点火プラグとは?火花放電によって混合気に着火する装置【バイク用語辞典:点火編】

■安定した強い火花を飛ばすには、電極のギャップと熱価がポイント

●低負荷運転エンジンにはホットタイプ、高出力エンジンにはコールドタイプ

ガソリンエンジンでは、点火プラグの電極間に発生する火花放電によってシリンダー内の混合気が着火して、燃焼が始まります。安定した強い火花を飛ばすことが、熱効率を上げて燃費や出力を向上させるためには重要です。

高温高圧のシリンダーの中で火花を飛ばす点火プラグの構造や機能について、解説していきます。

●点火プラグの役割とは

点火プラグは、点火コイルで発生した数万Vの高電圧を受けて、絶縁破壊によって電極間に火花放電します。この火花によって、シリンダー内の混合気は着火され、火炎となって燃焼室全域に広がります。

燃焼のトリガーとしての重要な役目を担う点火プラグには、2000Kを超える高温と10MPaを超えるような高温高圧下の過酷な条件でも、確実に火花を飛ばすことが要求されます。

具体的には、機械的強度と耐熱性に優れ、燃焼ガスを漏らさず熱を逃がすこと、さらに燃焼ガス中のカーボンやオイルなどによって電極が汚損しないことが求められます。

●点火プラグの構造

点火プラグの構造
点火プラグの構造

点火コイルから高電圧を供給される中心電極(+)は、高アルミナセラミックスなどの絶縁ガイシ(インシュレータ―)によって絶縁保護されています。中心部には熱伝導をよくするための銅芯が入れられ、熱を逃がしています。

この中心電極と、燃焼室に組み付けるためのネジ部から出ている接地極(-)との間で火花が飛びます。中心電極と接地極とのギャップ(隙間)は、通常0.6~1mm程度に設定されます。ギャップが狭いと火花は飛びやすいが火花エネルギーは小さく、一方ギャップが広いと火花は飛び難いが高エネルギーの火花が発生します。

また混合気の圧力や温度にも火花放電は影響されるので、広い運転条件で安定した強い火花が飛ぶようにギャップは選定されなければいけません。

●熱価(ホットタイプとコールドタイプ)

点火プラグの電極温度が高すぎると、火花が飛ぶ前に勝手に熱面着火を起こす恐れがあります。一方、低すぎるとプラグ表面に付着したカーボンが焼き払えず付着しやすくなります。

したがって電極温度は、付着したカーボンを焼き払う自己清浄作用のために、500~900℃程度に保つ必要があります。

点火プラグの熱価
点火プラグの熱価

点火プラグの電極温度を支配するのが、電極から燃焼室壁面への放熱です。この放熱能力を数値化したものが、点火プラグの「熱価」です。通常6番を基準として、番数が低いほど放熱性が低く、熱がこもり電極温度が上がりやすいことを示します。

絶縁ガイシの電極付近の放熱面積を大きくしたものをコールドタイプ、ガスポケットを広くとり放熱面積を小さくしたものをホットタイプと呼びます。

低出力エンジンで比較的低速低負荷運転を多用する場合は、ホットタイプで温度を維持して自己清浄作用を促進します。一方、高出力エンジンでは温度が上がり過ぎないようにコールドタイプを使います。

●さまざまな点火プラグ

最近は、多種多様なエンジンに対応するために点火プラグのバリエーションが増えています。

点火プラグの電極は、放電による摩耗は避けられません。従来は、中心電極にはニッケル合金が使われていましたが、現在は耐久性を向上させるために、さらに融点の高い白金チップを電極に使った白金タイプが主流になりました。また、電極部を細くしてカーボン汚損を抑えながら、着火性能を向上させたイリジウム合金電極の採用例も増えてきました。


点火プラグは、自動車用もバイク用も基本的には共通です。ただし、バイクは自動車に対して常用回転数が約倍と高いので、点火回数が倍になり寿命は半分になります。

例えば、一般的な自動車の点火プラグの交換時期を5万kmとすると、バイクの交換時期の目安は2.5万kmです。

(Mr.ソラン)

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