점화 코일

3. 구조 및 형태

점화 코일의 코어 형태에 따라, 자력선이 코어 밖을 통과하는 '''개자형'''과 코어 안쪽만 통과하는 '''폐자형'''이 있다. 개자형 코어는 직선형으로, 코어의 한쪽 끝에서 나온 자력선은 코일 바깥쪽 공간을 아치형으로 통과하여 코어의 반대쪽 끝으로 돌아온다. 공간에 노출된 자력선은 다른 기기나 전장품에 악영향을 미치므로, 코일의 케이스는 자기를 차폐하는 성질이 높은 금속으로 자기적으로 밀폐해야 한다. 폐자형은 코어가 원형이나 사각형 등 환형이며, 자력선은 코어 내부를 루프한다. 케이스에 의한 자기 차폐를 할 필요가 없고, 자계 누설이 적어 효율이 좋기 때문에 소형 경량화가 가능하지만, 코어의 재질에 의존하는 자기 포화가 일어나기 쉬워진다. 과거에는 원통형의 개자형 점화 코일이 주류였지만, 자기 포화가 일어나기 어려운 재질의 코어를 제조하는 기술이 발전함에 따라, 소형 경량의 폐자형이 보급되었다.

4. 재료

과거에는 점화 코일이 바니시와 종이로 절연된 고전압 권선으로 만들어졌으며, 이것을 인발 강철 캔에 삽입하고 절연과 습기 보호를 위해 오일 또는 아스팔트로 채웠다. 이후, 점화 코일은 대신 권선 내에 형성된 모든 공극을 채우는 충전된 에폭시 수지로 주조되었다.

점화 코일은 일반적으로 고전압 및 저전압 연결을 위한 절연 단자가 있는 금속 캔 또는 플라스틱 케이스에 삽입된다.

5. 점화 방식의 발전

초창기 자동차는 배터리와 같은 전기 전원이 없었기 때문에 마그네토 점화 시스템을 사용했다. 점화 코일은 자동차에 배터리가 일반화되면서(시동 및 조명을 위해) 마그네토 점화를 대체했다. 마그네토 점화에 비해 점화 코일 시스템은 낮은 엔진 속도(RPM)에서 고전압 스파크를 제공하여 시동을 더 쉽게 걸 수 있게 해준다.

대부분의 구형 점화 코일 시스템은 모든 점화 플러그가 공유하는 단일 코일(배전기)을 사용했다. 사브 92와 바르트부르크 353은 각 실린더마다 별도의 코일을 사용했고, 1948년형 시트로엥 2CV는 웨이스트 스파크 시스템을 사용하여 양단 점화 코일과 배전기가 없었다는 점에서 몇 가지 예외가 있었다.

5. 1. 다이렉트 점화

5. 2. 웨이스트 스파크 시스템

6. 자동차 및 오토바이에서의 활용

자동차용으로는, 하나의 점화 코일에서 얻어진 전기를 배전기에 의해 각 기통에 분배하는 방식이 한때 일반적인 구성이었다. 1차 코일에 전압을 가하는 스위치는 접점 불꽃을 일으키는 기계 제어 방식에서 트랜지스터로 스위칭을 하는 이그나이터를 이용하여 접점의 소손을 일어나기 어렵게 한 세미 트랜지스터식, 더욱이 기계적인 접점 기구를 폐지한 풀 트랜지스터식으로 발전했다. 이윽고, 각 기통에 1개, 혹은 2기통을 동시에 1개의 점화 코일로 점화하는 디스트리뷰터리스 이그니션(DLI)이 등장했다. 이 방식에서는 디스트리뷰터를 생략함으로써 그 내부에서 일어나는 전기 접점의 소모나 전력 손실을 배제했다. 소형화된 점화 코일의 보급과 함께, 플러그 코드도 폐지하여 전력 손실을 더욱 줄인 다이렉트 이그니션을 채용하는 차종이 일반적이 되었다. 디스트리뷰터가 생략된 방식에서는 다이렉트 이그니션에서는 캠 각도 센서 등에 의해 전자적으로 크랭크 각도가 검출되어, 점화 시기가 제어되고 있다.

오토바이에서는 각 기통에 1개의 점화 코일로 점화하는 경우가 많지만, 직렬 4기통 엔진에서는 1개의 점화 코일로 2기통을 동시에 점화하는 2기통 동시 점화 방식도 널리 채용되고 있다. 2기통 동시 점화 방식에서는 4개의 실린더 중, 크랭크 위상이 같은 2개의 실린더의 플러그를 동시에 방전한다. wasted spark 시스템이라고도 불리며, 동시에 점화되는 2기통 중 어느 쪽이 배기 상사점에서도 방전을 일으켜, 엔진의 출력과는 관계없이 점화 플러그에 대한 부하를 늘릴 뿐이지만, 부품 수가 적고 신뢰성이 높은 기구이기 때문에 현재에도 이용되고 있다. 점화 시기의 제어는 기계 제어 방식에서 시작하여, 커패시터의 축전 작용에 의해 단속을 하는 커패시터 방전 점화(CDI)로 변천하고, 다이렉트 이그니션이 보급되게 되었다.

점화 코일은 1차 코일에 전력을 공급하는 장치의 차이에 따라, 마그네토 점화용^[6], 배터리 점화용^[7], CDI 점화용^[8] 등으로 구분되며, 각각 1차 코일의 권수나 저항값도 다르다.

참조

_[1] 서적 Automotive Handbook 4th Edition Robert Bosch GmBH 1996
_[2] 서적 Hillier's Fundamentals of Automotive Electronics Nelson Thornes 1996
_[3] 문서 「点火」はignitionの和訳である。
_[4] 웹사이트 点火装置の革新的技術 https://www.denso.co[...] デンソー株式会社 2015-11-20
_[5] 웹사이트 実践！整備事例 http://www.jaspa-oit[...] 一般社団法人 大分自動車整備振興会 2015-11-20
_[6] 문서 エンジンの回転速度により電圧が変化する。
_[7] 문서 定電圧が供給される。
_[8] 문서 キャパシタの放電により短時間に高い電圧が加えられる。