점화 플러그
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Spark Plug
주로 휘발유 엔진의 연소실에 장착되어 혼합기의 점화를 위해 전기방전 스파크를 발생시키는 부품.
피스톤이 상사점에 도달하여 혼합기가 최대한으로 압축되었을 때[1] 점화코일에서 유도된 2차전류가 유전율을 넘으면 전극에서 방전되면서 불꽃을 일으켜 점화시키는 역할을 하는 장치이다. 가운데 전극(팁)이 (+)에 해당되고 몸통 및 전극 주변의 다리가 (-)극이다. 보통은 전극 다리가 1개이지만 제조사에 따라 다리가 2~4개인 것도 있고 다리가 하나도 없는 연면형 플러그도 있다. 전극 주변은 절연을 위해 세라믹 재질의 절연체가 둘러싸고 있다.
위치는 2행정/4행정을 막론하고 보통 실린더 헤드에 들어간다. 장착 갯수는 보통 기통당 1개씩인데, 기통수 이하로 들어가는 경우는 매우 드물며 [2] 확실한 연소를 위해 기통수보다 많은 갯수가 들어가는 경우는 종종 있다. [3]
※주의: 스파크 플러그 점검은 '''아주 위험하다.''' 안전장치를 꼭 제대로 하고 점검을 하자.
1. 우선 시동을 OFF로 돌리고 하이텐션 코일과 스파크 플러그를 빼자. 반드시 OFF로 둬야한다.
2. 빼낸 플러그를 살펴보자. 새카만게 잔뜩 묻어있다면 그건 탄소 찌거기다.
3. 점검하고 싶은 플러그를 하이텐션 코일과 연결하자. 목장갑같은 절연체를 끼고 만지자.
4. 다시 시동을 ON으로 돌린다.
5. 시동을 걸면서 스파크 플러그를 엔진 블록에 비벼보자. 불꽃이 튄다면 그건 정상이고, 안튄다면 교체다.
아직까지 상용화된 압축착화식 가솔린 엔진이 없는 관계로 가솔린/LPG/천연가스를 연료료 사용하는 차량에는 반드시 필요한 장비이다. 그럼에도 불구하고 고온 고압의 엔진 내부 환경에 노출되면서 1만V 이상의 전기 방전이 일어나는 특성상 소모품에 속하는데, 중앙 전극의 재질에 따른 수명의 편차가 상당히 큰 편이다. 일반 니켈이나 이트륨합금 전극의 점화 플러그의 대체적인 수명은 60,000km, 백금은 80,000km, 이리듐 재질 플러그는 160,000km[4]로 차이가 꽤 큰 편인데, 이상하게도 재질보다는 제조사에 따라서 제품 간 가격 차이가 극심한 편이다. 투입되는 기술력이나 신뢰도 면에서 유의미한 차이가 있다고 하는 사람도 있으니 잘 생각해 볼 것. 그러나 일반적인 주행에서라면 회사나 가격에 따라서 큰 차이가 발생하지는 않는다.
교체 시에는 반드시 자동차에 이미 장착되어 있는 점화플러그의 사양을 확인하는 것이 필요하다. 특히 열가와 같은 핵심 사양은 가급적 맞춰주는 것이 좋은데[5], 이를 지키지 않을 경우 내구도와 신뢰성이 높은 점화 플러그라도 신뢰성에 문제가 생겨 오래 사용하지 못할 수도 있기 때문이다. 그리고 엔진에 노킹을 일으키거나[6] 미스파이어링을 일으켜서[7] 엔진에 영 좋지 않은 영향을 준다.
외관 치수도 중요한데, 90년대까지의 과거에는 나사구경 M14에 22mm 육각소켓렌치를 쓰는 규격이 많았고, 그 이후 현재까지 대부분의 MPI엔진은 보통 나사구경 M12에 16mm 육각소켓렌치로 조으는 플러그가 표준 사이즈이지만, GDI엔진의 경우 연소실에 인젝터까지 들어가야 해서 구경이 작고 긴 나사를 쓰는 것도 있다. 나사 길이가 규격보다 짧은 것을 쓰면 압축비가 떨어져 엔진이 제 성능을 못 내며 규격보다 긴 것을 쓰면 전극이 피스톤과 충돌할 우려가 있다.
교체할 때는 정비 매뉴얼이나 점화플러그 포장박스에 인쇄된 토크 규정치[8]를 참고해서 작업해야 한다. 느슨하게 조이면 압축압력이 새어나가 엔진 출력이 안 나오고, 너무 세게 조았다가 나사산이 망가지면 실린더 헤드를 들어내야 하는 수가 있다. DIY중 점화코일 커넥트를 부러뜨리는 경우가 많다. 현대,기아 자동차의 경우 이중락으로 되어있고 열을 많이 받는곳이라 플라스틱이 약해져있으니 주의가 필요하다.
중앙전극과 접지전극 사이의 갭이 쓰다보면 열변형이나 소손 등의 사유로 변하게 될 수 있다. 너무 넓어지면 방전에 필요한 전압이 높아져 점화계통에 무리가 가고, 너무 좁으면 스파크가 작게 일어나 실화가 생긴다. 그래서 예전 가난하던 시절에는 갭을 간극게이지로 측정하여 맞춰주곤 했는데 요즘은 점화플러그의 단가가 싸다보니 그냥 교체해버린다. 요즘 웬만한 신품 플러그는 갭이 표준화되어 맞춰진 채로 나오지만, 유통과정에서 전극에 충격을 받은 물건은 쓰지 말고 반품을 하는 게 좋다. 괜히 무리하게 갭 맞추려고 접지전극을 휘다간 부러지는 수가 있다. DIY를 한다면 교체전 점화플러그 간격을 확인하자.간극이 잘못된 점화플러그를 사용하면 차량의 부조(찐빠)가 일어난다.
사용 중인 플러그를 탈거해서 전극과 절연체의 상태에 따라 엔진의 상태를 짐작할 수 있다. 절연체 전단이 갈색으로 노릇하게 익어있으면 정상, 절연체가 까맣게 카본이 침착되어 있다면 불완전 연소, 오일찌꺼기가 붙어 촉촉하다면 밸브가이드씰이나 피스톤링에서 오일이 넘어와 연소되고 있다는 뜻이다.[9] 벌겋게 녹이 보인다면 헤드가스켓 손상으로 냉각수가 연소실로 들어온다는 뜻이고, 허옇게 떠있다면 연소온도 과다이다. 그러나 이것은 어디까지나 참고일 뿐 정확한 상태는 엔진을 분해해봐야 한다.
카뷰레터 방식 엔진의 경우 냉간 시동이 잘 안 걸리는 이유 중 하나가 과도한 초크밸브 사용으로 과다공급된 연료에 의해 플러그 전극이 젖어 절연효과를 내버려 스파크가 잘 안 튀었기 때문이다. 이런 경우 플러그를 분리하여 히팅건이나 발열코일 등으로 연료를 말림과 동시에 예열하고 재조립해 시동을 거는 경우도 있다. 예초기 같은 2행정 엔진은 오일을 섞어 태우기 때문에 이런 경우가 더 잦은데, 성묘하러 가서 플러그가 젖어 예초기 시동이 안 걸릴 경우를 대비해 플러그를 빼낼 공구와 라이터를 챙겨가는 게 좋다. 요즘의 전자식 연료분사를 사용하는 자동차 엔진은 이런 현상이 거의 없다.
사용하다보면 육각부위 뒷쪽 절연체에 갈색의 얼룩이 생긴다. 코로나 현상이라고 부르며, 이는 전류가 점화플러그 부트 안에 있는 +로 누설되며 발생하는 것으로 그만큼 점화에너지의 손실을 의미한다. 이를 막기 위해 절연구리스를 바르고 장착하는 게 정석이지만 보통 순정상태의 차량들은 이런 손실이 아무 미미한 수준이라 생략한다. 그렇지만 점화코일을 고사양으로 교체하는 등 점화계통을 튜닝한 경우 기껏 올려놓은 점화 에너지가 부트 내부에서 누설될 수 있으니 절연구리스를 발라야 한다.
LPG 자동차의 경우 엔진의 고열로 인한 점화플러그의 고착 현상이 자주 발생한다. 주기적으로 점화플러그를 열거나 안티 시즈를 발라주는 것이 좋다. 만일 점화플러그가 고착된다면 WD 40이나 브레이크액을 조금 집어넣고 1~2시간 후 살살 풀어보거나 전문적으로 점화플러그를 분해하는 곳을 찾아가는 게 좋다. 일반적인 카센터에서는 점화플러그 고착->파손에 따른 부담으로 엔진 헤드 교체를 권유하는 곳이 많다.
점화 플러그로 자동차 유리창[10]를 쉽게 깰 수 있다. 정확히 말하자면 점화 플러그를 분해하면 나오는 세라믹 제질의 작은 돌조각을 통해 쉽게 유리창을 깰 수 있다. 덤으로 꺠질 때도 소리가 작게 나기 때문에 금상첨화. 이 때문에 '닌자'라는 이름이 붙었다.
원리는 강화 유리의 특성에서 유래한다. 강화 유리는 내부에 강한 힘을 항상 받고 있는 구조로 되어 있다. 따라서 한 점에서 일정한 크기 이상의 힘이 가해져 깨지기 시작하면 전체 유리창이 깨지게 되어 있다. 점화 플러그 속의 세라믹은 매우 강도가 높은 물질이며, 점화 플러그를 조각 내면 뾰족한 모서리가 생긴다. 점화 플러그를 유리창에 던질 때 점화 플러그 조각의 뾰족한 모서리 부분이 유리창에 닿으면 아주 작은 면적에 모든 힘이 집중된다. 즉, 힘은 작지만 큰 압력이 유리창에 전달된다. 이 압력으로 유리창의 한 점이 깨지면서 전체 유리창이 깨지게 된다.
서양의 창작물에서는 단골로 등장하는 소재이며, 이를 이용한 강도 사건은 최소 1995년부터 존재했다고 한다. 미국에서는 자동차 유리를 깨고 안의 물건을 쓸어가는 좀도둑이 극성을 부려서 경찰의 큰 경계 대상이다.
Spark Plug
1. 개요
주로 휘발유 엔진의 연소실에 장착되어 혼합기의 점화를 위해 전기방전 스파크를 발생시키는 부품.
2. 상세
피스톤이 상사점에 도달하여 혼합기가 최대한으로 압축되었을 때[1] 점화코일에서 유도된 2차전류가 유전율을 넘으면 전극에서 방전되면서 불꽃을 일으켜 점화시키는 역할을 하는 장치이다. 가운데 전극(팁)이 (+)에 해당되고 몸통 및 전극 주변의 다리가 (-)극이다. 보통은 전극 다리가 1개이지만 제조사에 따라 다리가 2~4개인 것도 있고 다리가 하나도 없는 연면형 플러그도 있다. 전극 주변은 절연을 위해 세라믹 재질의 절연체가 둘러싸고 있다.
위치는 2행정/4행정을 막론하고 보통 실린더 헤드에 들어간다. 장착 갯수는 보통 기통당 1개씩인데, 기통수 이하로 들어가는 경우는 매우 드물며 [2] 확실한 연소를 위해 기통수보다 많은 갯수가 들어가는 경우는 종종 있다. [3]
3. 점검법
※주의: 스파크 플러그 점검은 '''아주 위험하다.''' 안전장치를 꼭 제대로 하고 점검을 하자.
1. 우선 시동을 OFF로 돌리고 하이텐션 코일과 스파크 플러그를 빼자. 반드시 OFF로 둬야한다.
2. 빼낸 플러그를 살펴보자. 새카만게 잔뜩 묻어있다면 그건 탄소 찌거기다.
3. 점검하고 싶은 플러그를 하이텐션 코일과 연결하자. 목장갑같은 절연체를 끼고 만지자.
4. 다시 시동을 ON으로 돌린다.
5. 시동을 걸면서 스파크 플러그를 엔진 블록에 비벼보자. 불꽃이 튄다면 그건 정상이고, 안튄다면 교체다.
3.1. 교체주기, 방법
아직까지 상용화된 압축착화식 가솔린 엔진이 없는 관계로 가솔린/LPG/천연가스를 연료료 사용하는 차량에는 반드시 필요한 장비이다. 그럼에도 불구하고 고온 고압의 엔진 내부 환경에 노출되면서 1만V 이상의 전기 방전이 일어나는 특성상 소모품에 속하는데, 중앙 전극의 재질에 따른 수명의 편차가 상당히 큰 편이다. 일반 니켈이나 이트륨합금 전극의 점화 플러그의 대체적인 수명은 60,000km, 백금은 80,000km, 이리듐 재질 플러그는 160,000km[4]로 차이가 꽤 큰 편인데, 이상하게도 재질보다는 제조사에 따라서 제품 간 가격 차이가 극심한 편이다. 투입되는 기술력이나 신뢰도 면에서 유의미한 차이가 있다고 하는 사람도 있으니 잘 생각해 볼 것. 그러나 일반적인 주행에서라면 회사나 가격에 따라서 큰 차이가 발생하지는 않는다.
교체 시에는 반드시 자동차에 이미 장착되어 있는 점화플러그의 사양을 확인하는 것이 필요하다. 특히 열가와 같은 핵심 사양은 가급적 맞춰주는 것이 좋은데[5], 이를 지키지 않을 경우 내구도와 신뢰성이 높은 점화 플러그라도 신뢰성에 문제가 생겨 오래 사용하지 못할 수도 있기 때문이다. 그리고 엔진에 노킹을 일으키거나[6] 미스파이어링을 일으켜서[7] 엔진에 영 좋지 않은 영향을 준다.
외관 치수도 중요한데, 90년대까지의 과거에는 나사구경 M14에 22mm 육각소켓렌치를 쓰는 규격이 많았고, 그 이후 현재까지 대부분의 MPI엔진은 보통 나사구경 M12에 16mm 육각소켓렌치로 조으는 플러그가 표준 사이즈이지만, GDI엔진의 경우 연소실에 인젝터까지 들어가야 해서 구경이 작고 긴 나사를 쓰는 것도 있다. 나사 길이가 규격보다 짧은 것을 쓰면 압축비가 떨어져 엔진이 제 성능을 못 내며 규격보다 긴 것을 쓰면 전극이 피스톤과 충돌할 우려가 있다.
교체할 때는 정비 매뉴얼이나 점화플러그 포장박스에 인쇄된 토크 규정치[8]를 참고해서 작업해야 한다. 느슨하게 조이면 압축압력이 새어나가 엔진 출력이 안 나오고, 너무 세게 조았다가 나사산이 망가지면 실린더 헤드를 들어내야 하는 수가 있다. DIY중 점화코일 커넥트를 부러뜨리는 경우가 많다. 현대,기아 자동차의 경우 이중락으로 되어있고 열을 많이 받는곳이라 플라스틱이 약해져있으니 주의가 필요하다.
중앙전극과 접지전극 사이의 갭이 쓰다보면 열변형이나 소손 등의 사유로 변하게 될 수 있다. 너무 넓어지면 방전에 필요한 전압이 높아져 점화계통에 무리가 가고, 너무 좁으면 스파크가 작게 일어나 실화가 생긴다. 그래서 예전 가난하던 시절에는 갭을 간극게이지로 측정하여 맞춰주곤 했는데 요즘은 점화플러그의 단가가 싸다보니 그냥 교체해버린다. 요즘 웬만한 신품 플러그는 갭이 표준화되어 맞춰진 채로 나오지만, 유통과정에서 전극에 충격을 받은 물건은 쓰지 말고 반품을 하는 게 좋다. 괜히 무리하게 갭 맞추려고 접지전극을 휘다간 부러지는 수가 있다. DIY를 한다면 교체전 점화플러그 간격을 확인하자.간극이 잘못된 점화플러그를 사용하면 차량의 부조(찐빠)가 일어난다.
3.2. 플러그 상태를 통한 엔진 점검
사용 중인 플러그를 탈거해서 전극과 절연체의 상태에 따라 엔진의 상태를 짐작할 수 있다. 절연체 전단이 갈색으로 노릇하게 익어있으면 정상, 절연체가 까맣게 카본이 침착되어 있다면 불완전 연소, 오일찌꺼기가 붙어 촉촉하다면 밸브가이드씰이나 피스톤링에서 오일이 넘어와 연소되고 있다는 뜻이다.[9] 벌겋게 녹이 보인다면 헤드가스켓 손상으로 냉각수가 연소실로 들어온다는 뜻이고, 허옇게 떠있다면 연소온도 과다이다. 그러나 이것은 어디까지나 참고일 뿐 정확한 상태는 엔진을 분해해봐야 한다.
4. 기타
카뷰레터 방식 엔진의 경우 냉간 시동이 잘 안 걸리는 이유 중 하나가 과도한 초크밸브 사용으로 과다공급된 연료에 의해 플러그 전극이 젖어 절연효과를 내버려 스파크가 잘 안 튀었기 때문이다. 이런 경우 플러그를 분리하여 히팅건이나 발열코일 등으로 연료를 말림과 동시에 예열하고 재조립해 시동을 거는 경우도 있다. 예초기 같은 2행정 엔진은 오일을 섞어 태우기 때문에 이런 경우가 더 잦은데, 성묘하러 가서 플러그가 젖어 예초기 시동이 안 걸릴 경우를 대비해 플러그를 빼낼 공구와 라이터를 챙겨가는 게 좋다. 요즘의 전자식 연료분사를 사용하는 자동차 엔진은 이런 현상이 거의 없다.
사용하다보면 육각부위 뒷쪽 절연체에 갈색의 얼룩이 생긴다. 코로나 현상이라고 부르며, 이는 전류가 점화플러그 부트 안에 있는 +로 누설되며 발생하는 것으로 그만큼 점화에너지의 손실을 의미한다. 이를 막기 위해 절연구리스를 바르고 장착하는 게 정석이지만 보통 순정상태의 차량들은 이런 손실이 아무 미미한 수준이라 생략한다. 그렇지만 점화코일을 고사양으로 교체하는 등 점화계통을 튜닝한 경우 기껏 올려놓은 점화 에너지가 부트 내부에서 누설될 수 있으니 절연구리스를 발라야 한다.
LPG 자동차의 경우 엔진의 고열로 인한 점화플러그의 고착 현상이 자주 발생한다. 주기적으로 점화플러그를 열거나 안티 시즈를 발라주는 것이 좋다. 만일 점화플러그가 고착된다면 WD 40이나 브레이크액을 조금 집어넣고 1~2시간 후 살살 풀어보거나 전문적으로 점화플러그를 분해하는 곳을 찾아가는 게 좋다. 일반적인 카센터에서는 점화플러그 고착->파손에 따른 부담으로 엔진 헤드 교체를 권유하는 곳이 많다.
5. 관련 장치 및 용어
- 점화 코일: 점화플러그에서 스파크가 튈 수 있도록 전압을 승압해주는 장치. 1차 코일과 2차 코일로 이뤄져 있으며 각 코일의 권선수가 다르다. 보통 1차코일이 수백 회 감겨져 있으면 2차 코일은 수천 회 정도 되며, 1차 코일에 12V의 전기가 흐르면 2차코일에 유도전류가 발생하는데 1만V 이상의 고전압이다.
- 점화 진/지각: 실린더 상사점을 기준으로 좀 더 일찍 점화불꽃을 튀기는 것을 진각이라 하며 늦게 튀기는 것을 지각이라 한다. 가솔린 엔진이 출력이 많이 나오려면 최적의 점화시기일 때 점화불꽃을 튀겨야 하며 이 시점을 MBT(Most advance for Best Torque)점이라 하며, 이보다 너무 빨리 튀기면 노킹이 발생하고 너무 늦게 튀기면 실화가 발생한다.
- 배전기: 각 실린더의 점화순서에 맞게 점화전류를 배분하는 장치. 2기통 이상 다기통 엔진 중에서 과거 ECU가 없는 카뷰레터 방식 엔진이나 80~90년대 초기 전자제어 엔진에 사용되었다. 옛날에 이거 만져본 나이 많은 정비사분들은 영문명인 디스트리뷰터(Distributor)에서 유래한 '뷰다'라는 명칭으로 부른다.
- DLI(Distributor-Less Ignition): 배전기가 없어지고 각 실린더마다 점화코일이 하나씩 올라간 독립 점화방식. 2000년대 이후 요즘 가솔린차는 전부 이 방식이다.
- 캠포지션 센서(CPS): 전자제어 엔진의 점화시기를 결정하기 위해 캠의 회전각도를 검출하는 센서다.
5.1. 닌자 락스(Ninja Rocks)
점화 플러그로 자동차 유리창[10]를 쉽게 깰 수 있다. 정확히 말하자면 점화 플러그를 분해하면 나오는 세라믹 제질의 작은 돌조각을 통해 쉽게 유리창을 깰 수 있다. 덤으로 꺠질 때도 소리가 작게 나기 때문에 금상첨화. 이 때문에 '닌자'라는 이름이 붙었다.
원리는 강화 유리의 특성에서 유래한다. 강화 유리는 내부에 강한 힘을 항상 받고 있는 구조로 되어 있다. 따라서 한 점에서 일정한 크기 이상의 힘이 가해져 깨지기 시작하면 전체 유리창이 깨지게 되어 있다. 점화 플러그 속의 세라믹은 매우 강도가 높은 물질이며, 점화 플러그를 조각 내면 뾰족한 모서리가 생긴다. 점화 플러그를 유리창에 던질 때 점화 플러그 조각의 뾰족한 모서리 부분이 유리창에 닿으면 아주 작은 면적에 모든 힘이 집중된다. 즉, 힘은 작지만 큰 압력이 유리창에 전달된다. 이 압력으로 유리창의 한 점이 깨지면서 전체 유리창이 깨지게 된다.
서양의 창작물에서는 단골로 등장하는 소재이며, 이를 이용한 강도 사건은 최소 1995년부터 존재했다고 한다. 미국에서는 자동차 유리를 깨고 안의 물건을 쓸어가는 좀도둑이 극성을 부려서 경찰의 큰 경계 대상이다.
[1] 이때를 MBT지점(Most advance for Best Torque-최대토크가 발생되는 최대진각) 이라고 한다[2] 수평 대향 피스톤 엔진(박서엔진이 아니라 피스톤이 마주보고 움직이는 엔진, 옛날 영국 육군의 치프틴 전차가 이 형식의 엔진을 썼다)의 경우가 그 드문 예 중에 하나일 것이다.[3] 벤츠의 M112, 알파로메오의 트윈스파크 엔진들이 기통당 점화플러그가 두 개씩 들어갔다. 반켈엔진도 보통은 로터 하나당 점화플러그가 두 개씩 들어간다.[4] 이륜차의 경우엔 그 1/3 또는 절반 정도로 생각하면 된다. 기본적인 RPM 차이가 2~3배 나기 때문[5] 열가 수치는 제조사마다 다르게 표기하니 제조사별 열가호환표를 인터넷으로 검색하여 참고하여야 한다[6] 냉형 플러그가 필요한 차량에 열가가 낮은 열형 플러그를 끼울 경우. 플러그 끝부분의 열이 안 빠져나가 스파크를 안 튀겨도 혼합기에 불이 붙을 만큼 뜨거워져 버린다.[7] 열형 플러그가 필요한 차량에 열가가 높은 냉형 플러그를 끼울 경우. 카본 퇴적물이 타지 못해 쌓이다 결국 스파크가 안 튄다.[8] 현대기아차 같은 경우는 각도법으로 하라고 되어 있다[9] 2행정 엔진은 원래 오일을 같이 태우니 해당되지 않는다[10] 강화 유리로 만들어지는 측면 한정. 다시 말해 앞유리창은 이걸로 못 깬다.