자동차 정비부터 튜닝까지/자동차 튜닝

GT3565 2013. 7. 19. 01:48

안녕하십니까?

레종디비입니다..

 

오늘은 다이후기글도 정비후기글도 아닌..

 

정비의 기본이기도 하고 가장 저렴하고 쉬운 튜닝인 점화계통에 대해 저의 짧은 생각을 적어보겠습니다..

먼저 점화플러그의 기능과 엔진에서 점화계통의 역할을 알아보겠습니다..

 


어느 정도의 상식이 있는 분들이라면 점화플러그의 기능을 아실것입니다..

그러나 다시 한번 정의를 내려 보자면..

 

점화플러그(spark plug)는 내연기관에서 고압의 전류를 순간적으로 방전시켜서 연료를 점화시키는 장치로 약간의 간격을 두고 분리되어 있는 2개의 전극이 내연기관의 실린더 머리부분에 장착되어 있어서 점화장치로부터 고전압의 전류가 방전됩니다. 전극은 고온에서 견딜 수 있어야 하며 전극들 사이에 있는 절연체 역시 고온과 수천V(볼트)에 달하는 전기적 응력을 견뎌내야 합니다. 전극의 간격이 점화 에너지에 영향을 주며 절연체의 모양에 따라 작동온도가 바뀔 수 있습니다.

 


온도가 너무 낮으면 그을음이 생겨 전극 간격 사이에 단락현상이 일어날 수 있으며 반대로 너무 높으면 조기점화현상이 일어날 수 있습니다.

 

내연기관의 발명과 더불어 독일의 로베르트 보쉬가 호놀드라는 동료와 1902년 발명하였습니다.

벌써 110여년이 지난 발명품이지요..

미국의 토마스 에디슨과 동료인 독일의 전기공학자 지그문트 베르그만과 함께 일하기도 했습니다..

후일 에디슨의 제너럴일렉트릭사와 기업가와 발명가로 비교되기도 하지요..

 

뭐 좀더 이야기하자면..

1일 8시간 노동제를 처음으로 도입한 회사가 보쉬입니다..

 


다시 점화플러그로 돌아가서..


내연기관의 점화전류를 발생하는 장치인 보쉬 자석발전기과 함께 내연기관의 핵심기술이 되었습니다.
나중에 베터리가 발명되고 베터리에 전기를 저장하고 전압을 증폭하는 점화코일의 발명으로 구조에서 획기적 변화를 격게 됩니다.
내연기관의 역사에 있어서 연료의 엔진 주입방식은 많은 발전을 거듭하고 변화되어 왔지만..

점화플러그는 내연기관의 역사와 그 궤를 같이 해오고 있습니다..

과거에서 현재에 이르기까지 2행정 사이클기관이던 4행정 사이클 기관이던간에
점화플러그의 기능은 압축 폭발과정에서 불꽃을 튀겨주는 그 기능은 변함이 없습니다..

 

또한 이 과정이 디젤엔진과의 차이점이기도 하구요~

 

일단 점화계통의 역할과 기능을 보면..

베터리에 저장된 12V의 전기가 점화코일로 들어가서..2만~4만V 까지 증폭이 됩니다.

레조의 경우는 배전기를 통해 각 기통의 점화시기에 맞게 각 실린더로 점화케이블을 통해 배분이 되고..
점화플러그에서 방전되고 착화가 일어나 화염이 전파되고 폭발이 일어나게 됩니다.

 

비유를 하자면 엔진에서 번개가 치는 것과 같지요.
번개가 다른곳보다 뾰족한 곳으로 방전이 되듯이..

플러그의 중심전극 역시 같은 원리로 방전하는 것이지요~

 

중심전극의 굵기가 작을수록 방전과 불꽃의 전파속도가 빨라집니다.

그러나 내연기관의 연소가스의 순간 최고온도는 1200도에 이르고, 연소실 온도는 2000~2500도 입니다.

 

다시한번 점화플러그가 견뎌야 하는 가혹환경을 정리해봅니다.
1. 상온 <-> 2000~2500도를 반복적으로 교차되는 공간에 노출되어 있습니다.
2. 20000~40000V의 고전압에 견뎌야 합니다.
3. 50KG/cm2의 폭발압력을 견뎌야 합니다.
4. 가솔린과 연소가스에 의한 화학적인 부식에 견디어 내야합니다.

 

이러한 가혹조건을 만족하기 위해서는 고온에서의 절연성이 우수하고 열전도성이 우수하며 열충격(급열, 급냉), 그리고 기계적 강도가 우수해야 합니다.

 

그래서 현재까지는 구리계열부터 백금족 계열 소재를 사용할수 밖에 없습니다.

백금족 원소로는 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금등이 있고
구리계열은 구리가 녹는점이 낮은 관계로 니켈및 크롬을 합금하여 사용합니다.

 

백금족 원소중 플러그 전극 소재로 사용되는 금속의 물리적 성질을 알아보면
이리듐의 녹는점은 2410도로 백금족에서는 세번째 지구에서는 다섯번째로 녹는점이 높고, 밀도는 철의 3배인 22.4로 지구에 존재하는 금속중 가장 무겁습니다.
같은 백금족인 백금의 경우는 녹는점이 1770도 밀도는 21.4입니다.

 

또 다른 예를 들면,
백금족을 플러그의 소재로 사용할수 밖에 없는 것은 산화환원반응의 촉매로 사용되는 가장 좋은 소재입니다.
배기가스의 완전연소에도 역시 백금이 사용되고 있습니다.

 

일반플러그의 전극의 소재는 니켈-크롬합금을 사용하게되는데..보통 교환주기는 휘발류 엔진은 4만 LPG엔진은 2만KM를 권장합니다.

앞서 언급한 대로 중심전극의 굵기를 작게 할수록 방전과 불꽃의 전파속도가 빨라지게 되는데..
일반 플러그는 그 굵기를 작게 할수 있는 한계가 있기때문에..

일반적으로 그 굵기는 2.5미리정도입니다..

 

그러나 백금이나 이리듐을 사용하게 되면 굵기를 더 작게 할수 있겠지요~

 

 

아직 이해가 덜가신 다면 일단 점화플러그의 구조와 명칭을 보시고 마지막으로 소재와 메이커별 비교를 해보겠습니다.

 

 

레조용(lpg용) 플러그 비교

 

 종류  메이커  중심전극소재  접지전극소재  중심전극굵기  전극간극  품명  품번
 일반플러그  보쉬  니켈-크롬합금  니켈-크롬합금  2.5mm  0.7mm    WR8DC
 백금플러그  보쉬  백금  백금  0.4mm  0.7mm  플래티넘 플러스  WR8DP
   챔피온  백금  백금  0.8mm  0.7mm  sm5순정플러그  
   오토라이트  백금  백금  정보없음  0.7mm  싱글백금, 더블백금  AP63, APP63
   덴소  백금  백금  1.1mm  0.7mm  플래티넘 롱라이프  P20PR8
   NGK  백금  백금  0.8mm  0.7mm  레이저 플래티넘  PFR6N
 이리듐플러그  오토라이트  이리듐  백금  0.4mm  0.7mm  XP 이리듐  XP63
   덴소  이리듐  백금  0.4mm  0.7mm  이리듐플러스  VW20T
   NGK  이리듐  백금  0.6mm  0.7mm  이리듐ix  BPR6EIX-LPG

 

 

 

이제 구조와 소재에 이해하셨으면..
또다른 기준인 열가입니다..


LPG는 연료의 특성상 2가지 열가만 사용되고 있습니다.
그러나 플러그 메이커별로 열가의 표시기준이 다르기 때문에..

열가에 따른 특성과 표시방법을 소개해 드립니다..


 

점화플러그의 열가(Heat Value)는 연소실내부에서 전해지는 열을 방출하는 정도를 나타내는 수치입니다. 이는 중심전극과 중심전극을 둘러싸고 있는 단열재의 길이와 재질에 따라 달라집니다.

열가가 높은 경우에 이를 냉형(cold type)플러그라고 칭하며, 그만큼 점화플러그 전극의 온도가 빨리 내려간다는 의미입니다.

점화플러그가 제 때 열을 방출하지 못하고 뜨거워져 있는 상태에서는 적절한 시기 이전에 조기발화가 되어버려 노킹의 원인이 됩니다.

 

 

한편, 점화플러그에는 자가청정온도(self cleaning teperature)라는 것이 있는데, 이는 전극에 달라붙는 카본 등의 퇴적물을 스스로 태워버리는 온도를 말합니다.(대략 450도~ 850도)

이러한 자가청정온도 아래로 떨어지게 되면 전극에 쌓이는 카본 등을 스스로 태우질 못하게 되어 점화에 방해를 받게 됩니다.

따라서, 자가청정온도를 유지하는 범위내에서 조기발화가 되지 않을 만큼 열을 적절하게 방출 하는 것이 중요합니다.

엔진이 순정상태이면 당연히 순정열가를 사용하여야 하며,왠만한 N/A 튜닝차량이라 하더라도 굳이 열가를 높일 필요는 없습니다.

 

다만, 과급(터보차져 or 수퍼차져)차량이거나 압축비를 달리하였거나 ECU맵핑을 통해 점화시기를 조절한 차량들은 그에 따른 적절한 열가를 선택하면 됩니다.

 

- 메이커별 열가표시

NGK, 덴소, 챔피온, 보쉬, 오토라이트 등의 메이커별로 열가를 표시하는 방법이 다릅니다. 우리가 보통 얘기하는 수치는 NGK 제품의 열가 기준입니다.

 

 

 

 

점화플러그 판매광고글을 보시면 각 메이커별로 호환되는 열가 수치를 비교해 놓은 표를 쉽게 발견할 수 있을 겁니다.

 

대략적으로 보면, NGK 열가에 3을 곱하면 덴소의 열가입니다. 즉, NGK 열가 5 제품과 호환되는 덴소 제품은 열가 16이라고 적혀 있습니다.


 

자 그럼 LPG를 연료로 사용하는 레조의 점화플러그 열가는 NGK 표시 기준 6입니다. 덴소라면 20이구요.
보통 휘발류 보다 높은 편이고 순정를러그보다 높은 편입니다.

 

그 이유는 앞서 열가소개 내용을 좀더 구체화 시키자면 LPG 엔진이 휘발류엔진보다 엔진열이 높은 관계로..
플러그 내구성이 떨어집니다..그래서 전극의 온도를 빨리 식혀주기 위해선 열가가 높은 플러그를 사용할수 밖에 없습니다.

그러나 순정 플러그 열가는 휘발류엔진과 같은 5입니다.
그래서 권장교환주기가 휘발류보다 떨어집니다.

 

휘발류 4만 LPG가 2만인 이유지요..

백금이나 이리듐 플러그를 사용해야하는 또 다른 이유가 되는 것입니다.

현재 이리듐 플러그의 경우 메이커마다 권장교환주기가 다르지만..보통 10만~15만입니다.

NGK가 15만이고 덴소와 오토라이트는 10만입니다.

지난번 다이글에서는 10만이었죠~
덴소 기준이었습니다.

 

점검은 당연 2만마다 하시는게 맞고 이리듐 플러그라면 그때 마다 전극간극을 확인하고 조정을 하시면 되겠지요..
순정플러그는 간극조정을 하여 사용할 필요가 없습니다..너무 가격이 싸기 때문에 신품으로 교환이 더 경제적입니다..


 

현재까지 차량유지비용과 가격대비 엔진마력을 높일수 있는 가장 경제적인 방법은 점화플러그와 케이블을 교환하는 방법입니다..

이리듐 플러그의 수명은 순정대비 5배, 가속력은 0.7초단축, 연비는 3.5%향상, 엔진출력 1%향상

 

이런 문구로 마무리를 하다보니..
꼭 장사꾼 같군요~

 

참고로 덴소나 NGK 이리듐 소재 플러그는 일본산입니다.

국내의 합작회사인 풍성덴소나 우진공업의 생산품이 아닙니다..
그래서 가격이 비싼 편이지요~

 

 

반면에 백금플러그는 한국보쉬, 풍성덴소, 우진공업에서 생산하기 때문에..
상대적으로 저렴합니다..

 

또한 구리-니켈-크롬합금에 백금코팅 소재의 백금플러그는 더 싼편이구요~
백금플러그는 백금코팅인지 백금인지 확인하실 필요가 있습니다.

최대한 조사를 하여 글에 기록하였습니다만..

 

레조에 적합한 플러그 제원을 가진 플러그의 정보가 정확히 확인이 안되는 경우가 있기에..
실제 구매시는 검증된 데이터를 확인하시고 구매하세요~

 

이상으로..
점화플러그의 역할과 소재별 플러그의 특성에 대한 글을 마칩니다.

 

머리속 정보를 실제 데이터와 비교하다 보니..
글 작성만 3일이 걸렸네요~

 

이런글은 안쓰고 싶은데..
실제 데이터를 확인하면 어쩔수가 없습니다..

 

그럼

좋은글 너무 감사합니다
진심감사드리며 수고하셨습니다. 건강하셔 좋은 지식 공유바랍니다~
많은도움이되었읍니다....감사드립니다...
다시한번 읽고 갑니다. 물론 금방 또 까먹겠지만...
이리듐 플러그가 순정대비 수명 5배란 표현을 하셨는데 요즘은 국산차 순정 점화플러그가 덴소 이리듐으로 나오는게 많습니다. 가격도 사재보다 순정이 더 싸지요.. 10년된 차에도 덴소 이리듐 메이드인 재팬이 순정이더군요(NF 트랜스폼)