忘れられた点火技術：２重点火

忘れられた点火技術：２重点火

２重点火とは

車は、エンジンの中で燃料と空気を混ぜて爆発させることで動力を生み出します。この爆発を始めるのが点火プラグの役割です。通常、エンジンはピストンが上下に動く一回の行程で、一回だけ点火プラグが火花を散らします。２重点火は、この一回の行程の中で、点火プラグを二回作動させる技術です。

一回の行程の中で二回火花を散らすと聞くと、何のためにそのようなことをするのか不思議に思うかもしれません。これは、エンジンの燃焼効率を良くするために行われています。混合気、つまり燃料と空気の mixture は、必ずしも均一に混ざっているとは限りません。場所によって濃かったり薄かったりすることがあります。濃い部分にだけ火がついたり、薄い部分に火がつかなかったりすると、燃え方にムラができてしまいます。そこで、二回火花を散らすことで、燃え残りを減らし、より多くの混合気を燃焼させようというわけです。まるで焚き火で、一度火をつけただけでは燃え広がらない時に、もう一度火をつけるようなイメージです。

２重点火の利点は、燃焼効率が良くなるだけではありません。排気ガスに含まれる有害な物質を減らす効果も期待できます。燃え残りが減るということは、そのまま大気に放出される有害物質が減るということです。また、エンジンの回転が滑らかになり、燃費の向上にも繋がります。まるで自転車のペダルをスムーズに漕げるように、エンジンも滑らかに回転することで、燃料の無駄を減らすことができるのです。

しかし、良いことばかりではありません。２重点火には、点火装置の複雑化という欠点もあります。点火プラグを二回作動させるためには、制御装置もより複雑なものになります。部品点数が増えることで、故障のリスクも高まる可能性があります。また、点火プラグの寿命も短くなる可能性も考えられます。とはいえ、燃焼効率の向上や排気ガスの浄化といったメリットは大きく、環境問題への意識が高まる現代において、重要な技術の一つと言えるでしょう。

２重点火の目的

２重点火は、読んで字のごとく、一つの燃焼室内に二つの点火プラグを設け、同時に火花を飛ばす技術です。その主な目的は燃焼の改善にあり、より良い燃焼を実現することで、エンジンの出力向上や排ガス浄化を目指しました。

従来の一点点火方式では、火炎の広がる速度に限界がありました。火種が一つしかないため、混合気全体に火が燃え広がるまでに時間がかかり、その間に燃焼が不完全になる可能性がありました。特に、燃費向上を目的とした薄い混合気、いわゆるリーンバーンでは、混合気が薄いため火がつきにくく、燃え広がる速度も遅くなる傾向がありました。結果として、未燃焼ガスや有害物質の排出量の増加といった問題につながっていました。

そこで、二つの点火プラグを用いた２重点火が登場しました。二つの点火プラグによって複数の火種を同時に発生させることで、燃焼室全体により早く、より均一に火炎を伝播させることが可能になります。これは、燃焼期間の短縮につながり、燃焼効率の向上、ひいてはエンジンの出力向上に貢献します。

さらに、２重点火は排ガス浄化にも効果を発揮します。完全燃焼に近づくことで、未燃焼ガスの発生を抑制し、一酸化炭素や炭化水素などの有害物質の排出量を低減することが期待できます。また、燃焼速度の向上は、燃焼温度の低下にもつながり、窒素酸化物の発生抑制にも効果があるとされています。このように、２重点火は、環境性能と動力性能の両立を目指す上で、重要な技術の一つと言えるでしょう。

２重点火の仕組み

二重点火は、燃焼効率を高めるための技術です。通常のエンジンでは、ピストンが上死点に達する少し前に一度だけ火花が飛び、混合気に点火します。しかし、二重点火では、この燃焼行程中に二回火花を飛ばします。

仕組みは比較的簡単で、既存の点火装置に少し手を加えるだけで実現できます。具体的には、点火プラグに高電圧を送る点火装置を改良し、一回の燃焼サイクル中に二回放電するようにします。二回の放電の間隔は極めて短く、千分の一秒から数十千分の一秒程度です。

最初の火花で確実に点火することが重要で、この火花を主火花と呼びます。主火花によって燃焼が始まった後、すぐに二番目の火花が飛びます。この二番目の火花は補助的な役割を果たし、最初の火花で燃え残った混合気への着火を促します。二つの火花による点火は、燃焼をより確実で完全なものにします。

このように、二重点火は、最初の火花で確実に点火した上で、補助的に二番目の火花を飛ばすことで、燃焼効率を高める技術です。二番目の火花が主となる点火方式では、エンジンの回転が不安定になるなど、正常な動作を阻害する可能性があります。また、二重点火は、排気ガス中の有害物質を減らす効果も期待できます。燃焼がより完全になることで、未燃焼ガスが減少し、結果として排出される有害物質も減少するからです。しかし、二重点火の導入には、点火装置の改良が必要となるなど、コスト面での課題も存在します。

２重点火の課題と衰退

二つの火花で燃焼を良くしようという、二重点火という技術がありました。これは、理論上は優れた点火方法と考えられていました。しかし、実際に使ってみると、いくつかの壁にぶつかり、広く使われることはありませんでした。まず、装置が複雑になり、どうしても費用が高くなってしまうという問題がありました。二つの火花を正確に制御するためには、とても高度な電子制御技術が必要で、これが装置全体の値段を高くしてしまったのです。

次に、二回目の点火の効果が思ったほどではなかったという問題もありました。二重点火の仕組みは、最初の火花で確実に火がつくことを前提としています。ですから、たとえ二回目の火花で燃え方が良くなったとしても、その効果はそれほど大きくはありませんでした。最初の火花でうまく火がつかないと、二回目の火花も意味がないからです。

さらに、技術の進歩により、他の点火方法や燃焼を制御する技術が発展したことも、二重点火の衰退を早めました。より高い性能で、しかも費用が安い技術が現れたことで、自動車メーカーは二重点火よりもそちらを選ぶようになりました。例えば、点火時期を細かく調整できる技術や、エンジンの燃焼室内の空気の流れを良くする技術などが開発され、これらの技術の方が二重点火よりも効果的に燃費を良くし、排気ガスをきれいにすることができました。こうして、二重点火は徐々に使われなくなり、今ではほとんど忘れられた技術となってしまいました。

現代の点火技術

近年の車は、技術革新により目覚ましい進化を遂げています。特に、エンジンの燃焼効率を高める点火技術は、環境性能と動力性能の向上に大きく貢献しています。かつて主流だった二重点火は、今ではほとんど使われていません。二重点火とは、一つの燃焼室に二つの点火プラグを備え、同時に点火することで燃焼速度を高める技術でした。しかし、制御の複雑さや費用対効果の面で課題があり、現代の高度な技術にとって代わられました。

現在主流となっているのは、電子制御点火方式です。これは、コンピューター制御により点火時期を精密に調整する技術です。エンジンの回転数や負荷、吸入空気量などの様々な情報をセンサーが感知し、最適な点火時期を決定します。これにより、燃焼効率が向上し、燃費の改善と排出ガスの低減に繋がります。また、点火時期を細かく調整できるため、エンジンの出力特性や応答性も向上します。

さらに、マルチ点火方式も注目されています。これは、一つの燃焼室に複数の点火プラグを配置する技術で、一度に複数の点火プラグを作動させることで燃焼を促進し、燃焼速度を向上させることができます。これにより、未燃焼ガスの発生を抑え、排出ガス浄化に貢献します。マルチ点火方式は、点火プラグの配置や点火順序を最適化することで、燃焼効率と排出ガス性能をさらに高めることができます。

これらの点火技術に加えて、燃料噴射システムや可変バルブタイミング機構なども進化を遂げ、エンジンの性能向上に一役買っています。燃料噴射システムは、燃料の噴射量や噴射時期を精密に制御することで、燃焼効率の最適化を実現します。可変バルブタイミング機構は、エンジンの回転数や負荷に応じてバルブの開閉時期を変化させることで、吸排気効率を高めます。これらの技術が組み合わされることで、エンジンはより高い出力と燃費性能を発揮することが可能になります。かつて二重点火は画期的な技術でしたが、現代の技術革新は目覚ましく、より高度で洗練された技術がエンジンの性能向上を支えています。

２重点火と２点着火の違い

車は動力を得るために、エンジンの中で燃料を燃やしています。その燃料に火をつけるのが点火プラグの役割です。２重点火と２点着火は、一見似た言葉ですが、火のつけ方が全く違います。２重点火は、一つの点火プラグで短い間に２回火花を飛ばす技術です。２回火花を飛ばすことで、より確実に燃料に火をつけ、燃え残りを減らすことができます。これは、排気ガスをきれいにするのに役立ちます。一方、２点着火は、一つの燃焼室に２つの点火プラグを取り付ける技術です。２つの点火プラグから同時に火花を飛ばすことで、複数の場所で同時に火が燃え広がり、燃焼速度が速くなります。燃料がより速く、より完全に燃えることで、エンジンの力を高めたり、燃費を良くしたりすることができます。２点着火は、燃焼室の形が複雑なエンジンや、高い性能を求められるエンジンで使われることがあります。２つの点火プラグの位置をうまく調整することで、燃焼室内全体で均一に燃料を燃やすことができ、エンジンの安定した出力につながります。２重点火と２点着火は、どちらもエンジンの燃焼効率を高めるための技術ですが、その仕組みは大きく異なります。２重点火は一つの点火プラグを２回使うのに対し、２点着火は二つの点火プラグを同時に使います。名前は似ていますが、燃料への火のつけ方、目的、そしてエンジンの構造も異なる技術なのです。