점화플러그

점화플러그(Spark plug)는 점화 시스템에서 엔진 연소실에 보낸 전류로 전기 스파크를 일으켜 압축된 공기-연료 혼합물을 점화하는 장치이다. 점화플러그는 스파크 플러그라고도 한다.

개요

점화플러그는 이그니션 코일에서 발생되는 고전압의 전류에 따른 불꽃 방전을 이용하여 압축된 공기와 연료의 혼합물을 점화하는 장치이다.

1860년에 프랑스의 엔지니어 에티엔 르누아르(Étienne Lenoir)가 처음으로 본인이 발명한 가스엔진에 적용하면서 세상에 나타났고 그 때의 가스엔진 역시 세계 처음으로 되는 피스톤 방식의 내연기관이었다. 처음으로 상용화된 고전압 점화플러그의 특허는 로버트 보쉬(Robert Bosch)의 엔지니어 고틀롭 호놀드(Gottlob Honold)가 1902년에 개발한 마그네토 기반의 점화시스템이었다.

점화플러그는 수많은 종류의 엔진에 공용으로 사용되고 있으며 국제 규격으로 표준화되어 있다. 치수, 구조, 성능 특성(특히 열가(熱價, heat range))에 따라 여러 종류가 있으며 알파벳과 숫자를 조합한 번호로 구분한다. 일반적으로 설치 나사의 크기에 따라 14mm, 12mm, 10mm로 나뉘며 열가에 따라 냉형부터 열형까지 여러규격이 있다.

구조/작동원리

□ 구조

점화플러그는 나사산 형상의 금속 셸(shell)이 중심 전극과 세라믹 절연체로 절연되어 있으며 중심 전극이 점화코일 또는 마그네토의 출력단자와 연결된다. 금속 셸은 나사산으로 엔진 실린더헤드와 연결되며 전기적으로 접지된다. 돌출된 중심 전극은 자기 절연체를 뚫고 연소실에 진입하며 금속 셸의 끝단부 하나 또는 여러 돌기로 된 구조물과 불꽃 갭을 형성한다.

점화플러그는 점화코일과 연결되는 터미널, 기계적인 지지 역할과 중심전극과 금속 셸 사이의 절연 역할을 하는 인슐레이터(Insulator), 인슐레이터에 장착된 주름 형상의 코루게이션(corrugation), 돌출되어 연소실에 진입하는 인슐레이터 팁(Insulator tip), 연소실을 밀봉하는 가스켓(gasket, seal), 금속 셸, 중심 전극, 접지전극(Side (ground, earth) electrode) 등으로 구성된다.

□ 작동원리

점화플러그의 역할은 필요한 시점에 연소실내에 압축된 공기과 연료 혼합물에 스파크를 생성하는데 있다.

플러그는 점화코일이나 마그네토에서 발생하는 고전압과 연결되며 점화코일에 전류가 흐를 때 중심전극과 접지전극 사이에는 전압이 형성된다. 초기에 갭에 있는 연료와 공기의 절연 역할로 전류가 흐르지 않으며 전압이 올라감에 따라 전극 사이의 가스 구조에 변화가 발생하기 시작한다. 전압이 유전강도(dielectric strength)를 초과할 때 가스는 이온화 상태로 변화되어 도체로 되며 전류가 전극 사이를 흐른다. 점화플러그는 통상적으로 12,000v-25,000v 또는 그 이상의 적절한 전압에서 작동하며 최고로 45,000v까지 수용한다.

전극 사이를 흐르는 전류가 급증하면서 스파크 채널의 온도는 절대온도 60,000 K 까지 올라가며 강렬한 온도는 이온화된 가스를 급속히 팽창시켜 번개와 유사한 소형 폭발을 발생하며 점화를 실현한다.

참고자료

• "Spark plug", Wikipedia
• 〈점화플러그의 열가〉, 《네이버 지식백과》
• 〈스파크 플러그〉, 《네이버 지식백과》

같이 보기

• 점화
• 점화케이블

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