[상식/정보/기술] 가솔린 엔진을 깨우는 짜릿한 자극! 점화 플러그

가솔린 엔진을 깨우는 짜릿한 자극! 점화 플러그 (2017/11/03)

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• 엔진을 깨우는 1만 볼트의 힘
  • 가솔린
    • 열에 의한 착화성 낮음
    • 불꽃에 민감하게 반응
  • 자동차에 장착되는 배터리의 전압 : 12V
    • 즉 이 전압을 800배 이상 증폭시켜야 하는데, 이 과정을 승압이라 함.
      • 전기의 상호유도작용 원리 이용
        • 한 가지 철심을 공유한 두 개의 코일 중 한 쪽에만 전원을 연결
        • 평상시에는 해당 코일에만 전류가 흐름
        • 스위치를 이용하여 전류를 순간적으로 단속(끊어졌다 이어지게 함)하면 다른 코일에도 전류가 흐름
        • 스위치가 연결되지 않은 쪽 코일의 감은 횟수가 많을수록 승압의 폭이 커짐
          • 스위치로는, 자동차의 캠축 회전을 이용한 장치를 오랫동안 보편적으로 사용
    • 승압된 전기를 각 실린더로 나누는 단계가 '배전'
      • 단속뿐만 아니라 승압된 전류를 각 실린더의 점화 플러그로 배전하는 시스템 역시 캠축의 회전을 이용
    • 이로 인해 점화 플러그에서 방전으로 인한 불꽃이 발생
  • 1990년대 들어 승압과 배전 및 방전을 통한 점화의 메커니즘 달라짐
    • ECU 발달
    • 엔진 연료 분사 방식이 직분사식으로 바뀜
      • 피스톤의 상사점(최대 상승 위치) 무렵 연소실에 직접 분사하는 방식
  • 현재 대부분의 차량 - 직접 점화 방식 채택
    • 각 실린더의 점화 플러그와 가까운 위치에 이그나이터라는 전기 회로를 두는 방식
    • 크랭크축이나 실린더에 위치한 센서가 피스톤의 위치 정보를 ECU에 전달
    • ECU가 최적의 타이밍에 전압을 높여 배전
    • 효과적인 점화가 이루어지는 방식
    • 이전보다 배전 거리도 짧아져 에너지 손실도 줄어듬
• 작지만 복잡한 기능의 집합체
  • 점화 플러그 외형
    • 길이 - 설치 나사의 길이에 따라 달라짐
      • 10mm
      • 12mm
      • 14mm 등
    • 접지 전극
    • 중심 전극
    • 실린더 헤드의 홈과 결합할 수 있는 나사산
    • 금속제 하우징
      • 플러그의 외형 구성
      • 내부 중심 전극 보호
      • 마이너스 전류 공급
    • 절연체 인슐레이터
    • 터미널
      • 중심 전극에 플러스 전류 공급
  • 결합
    • 실린더 헤드의 홈을 통해 결합
    • 전극이 있는 쪽이 연소실 안으로 들어감
  • 공기 중 방전에 의한 스파크 현상
    • 모나거나 뾰족한 부분에서 보다 강하게 발생
      • 불꽃이 더 크게 발생
      • 지나치게 예리한 경우
        • 충격과 고온에 의해 손상될 우려
      • 가능한 한 전극을 예리하게 만들면서도 내구성을 강화하는 것
        • 점화 플러그 제작의 테크놀로지 기준
  • 같은 양의 혼합기 유입되었을 때, 최대 토크의 양과 출력은 점화 플러그의 영향력이 크게 작용
• 점화 플러그의 소재, 성격과 내구성을 말하다
  • 플러그의 전극
    • 연소실 안에 들어가 있음
    • 연소된 연료의 찌꺼기 등으로 더러워지기 쉬움
      • 스파크가 발생하면서 이들을 태워버릴 수 있긴 함
    • 점화 플러그의 교체 시기 : 8만km
  • 초창기 점화 플러그의 소재
    • 니켈 합금이 주로 사용됨
      • 비용은 합리적
      • 강도에 한계
        • 전극을 가늘게 만들기 어려움
    • 백금이 대안으로 등장
      • 열에 대한 높은 내구성
  • 최근 점화 플러그의 전극 소재
    • 이리듐
      • 백금보다 높은 강도
      • 높은 내열성
        • 1기압하에서 녹는점 : 2246'C
      • 맨틀, 핵에 다량 분포
      • 외계에는 더욱 풍부 -> 외계 원소로도 불림
      • 잘 부서지는 성질
        • 2000년대 후반 들어 가공 기술이 발전
        • 자동차의 점화 플러그로 주목받기 시작
      • 10만km까지는 별도 정비 없이 주행 가능할 정도로 높은 내구성
      • 온로드 모터스포츠를 통해 발전
        • 클로즈드 서킷을 고속 주행 하는 상황
          • 1만 rpm에 육박하는 높은 엔진 회전수를 기반으로 고출력을 발휘하는 모터스포츠 차량
          • 점화 플러그의 성능과 내구성
            • 레이스의 승패를 가르는 요소
  • 완성차 제조사
    • 고성능 기종 제작할 때 점화 플러그의 성능 중시
    • 같은 형식의 엔진에서 동력 사양에 차이를 둘 때
      • ECU 설정을 달리하는 방법
      • 점화 플러그의 차이를 활용하는 방법