点火マグネトー

マグネトコンポーネント

インパルスカップリングコンポーネント

点火マグネトー（高圧マグネトーとも呼ばれる）は、火花点火エンジン（ガソリンエンジンなど）で使用される旧式の点火システムです。マグネトーと変圧器を用いて、点火プラグ用の高電圧パルスを生成します。「高圧」という旧式の用語は「高電圧」を意味します。^{[ 1 ]}

デザイン

単純なマグネトー（永久磁石を用いた発電機）は比較的低電圧の電気を生成することができるが、ディーゼルエンジンを除くほとんどの現代のエンジンで使用されているスパークプラグに必要な高電圧を生成することはできない。^{[ 2 ]}点火マグネトーには電気変圧器も含まれており、^{[ 2 ]}電気をより高い電圧に変換する（ただし、出力電流はそれに応じて減少する）。^{[ 2 ]}

ポイントが開き始めると、ポイント間隔は、一次コイルの両端に電圧がアーク放電を起こすような間隔に設定されます。ポイント間にはコンデンサが接続されており、一次コイルの漏れインダクタンスに蓄積されたエネルギーを吸収し、一次巻線電圧の立ち上がり時間を遅くすることで、ポイントが完全に開きます。^{[ 3 ]}

一次巻線よりも多くの巻数を持つ第2コイルが同じ鉄心に巻かれ、電気変圧器を形成します。二次巻線の巻数と一次巻線の巻数の比を巻数比と呼びます。一次コイルの両端の電圧によって、コイルの二次巻線に比例した電圧が誘導されます。一次コイルと二次コイルの巻数比は、二次巻線の両端の電圧がスパークプラグのギャップにアークを発生するのに十分な非常に高い値に達するように選択されます。一次巻線の電圧が数百ボルトに上昇すると、^{[ 3 ] [ 4 ]}二次巻線の電圧は数万ボルトに上昇します。これは、二次巻線が通常一次巻線の100倍の巻数を持つためです。^{[ 3 ]}

インパルスカップリング、誘導バイブレーター、ブースターコイル

(左) 振動コイルでは、接点が急速に開閉し、脈動する直流電流、つまり電池電流の遮断が発生します。電流は電池からR1、振動点V1、コイルL2へと流れます。通電されたコイルL2は振動点V1を開き、L2を流れる電流を遮断します。L2の周囲の磁場は崩壊し、振動点V1は再び閉じます。再び電流がL2を流れ、再び振動点V1が開きます。このプロセスは継続的に繰り返され、「火花のシャワー」が発生します。(右) ブースターコイルの部品。ブースターコイルはマグネトとは独立しており、単独で一連の火花を発生させることができます。一次コイルに電流が流れると、コイルの周囲に磁場が発生し、可動接点が引き寄せられて遮断回路が遮断されます。その後、可動接点はバネを介して固定接点に戻ります。これにより、電流が再び流れ始め、このプロセスが繰り返されます。

マグネトーは低速時には電圧出力が低いため、エンジンの始動が困難になります。^{[ 5 ]}そのため、一部のマグネトーにはインパルスカップリングと呼ばれるバネ状の機械的連結機構が備えられています。インパルスカップリングは、エンジンとマグネトー駆動軸の間に設けられ、マグ​​ネトー軸を回転させる適切なタイミングで「巻き上げ」、そして「解放」します。インパルスカップリングは、バネ、フライウェイト付きハブカム、そしてシェルで構成されています。^{[ 5 ]}マグネトーのハブは回転し、駆動軸は固定されています。これによりバネの張力が増加します。マグネトーが点火するタイミングになると、フライウェイトはトリガーランプに接触するボディの動きによって解放されます。これによりバネがほどけ、回転する磁石が急速回転し、マグネトーは火花を発生する速度で回転します。^{[ 5 ]}

歴史

1890年代後半、イギリスの技術者フレデリック・リチャード・シムズは、ドイツの技術者ロバート・ボッシュとその部下であるアーノルド・ツェリンガー、ヤング・ラル、ゴットロープ・ホーノルトらと協力し、世界初の実用的な高圧マグネトー点火装置を開発しました。1900年、ボッシュのマグネトー点火装置は、ゴットリープ・ダイムラー社製のツェッペリン号のエンジンに採用されました。^{[ 6 ] [ 7 ]}

マグネト点火を採用した最初の自動車は、1901年ドイツのメルセデス35馬力レーシングカーで、その後ベンツ、モルス、トゥルカット・メリー、ネッセルドルフなど様々な自動車が製造された。^{[ 8 ]}マグネト点火装置は、低電圧システム（二次コイルを使用して点火プラグに点火）と高電圧マグネト点火装置（誘導コイル点火と同様に点火プラグを直接点火）の両方で、すぐにほとんどの自動車に採用されるようになった。^{[ 8 ]}自動車にバッテリーが普及すると、点火マグネトは点火コイルに大きく置き換えられた。バッテリー駆動のコイルは低速でも高電圧の火花を発生でき、始動が容易になるからである。^{[ 9 ]}

点火マグネトー（通常は2個1組）は、21世紀に入っても航空機のピストンエンジンで使用され続けています。航空用途において、マグネトーはほとんどの電子点火システムに比べていくつかの利点があります。例えば、マグネトーは外部電源（バッテリーなど）に依存せずに電気パルスを生成するため、航空機の電気系統に障害が発生した場合でも、エンジンが始動し続ける限り、マグネトーはエンジンに火花を供給し続けます。

(左) 2つの独立したマグネトー、別々の配線セット、およびスパークプラグを備えた航空機のデュアル点火システムにより、信頼性が向上します。(右) 1911年のボッシュ製マグネトー回路図。

参考文献

1. ボットーネ、セリモ・ロメオ（1907年）『自動車運転者のためのマグネトー、その製法と使用法：自動車運転者のニーズに合わせたマグネトーの製造と適応に関する実践的指導ハンドブック』 C. ロックウッドと息子著。
2. コールドウェル、O.（1941年）『航空エンジン：パイロットと地上技術者向け』ピットマン、p.88。
3. 「The Aircraft Magneto」。Continental Ignition Systems。2011年8月31日。 2015年9月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年6月21日閲覧。
4. 「点火システムにおけるコンデンサ」 www.smokstak.com . 2017年7月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年5月6日閲覧。
5. クロース、マイケル（1995年）『航空機動力装置』ニューヨーク：グレンコー、p.180。
6. Kohli, PL (1993).自動車用電気機器. Tata McGraw-Hill. ISBN 0-07-460216-0。
7. ホイス、テオドール (1994). 『ロバート・ボッシュ：その生涯と功績』 ニューヨーク：ヘンリー・ホルト・アンド・カンパニー. pp.  102– 107, 124– 126. ISBN 0805030670。
8. ジョルガノ, GN (1985). 『自動車：初期とヴィンテージ、1886-1930』ロンドン: グランジ・ユニバーサル.
9. ヒリアー、VAW (1996).ヒリアーの自動車エレクトロニクスの基礎. ネルソン・ソーンズ. p. 167. ISBN 0-7487-2695-0。