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点火コイルの機能と原理

自動車の点火コイルは、自動車の点火システムにおける重要な部品です。
自動車の点火コイルは、主に車両バッテリーから供給される低電圧（通常12ボルト）を高電圧（通常数万ボルト）に変換し、エンジンシリンダー内の燃料混合気に点火するための火花を発生させる役割を担っています。点火コイルは電磁誘導の原理に基づいて動作し、低電圧の電気を高電圧の電気に変換することで、エンジンの正常な動作とスムーズな燃焼を確保します。自動車の点火コイルは、主に点火コイルとスイッチ装置で構成されています。
点火コイルが車両の低電圧電力を高電圧に変換できる理由は、一般的な変圧器と同じ形状をしており、一次コイルと二次コイルの巻数比が大きいためです。しかし、点火コイルの動作モードは一般的な変圧器とは異なります。一般的な変圧器は連続的に動作しますが、点火コイルは断続的に動作します。エンジンの回転速度に応じて、異なる周波数でエネルギーを繰り返し蓄積・放出します。
一次コイルが電源に接続されると、電流の増加に伴ってその周囲に強い磁場が発生し、鉄心に磁場エネルギーが蓄積されます。スイッチ装置が一次コイル回路を遮断すると、一次コイルの磁場は急速に減衰し、二次コイルに非常に高い電圧が誘起されます。一次コイルの磁場が消失する速度が速いほど、電流遮断時の電流が大きく、2つのコイルの巻数比が大きいほど、二次コイルに誘起される電圧は高くなります。
点火コイルは、磁気回路の構造によって、開放型磁気タイプと密閉型磁気タイプの2種類に分類される。
開放型磁気回路点火コイル
オープンサーキット点火コイルは一般的に缶状の構造をしています。これは、複数のケイ素鋼板を積み重ねて棒状のコアを形成し、そのコアの外側に二次コイルと一次コイルがそれぞれ巻かれています。二次コイルは、0.05～1mmのエナメル線を使用し、20,000～30,000ターン巻かれています。一次コイルは、0.5～1mmの線径で、二次コイルよりも太く、150～300ターン巻かれています。一次コイルは二次コイルの外側に巻かれているため、二次コイルによって発生する磁束の変化は、一次コイルによって発生する磁束の変化とまったく同じです。一次コイルと二次コイルの巻線方向は同じです。二次コイルの始端は高電圧出力コネクタに接続され、その終端は一次コイルの始端とハウジングの「+」端子に接続されます。一次コイルの端部は、ハウジングの「I」端子と、点火器内部のパワートランジスタのコレクタに接続されている。点火器は、一次コイルに流れる電流のオン／オフを制御する。
閉磁気回路点火コイル
閉回路点火コイルのコアは密閉されており、すべての磁束はコア内部を通過します。コアの透磁率は空気の約1万倍です。そのため、開回路点火コイルが閉回路点火コイルと同じ磁束を得るには、一次コイルの起電力（アンペアターン）が比較的大きくなければなりません。したがって、一次コイルは巻数が多く、線径も太くする必要があります。一次コイルの巻数が多いため、同じ巻数比を実現するには、二次コイルの巻数も増やす必要があります。そのため、開回路点火コイルの小型化は不可能です。一方、閉回路点火コイルは磁気抵抗が低いため、コイルの起電力を効果的に低減し、点火コイルを小型化できます。現在、閉回路点火コイルはかなり小型化されており、点火装置と一体化したり、スパークプラグと一体化したりすることも可能です。シリンダー内の可燃性圧縮ガスに点火プラグを介して点火します。従来の点火コイルは開放型磁気コイルです。そのコアは厚さ約0.3ミリメートルのケイ素鋼板を積層して作られ、そのコアの周りに二次コイルと一次コイルが巻かれています。閉型磁気コイルは、Ⅲ型のような形状の鉄心を使用して一次コイルを巻き、その外側に二次コイルを巻きます。磁力線は鉄心によって閉磁気回路を形成します。閉型磁気点火コイルの利点は、磁気漏れが少なく、エネルギー損失が小さく、サイズが小さいことです。そのため、閉型磁気点火コイルは電子点火システムに広く使用されています。

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