점화 플러그
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1. 개요
점화 플러그는 내연 기관의 실린더 내에서 전기 스파크를 발생시켜 연료-공기 혼합물을 점화하는 장치이다. 1860년 에티엔 르누아르가 최초로 사용했으며, 로베르트 보쉬의 기술자인 고틀로브 호놀드가 1902년 상업적으로 사용화했다. 점화 플러그는 쉘, 절연체, 중앙 전극 등으로 구성되며, 작동 온도, 구조, 열 범위 등에 따라 다양한 종류가 있다. 점화 플러그의 상태는 엔진의 작동 상태를 진단하는 데 사용되며, 전극 간극, 열 범위 등을 조절하여 엔진의 성능을 최적화할 수 있다.
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| 점화 플러그 | |
|---|---|
 | |
| 역할 | 내연 기관에서 연료를 점화시키는 장치 |
| 작동 원리 | 고전압 방전을 통해 스파크 생성 |
| 사용 분야 | 휘발유 엔진, 가스 엔진 |
| 구조 | |
| 절연체 | 주로 세라믹 재질 |
| 전극 | 중앙 전극과 접지 전극으로 구성 |
| 나사산 | 엔진 헤드에 장착하기 위한 나사 부분 |
| 작동 원리 상세 | |
| 점화 코일 | 고전압을 생성하는 장치 |
| 방전 간극 | 전극 사이의 틈 |
| 스파크 생성 | 방전 간극에서 고전압으로 인한 스파크 발생 |
| 점화 플러그 종류 | |
| 열가 | 점화 플러그가 엔진 내부 열을 흡수하고 방출하는 능력 |
| 전극 재질 | 구리, 백금, 이리듐 등 |
| 나사산 크기 | 엔진에 따라 다양한 크기 존재 |
| 점화 플러그 관리 | |
| 정기 점검 | 전극 간극 및 손상 여부 확인 |
| 교체 주기 | 엔진 및 플러그 종류에 따라 다름 |
| 청소 | 오염 물질 제거 |
| 역사 | |
| 초기 개발 | 19세기 후반 |
| 주요 개발자 | 칼 벤츠, 로버트 보쉬 등 |
| 기타 | |
| 관련 용어 | 점화 코일, 배전기, 점화 시기 |
| 참고 자료 | 연소, 내연기관 |
| ion current signal | 이온 전류 신호를 이용한 연소 및 노킹 식별 기술에 대한 연구가 진행되고 있음. |
2. 역사
점화 플러그의 역사는 1860년 에티엔 르누아르가 최초의 내연 기관에 사용하면서 시작되었으며, 이후 여러 발명가와 기술자들의 노력으로 발전해왔다. 특히, 고틀로브 호놀드의 고전압 점화 플러그 발명은 점화 기관 개발에 큰 영향을 미쳤다.
일본에서는 1910년대 후반 일본 자동차 산업의 흥기와 더불어 점화 플러그 국산화가 진행되었다. 일본碍子(NGK), 일본특수도업, '''일본전장''' 등이 설립되어 기술 개발에 힘썼다. 또한, 대일본제국 육군은 항공용 엔진 개발과 함께 항공용 점화 플러그 국산화를 추진하여 '''텔코식 발화 전극'''(TELCO) 개발에 성공했다. 중일전쟁과 태평양 전쟁을 거치면서 텔코식 발화 전극은 일본 군용기에 널리 사용되었으나, 전쟁 물자 부족으로 어려움을 겪기도 했다.
21세기에 들어 전기 자동차의 보급이 가속화되면서 점화 플러그 제조업체들은 사업 재편을 강요받고 있다. 2023년, 덴소는 점화 플러그 부문을 경쟁사인 일본특수도업에 매각하기 위한 검토에 들어갔다.[42]
2. 1. 초기 역사
1860년에 에티엔 르누아르는 최초의 내연 피스톤 기관인 가스 기관에서 전기 점화 플러그를 사용했으며, 일반적으로 점화 플러그의 발명으로 간주된다.[3]점화 플러그의 초기 특허에는 니콜라 테슬라(1898년, 점화 타이밍 시스템 관련), 프레데리크 심스(1898년), 로베르트 부슈(1898년)가 포함되어 있다. 그러나 1902년 로베르트 부슈의 기술자 고틀로브 호놀드가 마그네토 기반 점화 장치의 일부로 상용화한 최초의 고전압 점화 플러그의 발명만이 점화 기관의 개발을 가능하게 했다.
이후 제조 기술 향상에는 알베르 샹피옹,[5] 올리버 로지 경의 아들인 알렉산더 로지 형제들(아버지의 아이디어를 개발하고 제조)[6], 기네스 가문의 양조업 가문 출신 케넬름 리 기네스(KLG 브랜드 개발)가 기여했다. 헬렌 블레어 바틀렛은 1930년에 절연체 제작에 중요한 역할을 했다.[7]
| 연도 | 내용 |
|---|---|
| 1777년 | 알레산드로 볼타가 스파크를 이용한 연료 점화를 제안 |
| 1807년 | 프랑수아 이삭 드 리바가 내연기관용으로 제안 |
| 1876년 | 장-조제프 에티엔느 루누아르가 발명 |
| 1885년 | 루누아르가 프랑스에서 특허 취득 |
| 1898년 | 니콜라 테슬라가 미국에서 특허 취득, 프레데리크 심스가 영국에서 특허 취득 |
| 1902년 | 고틀로브 호놀드가 독일에서 상용화에 기여 (칼 벤츠도 독일에서 특허 취득) |
플러그는 점화 코일 또는 마그네토가 생성한 고전압에 연결된다. 코일로부터 전류가 흐르면 중심 전극과 측면 전극 사이에 전압이 발생한다. 처음에는 갭의 연료와 공기가 절연체이기 때문에 전류가 흐르지 못하지만 전압이 올라갈수록 전극 사이의 가스 구조가 달라지기 시작한다. 일단 전압이 가스의 유전 강도를 초과하면 가스가 이온화된다. 이온화된 가스는 도체가 되어 갭을 가로질러 전류가 흐르게 한다. 점화 플러그는 일반적으로 제대로 "발화"되려면 12000V~25000V 이상의 전압이 필요하지만, 최대 45000V까지 올라갈 수 있다.[1] 방전 과정 동안 더 높은 전류를 공급하여 더 뜨겁고 오래 지속되는 스파크를 발생시킨다.
점화 플러그는 쉘(외장), 절연체, 중앙 전극으로 구성된다. 점화 코일 또는 마그네토가 생성한 고전압에 연결되어, 중심 전극과 측면 전극 사이에 전압을 발생시켜 불꽃을 일으킨다. 연소실 벽을 통과하므로, 장기간 사용에도 고온 및 고압의 연소실을 밀봉해야 하며, 성능 저하 없이 작동해야 한다.[8]
일본에서는 1910년대 후반 일본 자동차 산업의 흥기에 따라, 1919년 일본碍子(NGK)가 설립되어 1930년 '''NG 점화 플러그'''로 자동차용 판매를 시작했다. 1936년 일본碍子에서 점화 플러그 부문이 독립하여 일본특수도업이 되었다.[34] 1949년 설립된 '''일본전장'''(덴소)[35][36]는 1955년 로버트 보쉬와의 기술 제휴를 통해 점화 플러그 사업 진출을 위한 기술 개발을 모색, 1959년 토요타자동차의 순정 부품으로 공식 진출했다.[36]
대일본제국 육군은 1917년 메르세데스-다임러 E6F 엔진의 모방을 시작으로 일본 최초의 항공용 엔진인 시로 0호 개발을 통해 항공용 엔진 산업 육성도 시작했다. 일본제강소의 기술자들은 항공용 점화 플러그의 국산화 필요성을 절감하여 1925년부터 기술 개발을 시작, 1930년대 초 '''텔코식 발화 전극'''(TELCO)[37]로 국산화에 성공[38]했고, 일본 육군은 즉시 육군기에 채용했다. 중일전쟁 발발 당시, 대일본제국 해군 군용기 대부분은 외국산 점화 플러그에 의존했지만, 태평양 전쟁 발발까지 텔코식 발화 전극 채용을 완료했다. 태평양 전쟁 중 텔코식 발화 전극의 8할은 다치카와 작업소가 제조했고, 나머지 2할은 아이치화학공업, 요코가와전기, 동아항공전기(현: 요코가와 동아공업[39]), 히타치제작소, 일본특수도업이 수탁 제조하였다. 텔코식 발화 전극은 1930년대에는 외국산을 능가하는 품질과 신뢰성을 자랑했지만, 태평양 전쟁 발발 후 전시 설계를 할 수밖에 없었고, 신뢰성과 품질 저하 억제에 엄청난 노력을 기울였다는 기록이 남아 있다. 1945년 일본의 패전에 따라, 연합군 최고 사령관 총사령부(GHQ)에 의해 일본 항공 군수 산업과 그 협력업체의 대부분이 해산되었지만,[40] 자동차 산업에 속해 있던 히타치제작소와 일본특수도업 등은 완전 해체를 면했고,[40] 이 계통에서 전후 항공용 점화 플러그 산업이 재건되었다.[41]
3. 작동 원리
전자의 전류가 갭을 가로질러 급증하면 스파크 채널의 온도가 60,000,000까지 상승한다. 스파크 채널의 강한 열로 인해 이온화된 기체가 마치 작은 폭발처럼 매우 빠르게 팽창한다. 이것이 스파크를 관찰할 때 들리는 "딸깍" 소리이며, 번개와 천둥과 유사하다.
열과 압력으로 인해 기체가 서로 반응하고, 스파크 현상이 끝날 때 기체가 스스로 연소하면서 스파크 갭에 작은 불덩어리가 생긴다. 이 불덩어리 또는 커널의 크기는 전극 사이의 혼합물의 정확한 구성과 스파크 발생 시 연소실 난류의 수준에 따라 달라진다. 작은 커널은 점화 시기가 지연된 것처럼 엔진을 작동하게 하고, 큰 커널은 시기가 앞당겨진 것처럼 작동하게 한다.
4. 구조
점화 플러그의 기본 구조는 다음과 같다.
점화 플러그는 예혼합 연소 방식 내연기관에서 연소실에 채워진 혼합기에 전기 방전이나 적열된 금속으로 점화하여 연소 사이클을 시작하는 장치이다. 점화 플러그가 고정되는 곳은 엔진에 마련된 '''플러그 홀'''(plug hole)이라 불리는 구멍으로, 실린더 외부에서 연소실까지 관통하고 있다. 점화 플러그는 플러그 홀에 마개처럼 고정되며, 한쪽 끝은 실린더 외부에서 전기를 받고, 다른 한쪽 끝은 실린더 내부에서 방전 또는 발열한다. 따라서 실린더 내부의 연소열이나 폭발 압력에 견디면서, 화염이나 압력이 연소실에서 새어나가지 않도록 유지하는 구조를 가지고 있다.
항공기와 일부 자동차 등을 제외하고, 레시프로 엔진(가솔린 엔진)에서는 기본적으로 하나의 실린더에 하나의 점화 플러그가 있으며, 적절한 간격을 둔 전극 사이에 고전압을 걸어서 방전을 일으켜 압축된 혼합기에 점화한다.
엔진의 설계에 따라 플러그 홀의 지름과 깊이는 일정하지 않으므로, 점화 플러그의 나사 부분에는 지름과 길이에 여러 종류가 있다. 길이에 대해서는 '''나사 리치'''라고 하며, 적절한 것을 선택하지 않으면 엔진의 고장이나 파손을 초래할 우려가 있다.[66][67]
표준적인 플러그에서 접지 전극은 단면이 직사각형이며, 하우징으로부터 뻗은 한 개의 접지 전극이 중심 전극의 정상면과 평행으로 배치되는 형태를 가지는데, 이를 '''평행 전극 플러그'''라고도 한다.
하우징으로부터 돌출한 형태의 접지 전극을 가지지 않고, 극히 짧은 절연체 다리 부분의 표면을 따라 방전시키는 '''표면 방전 플러그'''라는 종류도 있으며, 절연 부분에 퇴적된 오손을 태우는 기능을 가진다.[73]
4. 1. 터미널 (단자)
점화 장치에 연결되는 점화 플러그 상단의 단자는 그 용도에 따라 다양한 구조를 가진다. 대부분의 승용차 점화 플러그 와이어는 플러그 단자에 끼워지지만, 일부는 너트 아래 플러그에 고정되는 아이릿(eyelet) 커넥터를 사용한다. 많은 자동차와 트럭에는 표준 고정형 비탈착식 너트 SAE 구성이 일반적이다. 이러한 플러그는 단자 끝이 얇은 나사산 축의 너트 역할을 하여 두 가지 유형의 연결을 모두 지원한다. 탈착식 너트 또는 롤링(knurl)을 가진 점화 플러그는 두 종류의 점화 플러그 부트에 연결할 수 있다. 오토바이와 ATV에는 나사산이 노출된 형태의 단자가 일반적이다. 최근에는 동일한 공간에 더 긴 세라믹 절연체를 사용할 수 있는 컵형 단자가 도입되었다.[9]
실린더 외부로 나오는 부분 끝에는 이그니션 코일 등에서 생성된 전압을 받는 터미널이 설치되어 있다.[43] 차량 측 터미널에는 나사식과 끼워 맞춤식 두 종류가 있으며, 점화 플러그에 따라서는 두 가지 형식 모두에 대응하도록 나사식 터미널에 끼워 맞춤식 터미널 대응 어댑터가 부착되어 필요에 따라 어댑터를 분리하여 사용하기도 한다.[44]
4. 2. 절연체
소결된 알루미나(Al2O3)[10][11]로 만들어지는 절연체는 매우 단단한 세라믹 재료로, 높은 절연강도를 가지며, 세라믹 유약 처리로 표면 스파크 트래킹에 대한 저항성을 향상시킨다. 절연체의 주요 기능은 중앙 전극에 대한 기계적 지지와 전기적 절연을 제공하고, 플래시오버 방지용 확장된 스파크 경로를 제공하는 것이다. 특히 깊게 움푹 들어간 플러그를 사용하는 엔진에서, 실린더 헤드 위로 터미널을 더욱 확장하여 접근성을 높이는 데 도움이 된다.
소결 알루미나는 우수한 열전도성을 가지므로, 절연체가 열로 인해 발광하여 혼합물을 조기에 점화하는 경향을 줄인다.
점화 플러그의 절연체는 고전압이 걸린 중심 도체에서 외부로 누전되는 것을 방지하기 위해 중심 도체를 덮는 흰색 자기제의 절연체이다.[43] 많은 점화 플러그에는 절연체에 '''리브'''라고 불리는 여러 개의 잘록한 부분이 설치되어 있어, 터미널에서 하우징까지의 절연체 표면 거리를 길게 함으로써 누전되기 어렵게 한다.
절연체 다리 부분은 하우징 내부에서 연소실을 향해 원추형으로 돌출하여 중심 전극의 밑부분을 덮는 부분의 절연체를 말한다.[45] 절연체 다리 부분에는 내열성과 강도가 높고 고온 하에서의 열전도성이 뛰어난 알루미나가 사용된다.[43][46] 절연체 다리 부분은 중심 전극의 온도를 적절히 유지하도록 하우징을 통해 열을 실린더 헤드에 전달하는 기능을 가진다.[45] 절연체 다리 부분이 짧으면, 화염에 노출되는 표면적이 작아 화염으로부터 열을 받기 어렵고, 중심 전극에서 열이 전달되는 거리가 짧아 중심 전극에서 방열하기 쉬워, 중심 전극이 쉽게 식는 「'''차가운형'''」 플러그가 된다.[45] 반대로 절연체 다리 부분이 길면, 중심 전극이 식기 어려운 「'''뜨거운형'''」 플러그가 된다.[45] 이러한 플러그의 특성을 '''열가'''라고 하며, 중심 전극의 열을 쉽게 방출할수록(즉, 차가운형일수록) 열가가 높다.[45]
과거 레시프로 엔진 항공기에 사용되었던 오래된 점화 플러그는 절연체 다리 부분에 압축 가공된 운모를 사용했다. 1930년대 유연 가솔린 개발과 함께 플러그의 자기 세척 작용에 있어 운모에 포함된 납 성분이 문제가 되었기 때문에, 이를 해결하기 위해 독일의 지멘스가 산화알루미늄제 절연체 다리 부분을 개발했다.[47]
4. 3. 절연체 팁
1930년대 이후의 현대적인 점화 플러그는 연소실로 돌출된 절연체 끝부분이 상부 부분과 같은 소결 알루미나 세라믹으로 되어 있으며, 유약 처리가 되어 있지 않다. 이는 650°C와 60 kV를 견딜 수 있도록 설계되었다.
과거 레시프로 엔진 항공기에 사용되었던 오래된 점화 플러그는 절연체 다리 부분에 압축 가공된 운모를 사용했다. 1930년대 유연 가솔린의 개발과 함께 플러그의 자기 세척 작용에 있어 운모에 포함된 납 성분이 문제가 되었기 때문에, 이를 해결하기 위해 독일의 지멘스가 산화알루미늄제 절연체 다리 부분을 개발했다.[47]
4. 4. 씰 (Seals)
점화 플러그는 엔진의 연소실을 밀봉하는 역할을 하기 때문에, 연소실에서 가스가 새는 것을 막기 위해 씰(seal)이 필요하다. 현대식 점화 플러그의 내부 씰은 압축된 유리/금속 분말로 만들어지지만, 구형 씰은 주로 다층 브레이징으로 만들어졌다. 외부 씰은 보통 크러시 와셔를 사용하지만, 일부 제조사에서는 더 저렴한 테이퍼 인터페이스와 단순 압축 방식을 사용하기도 한다.[8]
하우징과 절연체 사이의 틈을 밀봉하고, 연소실 내부 압력이 새어나가지 않도록 씰이 여러 곳에 설치되어 있다.
대부분의 점화 플러그는 실린더 헤드와 하우징 사이를 밀봉하기 위해 하우징 나사 부분 밑부분에 금속제 중공 원환 형태의 가스켓을 사용한다. 이 가스켓은 변형되어 플러그 홀 가장자리와 하우징 사이 틈에 밀착, 높은 기밀성을 유지한다. 점화 플러그 장착 시에는 기밀성을 유지하면서도 과도한 토크를 가하지 않도록, 플러그 나사 직경에 따라 권장 토크나 회전각이 정해져 있다. 가스켓이 있는 플러그는 재사용 시 권장 회전각이 더 작게 설정된다.[48][49]
가스켓 대신 나사 부분을 가늘게 만들어 기밀성을 유지하는 테이퍼 시트형도 있다.[48]
4. 5. 금속 케이스/쉘 (Metal case/shell)
점화 플러그의 금속 케이스/쉘(셸)은 플러그를 조일 때의 토크를 견디고, 절연체에서 열을 제거하여 실린더 헤드로 전달하며, 스파크 접지 역할을 한다. 점화 플러그 나사산은 열 사이클 피로를 방지하기 위해 냉간 압연된다. 자동차 및 소형 엔진용 점화 플러그는 약 0.10cm 에서 약 2.65cm 범위의 리치(나사산 길이)를 가질 수 있다.[13] 선박용 점화 플러그의 쉘은 이중 도금된 아연 크로메이트 코팅 금속이다.[14]
하우징은 금속제 원통형 구조이며, 끝 부분에 접지 전극이 용접되어 내부에 절연체와 중심 도체를 유지하고 있다.[43] 하우징은 접지 전극을 실린더 헤드에 접지시키는 기능, 실린더 헤드에 고정하기 위한 나사 부분과 분해 및 조립 시 공구의 토크를 받는 기능, 그리고 중심 전극의 온도를 적절히 유지하도록 절연체를 통해 받은 열을 실린더 헤드에 전달하는 기능을 가진다.[43][45]
4. 6. 중심 전극 (Central electrode)
중앙 전극은 내부 와이어와, 점화 시 발생하는 RF 잡음 방출을 줄이기 위한 세라믹 직렬 저항을 통해 단자에 연결된다. 플러그 형식 부품 번호에 "R"이 없는 비저항 점화 플러그는 라디오 및 기타 민감한 장비와의 전자기 간섭을 줄이기 위해 이 요소가 없다. 끝단은 구리, 니켈-철, 크롬 또는 귀금속의 조합으로 만들 수 있다.
1970년대 후반, 엔진 개발은 고체 니켈 합금 중앙 전극을 사용하는 기존 점화 플러그의 열 범위가 엔진의 요구 사항을 충족할 수 없는 단계에 도달했다. 고속 주행의 요구 사항을 충족할 만큼 충분히 차가운 플러그는 정지-출발 도시 조건으로 인한 탄소 침전물을 태울 수 없으며 이러한 조건에서 오염되어 엔진 미스파이어를 발생시켰다. 마찬가지로, 도시에서 원활하게 작동할 만큼 충분히 뜨거운 플러그는 고속도로에서 장시간 고속 주행을 해야 할 경우 녹을 수 있었다. 점화 플러그 제조업체가 고안한 이 문제에 대한 해결책은 고체 니켈 합금보다 연소 열을 끝단에서 더 효과적으로 제거할 수 있는 중앙 전극에 대한 다른 재료와 설계를 사용하는 것이었다. 구리가 이 작업에 선택된 재료였으며 Floform에 의해 구리 코어 중앙 전극을 제조하는 방법이 만들어졌다.
중앙 전극은 일반적으로 플러그에서 가장 뜨거운 부분이기 때문에 전자를 방출하도록 설계된 전극(즉, 엔진 블록에 대한 음극)이다.[15] 뜨거운 표면에서는 전자를 방출하기가 더 쉽기 때문인데, 이는 뜨거운 표면에서 증기 방출을 증가시키는 것과 동일한 물리 법칙이다(열전자 방출 참조).[16] 또한, 전기장 강도가 가장 큰 곳에서 전자가 방출되며, 이것은 표면의 곡률 반지름이 가장 작은 곳, 즉 평평한 표면이 아닌 날카로운 점이나 가장자리에서 발생한다(코로나 방전 참조).[16] 더 차갑고 뭉툭한 측면 전극을 음극으로 사용하면 최대 45% 더 높은 전압이 필요하므로,[16] 낭비 점화를 제외한 소수의 점화 시스템만이 이러한 방식으로 설계되었다.[17] 낭비 점화 시스템은 양쪽 방향으로 번갈아 전자를 발사하기 때문에(접지 전극에서 중앙 전극으로, 중앙 전극에서 접지 전극으로만이 아님) 점화 플러그에 더 큰 부담을 준다. 결과적으로, 이러한 시스템을 갖춘 차량은 단순히 중앙 전극뿐만 아니라 양쪽 전극에 귀금속을 사용해야 하는데, 이는 금속이 단순히 한 방향이 아닌 양쪽 방향으로 더 빨리 마모되기 때문에 서비스 교체 간격을 늘리기 위해서이다.[18]
뾰족한 전극에서 전자를 뽑는 것이 가장 쉽지만, 뾰족한 전극은 불과 몇 초 만에 마모된다. 대신 전자는 전극 끝의 날카로운 가장자리에서 방출되며, 이러한 가장자리가 마모됨에 따라 스파크가 약해지고 신뢰성이 떨어진다.
과거에는 점화 플러그를 제거하고, 수동으로 또는 특수 사상 장비를 사용하여 끝단에서 침전물을 청소하고, 전극 끝을 갈아 날카로운 가장자리를 복원하는 것이 일반적이었지만, 이러한 관행은 다음과 같은 세 가지 이유로 덜 빈번해졌다.
이트륨, 이리듐, 텅스텐, 팔라듐 또는 루테늄과 같은 금속뿐만 아니라 비교적 높은 가치의 백금, 은 또는 금을 사용하는 귀금속 고온 전극의 개발을 통해 날카로운 가장자리를 가지고 있지만 녹거나 부식되지 않는 더 작은 중앙 와이어를 사용할 수 있게 되었다. 이러한 재료는 높은 융점과 내구성 때문에 사용되며, 전기 전도도(플러그 저항이나 와이어와 직렬로 관련이 없음) 때문이 아니다. 더 작은 전극은 스파크와 초기 화염 에너지에서 흡수하는 열도 적다.
폴로늄 점화 플러그는 1940년부터 1953년까지 파이어스톤에 의해 판매되었다. 플러그에서 나오는 방사선량은 미미했고 소비자에게 위협이 되지 않았지만, 폴로늄의 짧은 반감기와 도체에 대한 축적으로 인해 엔진 성능을 향상시키는 방사선이 차단되면서 이러한 플러그의 이점은 약 한 달 후에 빠르게 감소했다. 폴로늄 점화 플러그와 이보다 앞선 알프레드 매슈 허버드의 원형 라듐 플러그의 기본 원리는 방사선이 실린더 내 연료의 이온화를 개선하여 플러그가 더 빠르고 효율적으로 점화될 수 있다는 것이었다.[19][20]
중심 전극은 니크롬 등의 니켈 합금으로 만들어지며, 심부에 구리를 사용하여 열전도성을 향상시키거나, 끝 부분에 백금(Pt)이나 이리듐(Ir) 등의 희토류 금속이 사용되기도 한다.[43][46] 과거 중심 전극은 니켈크롬강으로 만들어졌지만, 1970년대 후반이 되면서 저온에서 고온까지의 폭넓은 온도 범위에서 기능하는 플러그가 요구되었고, 이에 따라 중심 전극의 심에 열전도성이 높은 구리를 봉입한 구리심 전극이 영국 Floform사에 의해 실용화되었다.[51]
일반적으로 중심 전극은 양극으로 설계된다. 전극이 가늘수록 불꽃이 튀기 쉽고, 점화 직후의 화염 핵이 커지기 쉽다는 점에서[52] 점화 장치의 성능이 충분하지 않은 오래된 오토바이에 적합하다고 여겨진다.[72] 그러나 전극은 연소실 내의 고온 환경 하에서 산화 침식되어 소모되기 때문에, 가늘어도 충분한 내구성을 유지하기 위해 니켈 합금보다 융점이 높은 백금, 더 나아가 융점이 더 높은 이리듐이 사용되게 되었다.[53] 중심 전극에 이리듐이나 백금을 사용한 제품 중에는 교체 시기의 기준이 10만 킬로미터로, 이전 제품보다 내구성이 크게 향상된 제품도 등장하게 되었다.[54]
점화 플러그 제조사에서는 점화 플러그 손질 방법으로 샌드 블라스트를 사용하는 기재인 플러그 클리너로 청소하거나, 또는 파츠 클리너와 같은 유기 용제를 뿌려 나일론 브러시 등으로 절연체에 부착된 오염을 제거하도록 권장하고 있으며, 금속제 브러시는 피하도록 주의를 환기하고 있다.[55] 또한, 백금제나 이리듐제의 가는 중심 전극에 사용된 플러그에서는 중심 전극을 손상시킬 우려가 있으므로 브러시를 대지 않도록 주의를 환기하고 있다.[55]
과거 파이어스톤(Firestone)이 폴로늄제의 중심 전극을 가진 플러그를 판매했던 적이 있으며,[56] 2019년 현재는 보쉬(Bosch)가 이트륨(Y)을 사용한 플러그를 제조하고 있다.[57]
대한민국의 연비 용품 제조사인 '''코리아 인더스트리얼 디자인 컴퍼니'''(KIDC)가 2002년에 "꽃 모양의 중심 전극을 가진 점화 플러그"를 출품했고,[58] 이후 "플라즈마 점화 플러그"로 제품화했지만,[59] 현재는 제조를 하고 있지 않다.[60] KIDC와 유사한 중심 전극을 가진 점화 플러그는 2011년에 코로나 방전을 이용한 신형 점화 장치의 점화 플러그에 사용된 적이 있지만,[61] 코로나 방전 점화 장치는 2019년 현재 특허 출원 중인 단계이며, 시판 차량에는 채용되지 않았다.[62]
4. 7. 측면 (접지) 전극 (Side (ground, earth) electrode)
접지 전극(측방 전극)은 니켈강으로 만들어지며, 하우징의 끝 부분에 용접되어 있다. 접지 전극은 고온이 되는 부분이다. 여러 개의 접지 전극을 설치하여 전극 소모를 분산시키거나 방전 특성을 개선한 제품도 있다.[63] 접지 전극이 많을수록 전극 오염에 대한 중복성이 확보되기 때문에 항공기 엔진 등에서 널리 채용된다. 반면, 접지 전극은 연소실 내에서 화염핵 확산을 방해하는 요소가 되기도 하므로, 친환경 자동차용으로는 접지 전극에 홈을 설치하여 불꽃 간격을 변화시킴으로써 전극 외단에서 불꽃 생성을 유도하는 제품[64], 모터 스포츠용으로는 매우 가는 접지 전극을 채용하거나 접지 전극 자체를 생략한 면 점화형 제품도 사용된다.[65] 주로 4륜차용으로 수명 연장을 목표로 하는 제품의 경우, 중심 전극뿐만 아니라 접지 전극 끝 부분에도 백금과 같은 고융점 금속 칩을 장착하기도 한다.
5. 점화 간극 (Spark plug gap)
점화 플러그는 점화 코일이나 마그네토에서 생성된 고전압을 받아, 중심 전극과 접지 전극 사이의 간극(gap)에서 불꽃을 발생시켜 엔진 내 혼합기에 점화하는 역할을 한다. 이 간극은 플러그 갭이라고 불리며, 엔진 작동에 매우 중요한 영향을 미친다.
플러그 갭은 일반적으로 0.6mm에서 1.8mm 사이이며, 엔진 종류에 따라 요구되는 간극이 다르다. 자동차 정비 시에는 점화 플러그 간극 게이지를 사용하여 간극을 측정하고, 필요에 따라 접지 전극을 구부려 조정한다. 간극 게이지는 경사진 가장자리를 가진 원반 또는 정확한 직경의 원형 와이어 형태이다. 평평한 날을 가진 시험 게이지는 점화 플러그 전극의 모양 때문에 정확한 측정이 어렵다.[22]
간극 조정은 엔진 작동에 매우 중요하다. 간극이 너무 좁으면 작고 약한 불꽃이 발생하여 혼합기 점화가 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 반면, 간극이 너무 넓으면 불꽃이 아예 발생하지 않거나 고속에서 실화(misfire)를 일으킬 수 있다. 적절한 간극은 깨끗한 연소를 위한 강력한 불꽃을 보장한다. 간헐적인 점화 실패는 엔진 출력 및 연비 감소로 나타날 수 있다.
압축 천연가스를 사용하는 차량은 가솔린 차량보다 더 좁은 간극이 필요하다.[23] 이리듐 및 백금 점화 플러그는 전극 손상 위험 때문에 간극 조정을 권장하지 않는다.[24]
차량 튜닝 시에는 압축비를 높이거나 과급기의 과급 압력을 높이는 경우 전극 간극을 좁게 설정하는 것이 일반적이다. 반대로, 점화 장치의 성능이 높을수록 더 넓은 간극에서도 불꽃을 발생시킬 수 있다. 모터스포츠에서는 연소 효율 향상을 위해 점화 장치 성능 향상과 함께 전극 간극을 넓히는 튜닝(갭핑(Gapping))을 하기도 한다. 그러나 전극 간극을 너무 넓히면 미스파이어가 발생할 수 있다.[80]
모터스포츠에서는 플러그의 방향을 특정 방향으로 향하게 하기 위해 와셔를 추가하여 체결 각도를 조정하는 인덱싱(indexing)이라는 조정이 이루어지기도 한다. 하지만 인덱싱으로 인한 엔진 출력 향상은 크지 않다고 알려져 있다.[80]
6. 설계 변형
수년에 걸쳐 기본적인 점화 플러그 설계를 변형하여 더 나은 점화, 더 긴 수명 또는 두 가지 모두를 달성하려는 시도가 있었다. 이러한 변형에는 중앙 전극을 둘러싼 두 개, 세 개 또는 네 개의 고르게 간격을 둔 접지 전극을 사용하는 것이 포함된다. 다른 변형으로는 점화 플러그 나사산으로 둘러싸인 오목한 중앙 전극을 사용하는 것이 있는데, 이는 효과적으로 접지 전극이 된다. 또한 접지 전극 끝에 V자형 노치를 사용하는 방법도 있다. 여러 개의 접지 전극은 일반적으로 수명이 더 긴데, 전기 방전 마모로 인해 스파크 간격이 넓어지면 스파크가 다른 더 가까운 접지 전극으로 이동하기 때문이다. 여러 개의 접지 전극의 단점은 엔진 연소실에서 차폐 효과가 발생하여 연료-공기 혼합물이 연소될 때 화염 전면을 억제할 수 있다는 것이다. 이로 인해 연소 효율이 떨어지고 연료 소비량이 증가할 수 있다. 또한 다른 균일한 간격 크기로 조정하기 어렵거나 거의 불가능하다.[27]
표준적인 플러그에서 접지 전극은 단면이 직사각형이며, 하우징으로부터 뻗은 한 개의 접지 전극이 중심 전극의 정상면과 평행으로 배치되는 형태를 가지고 있으며, '''평행 전극 플러그'''라고도 불린다. 이에 더하여, 중심 전극뿐만 아니라 접지 전극의 선단에 가는 백금 팁을 붙이거나, 전극에 V자형의 홈을 붙여 전극 외연 가까운 부분에서 방전이 일어나도록 하여 점화성을 개선한 제품이 있다.[73] 평행 전극 플러그보다 짧은 복수의 접지 전극을 설치하여 중심 전극의 측면과의 사이에서 방전시켜, 내구성을 향상시켜 접지 전극의 과열을 억제하는 제품도 있다.[73]
하우징으로부터 돌출한 형태의 접지 전극을 가지지 않고, 극히 짧은 절연체 다리 부분의 표면을 따라 방전시키는 '''표면 방전 점화 플러그'''라고 불리는 종류가 있으며, 절연 부분에 퇴적된 오손을 태우는 기능을 가진다.[73] 진동이 심한 선외기나, F1 등의 레이스용으로 이용되고 있지만[74], 연소실 벽면으로부터의 열전도의 영향만을 받고, 연소에 따른 화염으로부터의 과열의 영향도 거의 받지 않기 때문에[72], 열가가 극단적으로 높은 특징을 가진다.[73] 표면 방전 플러그는 점화 장치의 방전 특성도 극히 높은 출력이 요구되기 때문에, CDI 등 강력한 점화 장치를 가진 차량에 장착하는 것이 바람직하다고 여겨진다.[72]
이 외에도, 절연체 끝 부분을 길게 하여 부분적으로 표면 방전시키면서 열가를 낮춘 세미 표면 방전 타입, 절연체 다리 부분의 오손 시에만 표면 방전하여 퇴적물을 태우도록 통상의 접지 전극과 표면 방전용의 접지 전극을 조합한 하이브리드 타입, 오손 시에 가스 포켓의 저부에 설치된 보조 불꽃 갭에서 방전하는 타입, 중심 전극을 둘러싸는 것처럼 복수의 접지 전극을 설치함으로써 오손 시에 중심 전극 주변의 에어 갭에서 방전 가능한 간헐 방전 타입도 제품화되고 있다.[50] 이것들은 주로 점화 장치의 성능이 충분하지 않은 오래된 오토바이에서 특히 큰 효과가 기대된다고 여겨지는 반면, CDI 등 충분히 강력한 점화 장치를 갖춘 차량에서는 별로 효과가 기대되지 않는다고도 여겨진다.[72]
고회전형 이륜차용이나 레이스용에는 접지 전극을 짧게 하여 내진성을 향상시켜 전극의 온도 상승을 억제한 사방 전극 플러그가 사용되는 경우가 있다.[73] 또한, 뱅켈형 로터리 엔진에서는 폭발 회수가 많고, 플러그가 연소 가스에 노출되는 시간이 길기 때문에, 특수한 형태의 접지 전극을 가진 전용품이 사용된다.[73]
7. 실린더 헤드 밀봉
대부분의 점화 플러그는 실린더 헤드의 평평한 표면과 플러그의 평평한 표면(나사산 바로 위) 사이에 끼워져 약간 찌그러지는 일회용 중공 또는 접힌 금속 와셔를 사용하여 실린더 헤드에 밀봉된다. 일부 점화 플러그는 와셔를 사용하지 않는 테이퍼형 시트를 가지고 있으며, 이러한 플러그를 설치할 때 필요한 토크는 와셔로 밀봉된 플러그보다 낮아야 한다.[25] 와셔가 필요한 헤드가 있는 차량에는 테이퍼형 시트가 있는 점화 플러그를 설치해서는 안 되며, 그 반대의 경우도 마찬가지다. 그렇지 않으면 나사산이 헤드에 제대로 고정되지 않아 밀봉 불량이나 도달 거리 오류가 발생한다.
8. 팁 돌출 (Tip protrusion)
왼쪽과 오른쪽 플러그는 나사산, 전극, 팁 돌출부 및 열 범위가 동일하다. 중앙 플러그는 공간이 제한된 곳에 사용하기 위해 헤드 바깥쪽의 육각형과 자기 부분이 더 작은 소형 변형이다. 가장 오른쪽 플러그는 더 두꺼운 실린더 헤드에 사용하기 위해 나사산 부분이 더 길다. 플러그의 나사산 부분 길이는 헤드 두께와 밀접하게 일치해야 한다. 플러그가 연소실 안으로 너무 많이 돌출되면 피스톤에 부딪혀 엔진 내부가 손상될 수 있다. 덜 심각하게는, 플러그의 나사산이 연소실로 돌출되면 나사산의 날카로운 가장자리가 열원이 되어 예혼합 폭발을 일으킬 수 있다. 또한 노출된 나사산 사이에 형성되는 침전물로 인해 플러그 제거가 어려워지고 알루미늄 헤드의 나사산이 손상될 수도 있다.[7]
팁이 연소실로 돌출되는 정도도 플러그 성능에 영향을 미친다. 일반적으로 점화 간극이 중앙에 위치할수록 공기-연료 혼합물의 점화가 더 잘 되지만, 전문가들은 이 과정이 더 복잡하고 연소실 모양에 따라 달라진다고 생각한다. 반면, 엔진에서 "오일이 타는" 경우, 연소실로 새는 과도한 오일은 플러그 팁에 오염물이 쌓이고 점화를 방해하는 경향이 있다. 이러한 경우, 엔진이 일반적으로 요구하는 것보다 돌출부가 적은 플러그는 오염물이 덜 쌓이고 더 오랫동안 성능이 우수하다. 오래된 엔진에서 심각한 오일 연소 문제가 발생하는 경우, 플러그 돌출량을 줄이기 위해 플러그와 헤드 사이에 장착되는 특수한 "오염 방지" 어댑터가 판매된다. 이렇게 하면 연료-공기 혼합물의 점화 효율이 떨어지지만, 이러한 경우에는 중요성이 덜하다.[7]
9. 열 범위 (Heat range)
점화 플러그의 작동 온도는 엔진 작동 중 점화 플러그 팁의 실제 온도를 말하며, 보통 500°C ~ 800°C 사이이다. 이는 플러그의 자체 세척 효율을 결정하는 중요한 요소이다. 점화 플러그의 작동 온도는 연소실 내 온도 등 여러 요인에 의해 결정되지만, 엔진의 토크 수준에 큰 영향을 받는다. 엔진이 최대 토크 출력 근처에서 작동할 때 점화 플러그 작동 온도가 가장 높아진다.[45]
점화 플러그는 열을 더 잘 차단하여 팁에 더 많은 열을 유지하면 "고온" 플러그, 더 많은 열을 전달하여 팁 온도를 낮추면 "저온" 플러그라고 한다. 이러한 특성을 점화 플러그의 열 범위라고 하며, 일반적으로 숫자로 표시된다. 제조업체마다 숫자가 의미하는 바가 다르므로 주의해야 한다.
점화 플러그의 열 범위는 구조, 재료, 절연체의 길이, 연소실 내 노출 표면적 등에 영향을 받는다.[45] 일반적인 사용 환경에서는 팁을 뜨겁게 유지하여 오염을 방지하고, 최대 출력 시에는 차갑게 유지하여 조기 점화를 방지하는 균형이 중요하다. "고온" 및 "저온" 플러그는 절연체의 구조에서 차이를 보인다. 저온 플러그는 세라믹 절연체가 더 많아 열 전달이 잘 되고, 고온 플러그는 세라믹 재료가 적어 열을 더 잘 유지한다.
연소실의 열은 배기 가스, 실린더 벽, 점화 플러그 자체를 통해 빠져나간다. 점화 플러그의 열 범위는 연소실 및 엔진 온도에 큰 영향을 주지 않으며, 주로 점화 플러그 팁의 온도에 영향을 미친다.
과거에는 자동차 엔진에 대해 두 가지 이상의 열 범위를 지정하는 것이 일반적이었다. 도시 주행에는 고온 플러그, 고속도로 주행에는 저온 플러그를 사용했다. 그러나 현대에는 연료 분사의 발달로 이러한 관행은 구식이 되었다. 하지만 레이싱 엔진에서는 여전히 적절한 플러그 열 범위 선택이 중요하다.
점화 플러그 제조업체마다 열 범위를 나타내는 숫자가 다르다. Denso와 NGK는 숫자가 높을수록 저온 플러그를 의미하고, Bosch, Champion 등은 숫자가 높을수록 고온 플러그를 의미한다.[75] 따라서 열 범위 번호를 교환할 때 주의해야 한다.
점화 플러그는 자기 세정 온도 이상에서 그을음(카본)을 태워 없앨 수 있다.[45] 냉각형 플러그를 사용하면 온도가 낮아져 카본이 쌓여 불꽃을 발생시키지 못하는 "부조(くすぶり)" 상태가 될 수 있다.[76] 반대로 고온형 플러그를 사용하면 플러그 열에 의해 너무 빨리 점화되는 과도 점화(프리이그니션) 현상이 발생하여 엔진 출력이 저하될 수 있다.[45]
과거에는 엔진의 상용 회전 영역에 따라 2개 이상의 플러그 열가를 지정하는 것이 일반적이었다. 그러나, 연료분사장치의 전자 제어가 고도화된 오늘날에는 공연비의 감시에 의해 엔진의 온도가 고도로 제어되게 되었다. 하지만, 모터스포츠의 세계에서는 엔진의 세팅에 따라 적절한 플러그 열가를 선택하는 것은 오늘날에도 행해지고 있다.
2행정 엔진에서는 배기맥동을 이용한 챔버에 의한 혼합기 가압을 하기 때문에, 열가를 표준보다 고온형으로 함으로써 저회전 영역에서의 토크를 낮추더라도 고회전 영역에서의 출력 특성을 향상시키는 세팅도 행해졌다.[77]
10. 점화 플러그 판독
점화 플러그의 점화부는 연소실 내부 환경에 영향을 받는다. 점화 플러그를 꺼내 검사하면 연소가 플러그에 미치는 영향을 알 수 있으며, 이를 통해 엔진 작동 상태를 파악할 수 있다. 엔진 및 점화 플러그 제조업체는 점화 플러그 판독 차트에 특징적인 표시에 대한 정보를 제공한다.
전극 끝이 연한 갈색으로 변색되었다면 정상 작동을 의미한다. 하지만 다른 상태는 엔진 오작동을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 점화 플러그 끝이 모래알이 박힌 모양이라면, 지속적인 가벼운 폭발이 발생하고 있음을 의미하며, 이는 실린더 내부 손상으로 이어진다. 심한 폭발은 점화 플러그 절연체와 엔진 내부 부품 파손을 일으킬 수 있다. 플러그가 너무 차가우면 플러그 코에 침전물이 생기고, 너무 뜨거우면 자기가 다공성처럼 보이거나 중앙 전극을 절연체에 밀봉하는 재료가 끓어서 빠져나갈 수 있다. 때로는 침전물이 녹아 플러그 끝이 유약을 바른 것처럼 보이기도 한다.
공회전하는 엔진은 최대 스로틀로 작동하는 엔진과 점화 플러그에 미치는 영향이 다르다. 점화 플러그 판독은 최근 엔진 작동 조건에 대해서만 유효하며, 다른 조건에서 엔진을 작동하면 이전의 특징적인 표시가 지워지거나 가려질 수 있다. 가장 정확한 판독을 위해서는 엔진을 고속 및 최대 부하로 작동하고 즉시 점화를 끊은 후, 공회전이나 저속 작동 없이 정지시킨 상태에서 플러그를 제거해야 한다. 점화 플러그 판독을 돕기 위해 손전등과 확대경이 결합된 점화 플러그 판독기가 사용되기도 한다.
점화 플러그는 L자형 접지 전극을 갖는 경우가 많으며, 전극 간극은 전용 간극 게이지로 측정한다. 간극 게이지는 두께가 다른 가장자리를 가진 원반형인 경우가 많다.
점화 플러그가 노후화되면 전극 침식으로 인해 간극이 넓어지는 경향이 있다. 차량 튜닝 시 압축비를 높이거나 과급기의 과급 압력을 높인 경우, 전극 간극을 좁게 설정하는 것이 일반적이다. 반면, 점화 장치의 공급 전압 성능이 높으면 더 넓은 간극으로도 점화 불꽃을 발생시킬 수 있다. 넓은 전극 간극은 연소 효율을 높이므로, 모터스포츠에서는 점화 장치 성능 향상도 함께 이루어진다. 튜닝에 따라 전극 간극을 변경하는 것을 '''갭핑'''(Gapping영어)이라고 하며, 너무 넓은 간극은 미스파이어를 유발할 수 있다.[80]
점화 플러그 및 점화 장치 점검은 일반적으로 플러그 코드나 다이렉트 이그니션의 점화 코일에 점화 플러그를 부착하고, 접지 전극을 실린더 헤드 등에 접지시킨 상태에서 셀 모터 등으로 크랭크축을 회전시켜 점화 불꽃을 확인한다. 그러나 대기압 하와 실린더 내 고압 하에서는 점화 불꽃 발생에 필요한 전압이 다르므로, 더 정확한 판정을 위해서는 "이그니션 스파크 테스터"를 사용해야 한다.[78]
점화 플러그의 전극과 절연체 부분은 연소실 내부 환경의 영향을 받으므로, 육안으로 상태를 확인하여 엔진 운전 상태를 진단할 수 있다.[79] 절연체 부분이 황갈색 또는 회백색이면 양호한 상태이고, 불완전 연소가 많으면 그을음으로 인해 검게 된다.[79] 반면, 연소실 온도가 과열되면 절연체 부분이 희게 타는 상태가 된다.[79] 육안 점검으로 플러그 열값 또는 점화 시기 부적절, 엔진 블로우 시 파손 원인 등을 파악할 수 있다.[79] 점화 플러그 육안 점검용 도구로, 전극에 조명을 비춰 확대경으로 볼 수 있는 도구가 판매된다.
오랫동안 사용된 점화 플러그는 이미 변색이 발생한 경우가 많으므로, 최적의 열값 측정에는 신품 플러그를 사용하고, 큰 부하를 가한 후 육안 점검하는 것이 좋다. 그을음 발생 정도는 중앙 전극 부근이 아닌 가스 포켓 바닥 근처 부분을 확인하는 것이 좋다.[72]
모터스포츠에서는 플러그 방향을 특정 방향으로 향하게 하기 위해 와셔를 추가하여 체결 각도를 조정하는 '''인덱싱'''(indexing영어)이 이루어지기도 한다.[80] 그러나 플러그 방향과 엔진 출력 향상 정도는 엔진 설계에 따라 다르며, 인덱싱으로 기대할 수 있는 출력 향상은 1% 미만으로 알려져 있다.[80]
11. 점화 플러그 인덱싱 (Indexing spark plugs)
점화 플러그 설치 시 "인덱싱"이란 점화 플러그의 전극 간격 중 접지 전극으로 가려지지 않은 부분이 연소실 벽이 아닌 연소실 중앙을 향하도록 설치하는 것을 말한다.[80] 이는 연료와 공기 혼합기에 스파크가 최대한 노출되도록 하여 모든 연소실의 배치를 균일하게 하고, 결과적으로 더 나은 점화를 보장한다는 이론에 기반한다. 인덱싱은 플러그 외부에 간격 위치를 표시하고 설치한 후 표시 방향을 확인하는 방식으로 수행된다. 그런 다음 플러그를 제거하고 와셔를 추가하여 조여진 플러그의 방향을 변경한다. 쉘의 나사산에 대한 간격의 방향이 임의적이기 때문에 각 플러그에 대해 개별적으로 수행해야 한다. 일부 플러그는 간격의 방향이 임의적이지 않게 제작되며, 일반적으로 모델 번호의 접미사로 표시된다.
일반적으로 이는 점화 플러그 팁과 전극이 연소실 형상의 상당 부분을 차지하는 매우 작은 엔진 제조업체에서 지정한다. 혼다 인사이트(Honda Insight)는 공장에서부터 점화 플러그 인덱싱이 적용되어 있으며, 가장 효율적인 연소와 최대 연비를 달성하기 위해 서로 다른 인덱싱 각도에 해당하는 네 가지의 다른 부품 번호를 사용할 수 있다.
모터스포츠에서는 실린더 내에서 플러그의 방향이 특정 방향으로 향하도록 두께가 다른 와셔를 나사 부분의 뿌리에 추가하여 적정 토크에 도달했을 때의 체결 회전 각도를 조정하는 '''인덱싱'''(indexing영어)이라는 조정이 이루어지는 경우가 있다.[80] 그러나 플러그를 어떤 방향으로 향하게 하는 것이 최적인지는 엔진 설계에 따라 일정하지 않을 뿐만 아니라, 인덱싱으로 기대할 수 있는 엔진 출력 향상은 1% 미만(500마력의 경우 5마력 정도 향상)이라고 여겨진다.[80]
12. 글로우 플러그
글로우 엔진에서 엔진의 연소열을 이용하여 자체 점화 부분(코일형 또는 막대형의 축열 부분=점화 부분)을 적열 상태로 유지하는 플러그이다.
시동 시에는 전기를 흘려 내장된 저항체(코일이나 막대)를 줄열에 의해 적열시켜 연료에 점화하여 시동한다. 일단 시동되면 연소에 의한 열을 축적하여 다음 연소의 화종이 된다. 회전이 안정된 후에는 통전이 불필요하다.
화염점화기관과 비교하면 마그네토, 점화 코일, 분배기 또는 CDI 장치와 같은 복잡한 전기 회로가 필요 없어 경량화할 수 있으며, 엔진 회전수가 높아지면 플러그의 온도도 상승하여 점화 시기를 앞당기는 자기 진각 기능을 가진다. 반면, 플러그의 특성만으로 점화 시기가 결정되기 때문에, 자유롭게 세밀한 점화 시기를 조정할 수 없고, 플러그 자체를 교환하는 것 외에는 방법이 없다. 점화 부분의 재질은 일반적으로 니크롬 또는 백금이 사용된다. 고온용, 저온용 등 다양한 제품이 있다.
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For example, in the 1967 Champion spark plug catalog, the "Deluxe Gap Tool & Gauges" on p. 38 is designed to handle gaps from 0.381 mm to 1.016 mm, which is less than the gap required by many modern cars. As for older cars before c. 1960, notice the vintage vehicle section of the 1997 AC Delco Spark Plug Catalog, page 250 to 264. Gaps in the 1920s for many makes were often 0.635 mm. However, many modern cars have gaps not much larger, such as those made by Volvo from 1967 to 2014 normally had gaps of 0.711 mm to 0.762 mm. See this make's listings in the 2015 Champion Master Spark Plug Application Catalog, pp. 333 to 339, for which the only exception were some 4.4 liter engines.
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トヨタ
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スパークプラグの生産開始から60年目のDENSO、その歩みをひもとくディスプレイを展開
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父の残したものシリーズ：『立川工作所』
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7月の句会から
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デンソー、点火プラグなど2事業を日本特殊陶業に売却へ
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ファルコン 圧縮比アップ
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スパークプラグ ガスケット外し
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プラグの症状一覧｜NGKスパークプラグ プラグスタジオ
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서적
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