発電機で、エンジンによって回転すると電圧を生成します。つまり、回転数が高いほどシステムが生成する電圧は大きくなります。システムには外部エネルギー源がなく、開始に外部源も必要ありません。マグネトー自体が発電源です。システムの巻線は一次巻線と二次巻線の2種類があります。

エンジン回転に応じて、マグネトーは3種類あります：

• 磁石回転型
• アーマチュア回転型
• 極誘導型

3つの違いは回転源のみです。磁石型ではアーマチュアが静止し、磁石がアーマチュア周りを回転します。一方アーマチュア型では、アーマチュアが静止磁石の間を回転します。最後に極誘導型では、磁石と巻線の両方が静止していますが、磁束フィールドが逆転すると電圧が生成されます。これはソフトアイアンの極投影（インダクターと呼ばれる）の助けで達成されます。

ディストリビューター

マグネトー点火システムで使用されるディストリビューターコンポーネントは、マルチシリンダーエンジンでも見られます。マルチシリンダーエンジンはスパークプラグでの正しい順序でのスパーク調整に使用されます。点火サージがスパークプラグ間で均等に分配されるようにします。

ディストリビューターは2種類あります：

• ギャップタイプ
• カーボンブラシタイプディストリビューター

ギャップタイプディストリビューターでは、ローターアームの電極がディストリビューターキャップに近接していますが、接触はしません。これにより電極の摩耗を排除します。一方カーボンブラシタイプでは、ローターアームがディストリビューターキャップ内部または成形絶縁材料に配置されたカーボンブラシを備えた金属セグメント上をスライドします。これによりスパークプラグとの電気的接続が作られます。

スパークプラグ

スパークプラグは点火システムによって駆動され、シリンダー内の燃料空気混合気を点火するデバイスです。互いに離れた2つの電極を持ち、高電圧が通過できます。これらの電極はスチールシェルと絶縁体で作られています。中心電極は点火コイルの電源に接続され、外側のスチールシェルは接地されて絶縁されています。

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コンデンサ（キャパシタ）

コンデンサもマグネトー点火システムのコンポーネントです。距離を置いて絶縁材料で分離された2枚の金属プレートを持つ従来の電気コンデンサと同様です。このシステムでは空気が一般的に絶縁材料として使用されますが、特定の技術的要件を満たすために高品質な絶縁材料が採用されます。このコンデンサの機能は電荷を蓄えることです。

カム

カムは北極と南極の磁石に取り付けられています。

接点ブレーカー（コンタクトブレーカー）

この接点ブレーカーはカムによって調整され、ブレーカーが開いているときに電流がコンデンサを通って流れ、充電させます。

点火スイッチ

点火スイッチは車両点火システムの開始と停止を助けます。コンデンサの並列を制御・設定し、過剰な空気による損傷を防ぐのに役立ちます。

マグネトー点火システム図解：

（図解プレースホルダー）

作動原理

マグネトー点火システムの作動は複雑ではなく、容易に理解できます。作動はシステムのエンジンが作動し始めると開始され、マグネトーを回転させます。マグネトーが高電圧エネルギーを生成します。マグネトーの端は接点ブレーカーを通じて一端が接地され、コンデンサが並列に接続されています。カムは接点ブレーカーを調整し、ブレーカーが開いているときに電流がコンデンサを通って流れ、充電します。

これにより、コンデンサが充電器として作用し、一次電流の流れが減少し、システムで生成される全磁界が減少します。これによりコンデンサの電圧が増加し、起電力として作用し、スパークを生成します。これはディストリビューターの助けで達成されます。

エンジン回転数が始動段階で低い場合、マグネトーが生成する電圧も低くなります。しかし、エンジン回転数が増加すると、生成電圧も増加します。これが起こると、電流の流れも増加します。

動画でマグネトー点火システムの作動を見てみましょう：

（動画プレースホルダー）

マグネトー点火システムのメリットとデメリット

メリット

マグネトー点火システムのさまざまな用途における利点は以下の通りです：

• バッテリー点火システムと比較してメンテナンスが少ない
• バッテリーを使用しないためコストが低い
• 高強度スパークによる効率的な作動
• マグネトーによって電気回路が生成される
• スペースを取らない
• バッテリーを使用しないため、バッテリー放電やバッテリーエラーの問題がない

デメリット

マグネトー点火システムの良い利点がある一方で、いくつかの制限も存在します。さまざまな用途におけるシステムのデメリットは以下の通りです：

• 始動時の低回転数によるスパーク品質の低下
• 漏れによるミスファイアの可能性。配線の電圧変動が起こるため
• 他のタイプの点火システムと比較してシステムコストが高い

結論として、マグネトー点火システムはスパーク点火エンジンやその他の内燃機器における優れた発展です。定義、機能、点火システムのコンポーネントについて深く検証しました。作動、メリット・デメリットも網羅し、メンテナンスが少なくバッテリーを使用しないこと、始動時の低回転数でスパーク品質が低下することを確認しました。

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