【初心者による初心者の為の】 バイクのエンジン点火装置の仕組みを解説！！【スパークプラグ・構造・動き方】

こんにちは！！もんろーです！！

バイクに乗り始めてから二級自動二輪整備資格保有者の林さんから整備の仕方やカスタム、構造の知識をちょくちょく教えてもらっています。

最近はもっと詳しく勉強したいと思ったので、バイクの構造についてを調べたりしています。

今回はエンジン内の点火装置について学んでいきたいと思います。

点火・着火方式

まず、エンジンを始動させるためにはエンジンに火をいれなければいけません。

その為の点火・着火方式が2種類あるので紹介していきます。

火花点火方式

燃料と空気の混合気を圧縮して電気火花（スパーク）によって点火燃焼する仕組みです。

カセットコンロもスパークを出してガスに点火するので構造は似ているなあと思いました。

圧縮着火方式

空気を圧縮して高温にして、そこに燃料を噴射して自己着火する方式です。

ディーゼル・エンジンがこれに属しています。

俊敏さが求められる自動車やバイクにディーゼル・エンジンは向かず、その代わりに車体が大きくて重いバス、トラック、船などは圧縮比が二倍で大きな力を生み出すことができるディーゼル・エンジンが使われています。

どうして空気を圧縮すると高温になるのか

無知な私は教科書に空気を圧縮すると高温になりますと書いてあっても「なんで空気を圧縮すると高温になるんだ！！」とそっちが気になって仕方ありません（笑）

分子なんて聞くと小学校の頃を思い出しますが、物質はすべて原子でできていて、空気中には目には見えない無数の原子・分子という物質を構成する最小単位の粒子が存在しています。

画像引用元

この画像では圧力が下がるほど気温が下がる仕組みを解説しています。

高い山に登って気温が下るのは断熱圧縮と逆の現象である断熱膨張が起こっているからです。

どうやら理科の世界には熱力学第一法則というものがあるそうです。

どうやらこの公式は空気の中に含まれる原子や分子は位置エネルギーや運動エネルギーというものを持っていてその二つの総和（内部エネルギー）外から受ける熱量や仕事によって変化するということらしいです。

ディーゼル・エンジンの場合空気が圧縮されるだけで、何か熱を加えているわけではないのでQ（熱量）は0、W（仕事量）はピストンの押す力が加わるのでW≻0で何かしら仕事量が生じます。

ですのでΔU≻0によって内部エネルギーが増加して、温度が上がる仕組みだそうです。

ディーゼルを使う理由

ガソリンスタンドに立ち寄ってもひときわ安いのが目立つ軽油（ディーゼル）ですが着火温度がほかの燃料に比べて低く、着火しやすいため圧縮着火方式のエンジンに使われています。

安いだけじゃなく、ちゃんとディーゼルが使われることに意味があったんですね。

普段、ガソリンスタンドで軽油という表記を目にした方もいるかと思いますが、軽油がこのディーゼルにあたります。

軽油を書かれてからといって軽自動車に入れては絶対にいけませんよ。

圧縮着火方式の例外

火花点火方式より、圧縮着火方式のほうが圧縮比が高く、燃費が良いことは理解できました。

じゃあ、ガソリンで圧縮着火を行えばより燃費が良くて、ディーゼルよりも環境に優しいエンジンができるのでは、と皆さん考えると思います。

ですが次のような懸念があったそうです。

ガソリンエンジンで圧縮比を高くすると、ノッキングという異常燃焼が起き、馬力が出なくなるだけでなくエンジン本体を壊してしまう懸念があった。

画像引用元

ですが、マツダは「*火花点火制御圧縮着火（SPCCI）」という技術を開発しました。

SPCCIは火花着火を利用しながら圧縮着火を促す道筋で、それによって従来10前後だったガソリンの圧縮比を14まで引き上げディーゼルの圧縮比18に迫るハイブリットカーと同等の燃費をもつガソリンエンジン（SKYACTIV-G）を実現しました。

燃費が良くなった理由

火花点火制御圧縮着火（SPCCI）は先ほど、圧縮比を高くしすぎるとエンジンを壊してしまうという懸念があったのですが、それを解消するために、圧縮した空気と燃料が自己発火するのを待つのではなく、スパークの火花で点火する仕組みです。

圧縮比が上がることによって空気の比も高くすることができ、空気は熱の吸収にも一役買っているので通常よりエンジンの燃焼温度が下がり、冷却水の力を借りずとも冷却できるようになったため燃費もおおきく大きく向上しました。

また、ガソリンエンジンは弁によってエンジン内に取り込む燃料と空気の量を調節していたのですが、ディーゼルエンジンは空気の弁は開いたままで、噴射する燃料の量を調整しているだけなので弁の調整による余計な圧力がかからず、ピストンを開ける際に余計な力を奪われないために燃費が向上しました。

最後に

今回はかなりしんどい内容になりました。

難しかったのですがなんとなくふんわりと理解はできた気がします。

少しずつ無知な私でも知識を増やしていけたらと思います！！