意外と知らない？車の放電電圧の仕組み
車を知りたい
先生、放電電圧ってなんですか？自動車の点火プラグに使われている用語らしいんですけど、よくわかりません。
自動車研究家
なるほど。放電電圧は、点火プラグの電極間で火花を発生させるのに必要な電圧のことだよ。つまり、ガソリンに火をつけるための電気の強さだね。もう少し詳しく説明すると、点火プラグの電極に電圧をかけると、電極間の混合気の一部がイオン化して電気が流れやすくなるんだ。そして、電圧がさらに高まると、ついに火花が飛ぶ。この火花が発生する時の電圧を放電電圧というんだよ。
車を知りたい
電気が流れるようになる？イオン化？ちょっと難しい言葉が出てきました…
自動車研究家
そうだね。簡単に言うと、普段は電気を通さない空気中に、電圧をかけることで無理やり電気を通す道を作っているんだ。この時、空気中の気体がイオン化して、電気を帯びるようになる。イメージとしては、雷が近いとピリピリ静電気が起きるようなものかな。放電電圧は、この電気の通り道を作るために必要な電圧のことなんだよ。
放電電圧とは。
自動車用語の「放電電圧」とは、点火プラグの電極間で火花を飛ばすために必要な電圧のことです。この電圧は時間とともに変化し、波形を描きます。具体的には、電極に高電圧が加わると、電極間の混合気の一部がイオン化して電気が流れやすい状態になります。これをきっかけに電流が流れ始めますが、この時に発生する電圧がブレークダウン電圧であり、最も高い電圧となります。一般的に「放電電圧」は、この最大電圧を指します。ただし、誘導放電式の場合は、最大電圧の直後に、それよりも低い電圧が約2ミリ秒間持続します。
放電電圧とは？
車を走らせるために欠かせないバッテリー。しかし、「放電電圧」という言葉を知っている方は、意外と少ないのではないでしょうか？放電電圧とは、バッテリーから電気が流れ出す時の電圧のことを指します。分かりやすく例えると、水圧のようなものと考えるとイメージしやすいかもしれません。この放電電圧は、バッテリーの性能や寿命を判断する上で重要な指標となります。
放電電圧の役割：エンジンの心臓部を動かす
車はガソリンを燃焼させて走ると考える方が多いかもしれませんが、実はガソリンに火花を飛ばして燃焼させるために電気が必要です。そして、この電気の火花を生み出すために重要な役割を果たしているのが「放電電圧」です。
放電電圧とは、スパークプラグで火花を発生させるために必要な電圧のこと。車のバッテリーは直流12ボルトですが、これでは火花を飛ばすのに十分な電圧ではありません。そこで、イグニッションコイルという部品がバッテリーの電圧を数万ボルトにまで昇圧し、強力な電気エネルギーを発生させます。
この高電圧がスパークプラグに送られ、電極間で火花放電が起こることで、ガソリンと空気の混合気に点火します。まさにエンジンの心臓部を動かすための、無くてはならない電気の力と言えるでしょう。
ブレークダウン電圧：火花発生の瞬間
エンジンをかける時、スパークプラグから青い火花が散っているのをイメージできるでしょうか？ 目に見えないだけで、実は常に電気が流れているんです。では、どのようにして火花が発生するのでしょうか？
鍵となるのが「ブレークダウン電圧」です。ブレークダウン電圧とは、空気などの絶縁体を電気的に破壊し、電流を流してしまうのに必要な電圧のこと。スパークプラグの電極間には、通常は電流が流れないよう、高い絶縁性を持つ気体が満たされています。
しかし、エンジン始動時には、イグニッションコイルによって数万ボルトという高電圧がスパークプラグにかかります。この高電圧がブレークダウン電圧を超えると、一瞬で絶縁状態が崩れ、電極間に火花が飛ぶのです。
この火花が、混合気に点火し、エンジンが始動するエネルギーとなるのです。ブレークダウン電圧は、気体の種類や圧力、電極間の距離などの条件によって変化します。エンジンの状態に合わせて、適切な火花を飛ばすために、これらの要素を緻密に制御しているんです。
放電電圧と時間：波形で見る変化
バッテリー上がりを起こした時など、ロードサービスに依頼して車のバッテリーを繋いでもらうことがありますよね。その際、ブースターケーブルを使って他の車から電気を分けてもらうわけですが、この時やり取りされる電気は一定の電圧ではありません。一体どのような電圧変化をしているのでしょうか？
実は、放電が始まった直後は電圧は高く、時間が経つにつれて徐々に電圧が降下していくという特徴があります。これをグラフにすると、まるでノコギリの歯のようなギザギザの波形を描きます。
では、なぜこのような電圧変化が起こるのでしょうか？
これは、バッテリー内部の抵抗や化学反応の速度が関係しています。
放電が始まった直後は、バッテリー内部の抵抗が比較的大きいため、電圧が高くなります。しかし、時間が経つにつれてバッテリー内部の抵抗が小さくなり、また、化学反応の速度も遅くなるため、電圧が徐々に降下していくのです。
この電圧変化は、バッテリーの状態や気温、放電電流の大きさなどによっても変化します。特に、バッテリーの劣化が進むと内部抵抗が大きくなるため、放電初期の電圧が高くなる傾向があります。
誘導放電式における放電電圧の特徴
誘導放電式は、プラグ内部に内蔵されたイグニッションコイルが、高電圧を発生させることで放電させる方式です。この方式の特徴は、電極の隙間が小さくても、高い電圧を発生させることができる点にあります。従来の方式と比べて、少ない電力で大きなエネルギーを発生させることができるため、燃費向上にも貢献しています。また、高電圧により、混合気の着火性能が向上し、安定した燃焼を促します。その結果、エンジンの出力向上や排気ガスのクリーン化にも繋がります。