スパークプラグ
スパークプラグ（イギリス英語ではsparking plug [ 1 ]、口語ではplugと呼ばれることもある）は、火花点火エンジンの燃焼室へ点火システムから電流を送り、圧縮された燃料と空気の混合物を電気火花で点火させ、エンジン内に燃焼圧力を閉じ込める装置である。スパークプラグは金属製のねじ山付きシェルを持ち、セラミック絶縁体によって中心電極から電気的に絶縁されている。抵抗器を内蔵している場合もある中心電極は、厚く絶縁された電線で点火コイルまたはマグネト発電機の出力端子に接続されている。スパークプラグの金属シェルはエンジンのシリンダーヘッドにねじ込まれ、電気的に接地されている。中心電極は磁器製絶縁体を貫通して燃焼室に突き出ており、中心電極の内端と、通常ねじ山付きシェルの内端に取り付けられた1 つ以上の突起または構造物との間に 1 つ以上の火花ギャップを形成し、これらの突起または構造物はサイド電極、アース電極、または接地電極と呼ばれる。
スパークプラグは他の用途にも使用されることがあります。例えば、サーブ・ダイレクト・イグニッションでは、点火していないときにスパークプラグを使ってシリンダー内のイオン化を測定します。このイオン電流測定は、通常のカム位相センサー、ノックセンサー、失火測定機能の代わりとして使用されます。[ 2 ]スパークプラグは、可燃性燃料と空気の混合気に点火する必要がある炉などの他の用途にも使用されることがあります。この場合、スパークプラグは火炎点火装置と呼ばれることもあります。
歴史
1860年、エティエンヌ・ルノワールは、世界初の内燃ピストンエンジンであるガスエンジンに電気点火プラグを使用しました。ルノワールは点火プラグの発明者として広く知られています。[ 3 ] [ 4 ]
スパークプラグの初期の特許には、ニコラ・テスラ（米国特許609,250、点火時期システム、1898年）、フレデリック・リチャード・シムズ（英国特許24859/1898、1898年）、ロバート・ボッシュ（英国特許26907/1898年）によるものがありました。 1902年にロバート・ボッシュの技術者ゴットロブ・ホノルドがマグネトーベースの点火システムの一部として初の商業的に実現可能な高電圧スパークプラグを発明したことで、スパーク点火エンジンの開発が可能になりました。その後の製造の改良は、アルバート・チャンピオン[ 5 ]、オリバー・ロッジ卿の息子で父親のアイデアを開発・製造したロッジ兄弟[ 6 ]、そしてKLGブランドを開発したギネスビール醸造家のケネルム・リー・ギネスの功績です。ヘレン・ブレア・バートレットは1930年にこの絶縁体を作る上で重要な役割を果たした。[ 7 ]
手術
- (E) 排気カムシャフト
- (I) 吸気カムシャフト
- （S）スパークプラグ
- (V)バルブ
- (P)ピストン
- （右）コネクティングロッド
- (C)クランクシャフト
- (W) 冷却水の流れのためのウォータージャケット
スパークプラグの機能は、必要なタイミングで火花を発生させ、可燃性混合気に点火することです。プラグは、点火コイルまたはマグネトによって発生する高電圧に接続されます。コイルから電流が流れると、中央電極と側面電極の間に電圧が発生します。最初はギャップ内の燃料と空気は絶縁体であるため電流は流れませんが、電圧がさらに上昇すると、電極間のガスの構造が変化し始めます。電圧がガスの絶縁耐力を超えると、ガスはイオン化します。イオン化されたガスは導体となり、ギャップ間に電流を流します。スパークプラグが適切に点火するには、通常12,000～25,000ボルト以上の電圧が必要ですが、最大45,000ボルトまで上昇することがあります。放電プロセス中により高い電流を供給することで、より高温で持続時間の長い火花を発生させます。
電子電流がギャップを横切ると、スパークチャネルの温度は60,000 Kまで上昇します。スパークチャネル内の高熱により、イオン化されたガスは小さな爆発のように急速に膨張します。これは、スパークを観察する際に聞こえる「カチッ」という音で、雷鳴や稲妻に似ています。
熱と圧力によってガスは互いに反応し、点火の終わりにはガスが自然燃焼するため、スパークギャップ内に小さな火の玉が形成されます。この火の玉、つまり核の大きさは、電極間の混合気の正確な組成と、点火時の燃焼室内の乱流レベルに依存します。核が小さいとエンジンは点火時期を遅らせたかのように動作し、核が大きいと点火時期を進めたかのように動作します。
スパークプラグの構造
スパークプラグは、シェル、絶縁体、そして中心導体で構成されています。燃焼室の壁を貫通するため、長期間の使用や長期間の使用によって劣化することなく、高圧・高温から燃焼室を密閉する必要があります。
スパークプラグは、サイズ（ネジまたはナット（ユーロプラグと呼ばれることが多い）、シールタイプ（テーパーまたはクラッシュワッシャー）、およびスパークギャップ）によって指定されます。ヨーロッパで一般的なネジ（ナット）のサイズは、10 mm（16 mm）、14 mm（21 mm、場合によっては16 mm）、18 mm（24 mm、場合によっては21 mm）です。米国では、一般的なネジ（ナット）のサイズは、10 mm（16 mm）、12 mm（14 mm、16 mm、または17.5 mm）、14 mm（16 mm、20.63 mm）、18 mm（20.63 mm）です。[ 8 ]
プラグの部品
ターミナル
スパークプラグの上部には、点火システムに接続するための端子があります。長年にわたり、メーカーによって端子構成のバリエーションが数多く導入されてきました。端子の構造は、スパークプラグの用途によって異なります。乗用車のスパークプラグコードのほとんどはプラグの端子にスナップ留めされますが、一部のコードにはアイレットコネクタが付いており、ナットでプラグに固定されます。多くの乗用車やトラックでは、標準的な固定ナット（SAE）構成が一般的です。これらの用途に使用されるプラグは、端子の先端が細いネジ山付きシャフトのナットとしても機能し、どちらの接続にも使用できるようになっています。このタイプのスパークプラグには取り外し可能なナットまたはローレットが付いており、2種類の異なるスパークプラグブーツに取り付けることができます。一部のスパークプラグにはネジ山がむき出しになっているものがあり、これはオートバイやATVでよく見られます。さらに、ごく近年ではカップ型端子が導入され、同じ限られたスペースに長いセラミック絶縁体を収納できるようになりました。[ 9 ]
絶縁体
絶縁体の主要部分は、通常、焼結アルミナ（Al 2 O 3）[ 10 ] [ 11 ]で作られ、非常に硬く、高い誘電強度を持つセラミック材料で、メーカー名と識別マークが印刷され、表面火花トラッキングに対する耐性を高めるために釉薬がかけられています。その主な機能は、中心電極の機械的支持と電気的絶縁を提供するとともに、フラッシュオーバー防止のための火花経路を延長することです。この延長部分は、特にプラグが深く埋め込まれたエンジンにおいて、端子をシリンダーヘッドより上に延長し、より容易にアクセスできるようにするのに役立ちます。
焼結アルミナのもう一つの特徴は、優れた熱伝導性です。これにより、絶縁体が熱で赤熱し、混合物が早期に点火する傾向が軽減されます。
リブ
スパークプラグの高電圧端子と接地された金属ケース間の表面を長くすることで、リブの形状は電気絶縁性を向上させ、端子から金属ケースへの絶縁体表面を伝わる電気エネルギーの漏洩を防ぎます。この経路が分断され長くなったことで、汚れや湿気があっても、スパークプラグ表面での電気抵抗が増加します。リブのないスパークプラグも製造されていますが、絶縁体の絶縁耐力が向上したため、リブの重要性は低下しています。
絶縁体チップ
現代（1930年代以降）のスパークプラグでは、燃焼室に突出する絶縁体の先端は、上部と同じ焼結酸化アルミニウム（アルミナ）セラミックでできており、釉薬は施されていません。650℃（1,200°F）および60kVに耐えられるように設計されています。
特に航空機に使用されていた古いスパークプラグでは、中心電極の張力によって圧縮された 雲母の積層層で作られた絶縁体が使用されていました。
1930年代に有鉛ガソリンが開発されると、マイカへの鉛の堆積が問題となり、スパークプラグの清掃間隔が短くなりました。この問題に対処するため、ドイツのシーメンス社は焼結アルミナを開発しました。 [ 12 ] 焼結アルミナは、セラミックとしては比較的良好な熱伝導性を持ち、高温でも優れた機械的強度と（熱）衝撃耐性を維持するため、マイカや磁器よりも優れた材料です。また、この高温動作特性により、「セルフクリーニング」温度でも急速な劣化なく動作できます。また、シンプルな一体型構造により低コストでありながら高い機械的信頼性を実現します。プラグの熱範囲は、絶縁体と金属導体コアの寸法によって決まります。絶縁体が短いプラグは通常「低温」プラグであり、「高温」プラグは金属本体への経路が長くなっていますが、これも熱伝導性金属コアに依存します。
アザラシ
スパークプラグは取り付け時にエンジンの燃焼室を密閉するため、燃焼室からの漏れを確実に防ぐためのシールが必要です。現代のプラグの内部シールは圧縮ガラス/金属粉末で作られていますが、旧式のシールは多層ろう付けが一般的でした。外部シールは通常クラッシュワッシャーですが、一部のメーカーはテーパーインターフェースと単純な圧縮によるより安価な方法でシールを試みています。
金属ケース/シェル
スパークプラグの金属ケース/シェル（多くの人がジャケットと呼ぶ）は、プラグを締め付ける際のトルクに耐え、絶縁体から熱を奪ってシリンダーヘッドに伝える役割を果たし、中心電極から側電極へと伝わる火花のアースとして機能します。スパークプラグのねじ山は、熱サイクル疲労を防ぐため冷間圧延されています。スパークプラグは、適切な「リーチ」、つまりねじ山の長さで取り付けることが重要です。スパークプラグのリーチは、自動車や小型エンジン用途など、0.095～2.649cm（0.0375～1.043インチ）の範囲で変化します。[ 13 ]また、船舶用スパークプラグのシェルは、亜鉛クロメート二層メッキが施された金属です。[ 14 ]
中心電極
中心電極は、内部配線と、通常はセラミック直列抵抗を介して端子に接続され、火花からのRF ノイズの放射を低減します。プラグ型番に「R」が付かない無抵抗スパークプラグには、無線機などの高感度機器への電磁干渉を低減するため、この抵抗素子は含まれていません。先端部は、銅、ニッケル鉄、クロム、または貴金属の組み合わせで作られます。
1970 年代後半、エンジンの開発は、従来の固体ニッケル合金中心電極を備えたスパークプラグの熱範囲では要求に対応できない段階に達しました。高速走行の要求に対応できるほど冷たいプラグでは、市街地での発進と停止を繰り返すことで生じたカーボン堆積物を燃焼させることができず、このような状況ではプラグが汚れてエンジンが失火します。同様に、市街地でスムーズに動作するほど熱いプラグは、高速道路での長時間の高速走行を要求されると溶けてしまう可能性があります。この問題に対してスパークプラグ製造業者が考案した解決策は、固体ニッケル合金よりも効率的に燃焼熱を先端から逃がすことができる、異なる材料と設計の中心電極を使用することでした。この目的のために選ばれた材料は銅であり、銅芯中心電極の製造方法はFloform 社によって開発されました。
通常、中心電極は電子を放出するように設計されています（カソード、つまりエンジン ブロックに対してマイナスの極性[ 15 ]）。これは、中心電極が通常プラグの中で最も高温になる部分であるためです。高温表面からの蒸気の放出を増やすのと同じ物理法則により、高温表面から電子を放出する方が簡単です（熱イオン放出を参照）。[ 16 ] また、電子は電界強度が最大の場所、つまり表面の曲率半径が最小になる場所から、平らな表面ではなく鋭い点やエッジから放出されます（コロナ放電を参照）。[ 16 ]より 冷たく鈍い側の電極をマイナスとして使用すると、最大 45 パーセント高い電圧が必要になるため、[ 16 ]無駄なスパークを除いて、この方法で設計されている点火システムはほとんどありません。[ 17 ] 無駄なスパーク システムは、電子を両方向（中心電極から接地電極だけでなく、接地電極から中心電極へ）に交互に発射するため、スパーク プラグに大きな負担をかけます。その結果、このようなシステムを搭載した車両では、中央の電極だけでなく両方の電極に貴金属を使用する必要がある。これは、片方向だけでなく両方向で金属がより早く摩耗するため、サービス交換間隔を長くするためである。[ 18 ]
尖った電極から電子を引き出すのが最も簡単ですが、尖った電極はわずか数秒で消耗してしまいます。その代わりに、電子は電極の先端の鋭いエッジから放出されます。エッジが消耗するにつれて、火花は弱くなり、信頼性が低下します。
かつては、スパークプラグを取り外し、手作業または専用のサンドブラスト装置を使用して端の堆積物を除去し、電極の端をやすりで削って鋭いエッジを復元することが一般的でしたが、次の 3 つの理由により、この方法はそれほど一般的ではなくなりました。
- ワイヤーブラシなどのツールで清掃すると、絶縁体上に金属の痕跡が残り、伝導経路が弱くなり、火花が弱まる（放出が増加する）可能性があります。
- プラグは人件費に比べて非常に安いため、経済的な理由から、特に最新の長寿命プラグに交換する必要があります。
- 銅よりも寿命が長いイリジウムプラグやプラチナプラグが一般的になってきました。
貴金属高温電極（イットリウム、イリジウム、タングステン、パラジウム、ルテニウムなどの金属、および比較的高価なプラチナ、 銀、金を使用）の開発により、より細い中心線の使用が可能になりました。中心線はより鋭利なエッジを持ちながらも、溶解したり腐食したりしません。これらの材料は、高い融点と耐久性のために使用されているのであり、導電性のためではありません（プラグ抵抗器やワイヤと直列に接続されている場合は導電性は無関係です）。また、電極が小さいため、火花や初期の炎エネルギーからの熱吸収も少なくなります。
ポロニウム点火プラグは、ファイアストン社によって1940年から1953年まで販売されていました。プラグからの放射線量は微量で消費者にとって脅威ではありませんでしたが、ポロニウムの半減期が短いこと、そして導体への蓄積によってエンジン性能を向上させる放射線が遮断されることから、約1ヶ月でその効果は急速に薄れてしまいました。ポロニウム点火プラグ、そしてそれに先立つアルフレッド・マシュー・ハバードの試作ラジウムプラグの根底にある考え方は、放射線によってシリンダー内の燃料のイオン化が促進され、プラグの点火がより迅速かつ効率的に行われるというものでした。[ 19 ] [ 20 ]
サイド（アース）電極
サイド電極（「アースストラップ」とも呼ばれる）は高ニッケル鋼製で、金属シェルの側面に溶接または熱間鍛造されています。サイド電極は、特に突出型鼻栓の場合、非常に高温になります。一部の設計では、熱伝導性を高めるために、この電極に銅芯が設けられています。複数のサイド電極を使用することで、中央電極と重ならないようにすることも可能です。アース電極には、耐用年数を延ばすために、白金やイリジウムなどの小さなパッドを付加することもできます。[ 21 ]
スパークプラグギャップ
スパークプラグは通常、スパークギャップを持つように設計されており、スパークプラグを取り付ける技術者が接地電極をわずかに曲げることで調整できます。同じプラグが複数の異なるエンジンに指定される場合があり、それぞれに異なるギャップが必要になります。自動車のスパークプラグのギャップは通常0.6～1.8mm（0.024～0.071インチ）です。このギャップは、出荷時のギャップから調整が必要な場合があります。
スパークプラグギャップゲージは、傾斜したエッジを持つ円板、または正確な直径の丸線を備えたもので、ギャップを測定するために使用されます。ディストリビューターポイントやバルブラッシュに使用されるような丸線ではなく、平らな刃を持つ隙間ゲージを使用すると、スパークプラグの電極の形状により誤った結果が得られます。最も単純なゲージは、必要なギャップに一致する様々な厚さのキーの集合体であり、キーがぴったりとフィットするまでギャップを調整します。現在のエンジン技術では、ソリッドステート点火システムとコンピューター制御の燃料噴射が普遍的に採用されているため、使用されるギャップは、キャブレターとブレーカーポイントディストリビューターの時代よりも平均的に大きくなっており、当時のスパークプラグゲージでは、現在の自動車に必要なギャップを必ずしも測定できるとは限りません。[ 22 ] 圧縮天然ガスを使用する車両は、一般的にガソリンを使用する車両よりも狭いギャップが必要です。[ 23 ]
ギャップ調整（「スパークプラグギャップ調整」とも呼ばれる）は、エンジンの適正な作動に極めて重要です。ギャップが狭いと、火花が小さすぎて弱くなり、燃料と空気の混合気を効果的に点火できない可能性がありますが、プラグはほぼ毎回確実に点火します。ギャップが広すぎると、火花が全く点火しなかったり、高速回転時に失火したりする可能性がありますが、通常はクリーンな燃焼のために強い火花が点火されます。断続的に燃料と空気の混合気を点火できない火花は、直接目に見えないかもしれませんが、エンジンの出力と燃費の低下として現れます。イリジウムおよびプラチナスパークプラグでは、電極に溶接された金属ディスクを損傷するリスクがあるため、ギャップ調整は推奨されません。[ 24 ]
基本デザインのバリエーション
長年にわたり、基本的なスパークプラグ設計のバリエーションは、着火性の向上、寿命の延長、あるいはその両方を実現しようと試みられてきました。こうしたバリエーションには、中心電極を囲むように等間隔に配置された2つ、3つ、または4つの接地電極を使用するものがあります。また、スパークプラグのネジ山に囲まれた凹状の中心電極を使用するバリエーションもあり、このネジ山が実質的に接地電極となります（後述の「沿面放電スパークプラグ」を参照）。また、接地電極の先端にV字型のノッチを設けるものもあります。複数の接地電極を使用することで、放電による摩耗で火花ギャップが広がった際に、火花がより近い別の接地電極に移動するため、一般的に寿命が長くなります。複数の接地電極の欠点は、エンジンの燃焼室内で遮蔽効果が生じ、燃料と空気の混合気が燃焼する際に炎面が遮られる可能性があることです。その結果、燃焼効率が低下し、燃料消費量が増加する可能性があります。また、均一なギャップサイズに調整することが困難、あるいはほぼ不可能です。
表面放電スパークプラグ
ピストンエンジンには、燃焼室の一部がピストンの届かない場所にあり、この領域に従来の点火プラグが配置されています。一方、ヴァンケルエンジンでは燃焼面積が常に変化するため、点火プラグはローターのアペックスシールによって必然的に掃引されます。点火プラグがヴァンケルエンジンの燃焼室に突出すると、通過するアペックスシールに当たってしまいます。しかし、これを避けるためにプラグを後退させると、混合気への火花の到達範囲が狭まり、失火や不完全燃焼につながります。そこで、燃焼室に対してほぼ平坦な面を呈する、新しいタイプの「沿面放電」プラグが開発されました。短い中心電極はごくわずかに突出し、接地されたプラグ本体全体が側面電極として機能します。こうして、電極は通過するアペックスシールのすぐ外側に位置し、火花は混合気に到達できます。表面ギャップ型スパークプラグは、その耐用年数全体を通してアークギャップが一定に保たれ、スパークパスは常に変化します（従来のプラグのように中央電極から側面電極へと飛び移るのではなく）。表面ギャップ型スパークプラグの更なる利点は、側面電極が破損してエンジンに損傷を与える可能性がないことです。ただし、従来のスパークプラグでは、このような損傷はそれほど多く発生しません。
シリンダーヘッドへのシーリング
ほとんどのスパークプラグは、シリンダーヘッドの平面部とプラグの平面部の間に、ねじ山のすぐ上でわずかに押し込まれた、使い捨ての中空または折り畳み式の金属ワッシャーでシリンダーヘッドに密着します。一部のスパークプラグには、ワッシャーを使用しないテーパーシートが付いています。これらのプラグの取り付けトルクは、ワッシャーシール付きのプラグよりも低くなっています。[ 25 ] テーパーシート付きのスパークプラグは、ワッシャーを必要とするヘッドを備えた車両には取り付けてはなりません。逆も同様です。そうしないと、ねじ山がヘッドに正しく固定されず、密閉性が低下したり、リーチが不適切になったりする可能性があります。
先端突出
プラグのねじ部の長さは、ヘッドの厚さと正確に一致させる必要があります。プラグが燃焼室に入りすぎると、ピストンに当たってエンジン内部に損傷を与える可能性があります。また、プラグのねじ山が燃焼室に入り込むと、ねじ山の鋭いエッジが熱源となり、過早着火を引き起こす可能性があります。さらに、露出したねじ山の間に堆積物が形成されると、プラグの取り外しが困難になる可能性があり、アルミニウム製のヘッドの場合は、取り外し時にねじ山を損傷することもあります。
プラグ先端の燃焼室への突出量もプラグの性能に影響します。点火ギャップが燃焼室の中央に位置するほど、一般的に混合気の点火効率は向上しますが、専門家はこのプロセスはより複雑で、燃焼室の形状に左右されると考えています。一方、エンジンが「オイル燃焼」している場合、燃焼室に漏れた余分なオイルがプラグ先端を汚し、点火を阻害する傾向があります。このような場合、エンジンが通常要求するよりも突出量の少ないプラグの方が、汚れがつきにくく、より長期間にわたって優れた性能を発揮します。オイル燃焼の問題が深刻な旧型エンジンでは、プラグとヘッドの間に装着してプラグの突出量を減らす特殊な「アンチファウリング」アダプターが販売されています。これにより混合気の点火効率は低下しますが、このような場合、これはそれほど大きな問題ではありません。
熱範囲
スパークプラグの動作温度は、稼働中のエンジン内でのスパークプラグの先端の実際の物理的温度で、通常は 500 ～ 800 °C (932 ～ 1,472 °F) です。これは、プラグのセルフクリーニング効率を決定し、いくつかの要因によって決定されますが、主に燃焼室内の実際の温度によって決まるため重要です。スパークプラグの実際の動作温度とスパーク電圧には直接的な関係はありません。ただし、エンジンが最大トルク出力付近で動作しているときに最大温度と最大圧力が発生するため、エンジンによって現在生成されているトルクのレベルはスパークプラグの動作温度に大きく影響します (トルクと回転速度が直接出力を決定します)。絶縁体の温度は、燃焼室内でさらされる温度条件に反応しますが、その逆は起こりません。スパークプラグの先端が熱くなりすぎると、プレイグニッションや、場合によってはデトネーション/ノッキングが発生し、損傷する場合があります。温度が低すぎると、絶縁体上に導電性の堆積物が形成され、火花エネルギーが失われるか、火花電流が実際に短絡する可能性があります。
スパークプラグは、断熱性が高く、先端部に多くの熱を閉じ込める場合、「ホット」と呼ばれます。一方、スパークプラグの先端部からより多くの熱を伝導し、先端部の温度を下げる場合、「コールド」と呼ばれます。スパークプラグが「ホット」か「コールド」かは、スパークプラグの熱価と呼ばれます。スパークプラグの熱価は通常、数値で指定されます。メーカーによっては、熱価が高いプラグには昇順の数値を使用し、逆に、冷価が低いプラグには昇順の数値を使用しています。
スパークプラグの熱価は、スパークプラグの構造、すなわち使用される材料の種類、絶縁体の長さ、そして燃焼室内に露出するプラグの表面積によって左右されます。通常の使用において、スパークプラグの熱価の選択は、アイドリング時にプラグ先端を汚れ防止に十分な温度に保ちつつ、最大出力時にプレイグニッションやノッキングを防止するのに十分な温度に保つことのバランスを取ることが重要です。同じメーカーの「高温」スパークプラグと「低温」スパークプラグを並べて比較すると、その原理が明確に理解できます。低温プラグは、中心電極とシェル間の隙間を埋めるより堅牢なセラミック絶縁体を備えており、シェルによってより多くの熱を効率的に放出します。一方、高温プラグはセラミック材料が少ないため、プラグ先端はプラグ本体からより隔離され、より優れた熱保持力を発揮します。
燃焼室からの熱は、排気ガス、シリンダー側壁、そしてスパークプラグ自体を通して逃げます。スパークプラグの熱範囲は、燃焼室とエンジン全体の温度にわずかな影響しか及ぼしません。冷たいプラグは、エンジンの運転温度を大幅に下げることはありません。（ただし、熱すぎるプラグは、間接的に過早着火を引き起こし、エンジン温度を上昇させる可能性があります。）むしろ、「熱い」または「冷たい」プラグの主な影響は、スパークプラグの先端の温度に影響を与えることです。
現代のコンピューター制御燃料噴射の時代以前は、自動車エンジンのプラグには少なくとも2種類の異なる熱範囲を指定するのが一般的でした。市街地を低速で走行することが多い車には高温のプラグを、高速道路を長時間走行する車には低温のプラグを使用するといった具合です。しかし、排出ガス規制のため、自動車の混合気とシリンダー温度が狭い範囲内に維持されるようになった現在では、この慣習はほとんど廃れています。しかし、レーシングエンジンでは、適切なプラグ熱範囲を選択することが依然として重要です。非常に古いレーシングエンジンには、始動専用のプラグと、エンジンが温まった後に走行用に取り付けるプラグの2組のプラグが搭載されている場合があります。
スパークプラグメーカーは、スパークプラグの熱価を表すために異なる数字を使用しています。デンソーやNGKなど、一部のメーカーは、プラグの温度が低いほど数字が大きくなっています。一方、チャンピオン、ボッシュ、BRISK、Beru、ACDelcoは、プラグの温度が上昇するほど数字が大きくなる熱価システムを採用しています。そのため、熱価の数字はメーカー間で相互に解釈する必要があり、単純に同じものとして互換性を持つことはできません。
スパークプラグの読み取り
スパークプラグの点火プラグは、燃焼室内の環境の影響を受けます。スパークプラグは点検のために取り外すことができるため、燃焼がプラグに与える影響を調べることができます。スパークプラグの点火プラグに刻印された特性マーキングを検査、つまり「読み取る」ことで、運転中のエンジンの状態を把握することができます。エンジンメーカーおよびスパークプラグメーカーは、スパークプラグ特性マーキングに関する情報をスパークプラグ読み取りチャートで公開しています。
ブロックの先端が薄茶色に変色している場合は、正常に動作していることを示します。その他の状態は故障を示している可能性があります。たとえば、スパーク プラグの先端がサンドブラストされたように見える場合は、多くの場合は聞こえない軽いデトネーションが持続的に発生していることを意味します。スパーク プラグの先端に発生している損傷は、シリンダー内部でも発生しています。激しいデトネーションは、サンドブラストされた侵食として現れる前に、スパーク プラグの絶縁体とエンジン内部の部品を完全に破損させる可能性がありますが、音は簡単に聞こえます。別の例として、プラグが冷たすぎると、プラグの先端に堆積物が発生します。逆に、プラグが熱すぎると、磁器は多孔質に見え、まるで砂糖のようになります。中心電極を絶縁体に密封する材料が沸騰して出てきます。堆積物が溶けて、プラグの端が艶を帯びて見えることがあります。
アイドリング中のエンジンは、全開運転中のエンジンとはスパークプラグへの影響が異なります。スパークプラグの測定値は、直近のエンジン運転条件においてのみ有効であり、異なる条件でエンジンを運転すると、スパークプラグに以前残っていた特徴的な痕跡が消えたり、見えにくくなったりする可能性があります。最も有益な情報を得るには、エンジンを高速・全負荷で運転し、直ちにイグニッションスイッチを切り、アイドリングや低速運転をせずに停止し、スパークプラグを取り外す必要があります。
スパークプラグ読み取りビューアは、懐中電灯と拡大鏡をシンプルに組み合わせたもので、スパークプラグの読み取りを向上させるために使用できます。
スパークプラグのインデックス
プラグの取り付け時の「インデックス調整」とは、スパークプラグのギャップの開口部（接地電極に覆われていない部分）が、燃焼室の壁ではなく中心を向くように取り付けることです。理論的には、これにより混合気が火花に最大限に晒され、すべての燃焼室の配置が均一になり、結果として点火効率が向上すると考えられています。インデックス調整は、プラグの外側にギャップの位置をマークし、プラグを取り付けてマークの向きをメモすることで行われます。その後、プラグを取り外し、ワッシャーを取り付けて締め付けたプラグの向きを変えます。シェルのねじ山に対するギャップの向きはランダムであるため、この作業はプラグごとに個別に行う必要があります。ギャップの向きがランダムでないプラグもあり、通常は型番の末尾にその旨が記されています。これらは通常、スパークプラグの先端と電極が燃焼室の形状の大部分を占める超小型エンジンのメーカーによって指定されます。
参照
参考文献
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- ^ 「放射性スパークプラグ」オークリッジ大学連合、1999年1月20日。 2021年10月7日閲覧。
- ^ Pittman, Cassandra (2017年2月3日). 「ポロニウム」 .計測センター. トレド大学. 2018年8月23日閲覧。
- ^例えば、ヨーロッパの2015-2016年版チャンピオン・マスターカタログのタイプチャートをご覧ください。これは裏表紙からめくり出すことができます。デザインによっては、多くの場合、金属の種類として「プラチナ」と記載されています。
- ^例えば、1967年版チャンピオンスパークプラグカタログの38ページに掲載されている「デラックスギャップツール＆ゲージ」は、0.38～1.02mm（0.015～0.040インチ）のギャップに対応するように設計されていますが、これは多くの現代車で求められるギャップよりも狭いものです。1960年頃以前の古い車については、1997年版ACデルコスパークプラグカタログの250～264ページのヴィンテージカーセクションをご覧ください。1920年代の多くのメーカーのギャップは0.64mm（0.025インチ）でした。しかし、多くの現代車のギャップはそれほど大きくなく、例えば1967年から2014年にかけて製造されたボルボの車は通常0.71～0.76mm（0.028～0.030インチ）のギャップでした。このメーカーのリストについては、2015 年 Champion Master スパークプラグ アプリケーション カタログの 333 ～ 339 ページを参照してください。唯一の例外は、一部の 4.4 リッター エンジンです。
- ^例えば、フォード・クラウン・ビクトリアの4.6リッターエンジンでは、CNG使用時には1.1 mm（0.044インチ）のギャップが必要ですが、ガソリン使用時には1.4 mm（0.054インチ）のギャップが必要です。2015年版チャンピオンマスタースパークプラグアプリケーションカタログの124ページをご覧ください。技術的な説明は825ページにあります。
- ^ 「エンジンに適したスパークプラグの選び方」 VINソナー | ヘルプ - 自動車ガイドとオンラインツール2022年1月27日 2022年5月12日閲覧。
- ^たとえば、2015 年 Champion Master スパークプラグ アプリケーション カタログの 823 ページにあるトルク推奨事項に注目してください。
外部リンク
