プラグのハナシその1

スパークプラグで一番重要なのは、定められた時期に正確で確実な
強い火花を電極間に発生させて、混合気の燃焼のきっかけを作ってやる事
でござる。ワン！！そこで、高性能なプラクの条件としては、

★まず電気的条件として
電流はできるだけ近道をしたがる性質を持っているため、常に火花ギャッ
フ以外で飛火しようとする。一般に絶縁体磁器の電気絶縁性は常温で高く、
高温になると低下する傾向を持つ。したがって、高温でも絶縁性の低下が小
さい特殊な絶縁体磁器が必要になる。また、電極材料にしても高温下で火花
性能が良く、火花消耗の少ない材料が要求される。と聞いてござる。

★さて熱的条件であるが・・・
プラグの熱的条件には，低負荷な低速運転時から高負荷な高速運転時まで
様々ある。まず混合ガスの温度は吸入時にはほぼ常温だが、爆発時には
２５００度Ｃ前後にまで上昇する。このように急熱急冷が繰り返されるので、
絶縁体磁器はこうした運転条件に十分に耐えられるものでなければならない。
また、熱膨張係数が金属と磁器では異なるため、圧縮圧力のかかった時に
ガス漏れのない構造や気密性の保持が必要なのだ・・ワン！！
この気密性が不完全だと圧縮漏れや燃焼ガス漏れを起こす。
また、プラグは燃焼ガスの熱を一方的に受けるため、この熱を逃がして
やらなければならない。これがうまくいっていないと焼きすぎとなり、プラグ
は、その役目を果たす事が出来なくなる。しかし、受けだ熱をすべて逃がして
しまったのでは、今度はカーボンか発火部に付着して汚れてしまう。
これを焼き切ってしまうように、プラグの温度を保つ必要があるのだ。・・ニャンゴロリン

　★次に機械的条件であるが、
混合ガスの爆発圧力は５０気圧前後に上り、それが毎分何千回も繰り返さ
れる。振動も伴うので、絶縁体磁器の機械的な強度も大き〈なければならない。
また、上記でも触れたようにプラグは金属と磁器との組み合わせで成り立っ
ているため、振動でがたつくようなことがあってはならない。構造も堅牢で
ある必要があるのだ。

★最後に化学的条件だが、
ガソリンに含まれている硫黄分や添加剤として含まれているその他の成分
が絶縁体磁器や電極に悪影響を及ぼすため、良質の材料が要求される。
また、最近では需要が少なくなったが、有鉛ガソリンには制爆剤として四
エチル鉛が添加されている。これが燃焼時に鉛酸化物となって絶縁体発火部
に付着してしまうと、高温になった時に導電体となり、高圧電流の逃げ道と
なって効率を落としてしまう。
まあ、最近では有鉛ガソリンの入手は、だいぶ困難な状況なので、我輩
などは、純然たる普通ハイオクガソリンを使っている。また、冬場など、圧縮比が、
あまり高くない我が旧車は、時々レギュラーガソリンを入使用して
旧車仲間に自慢するが、果たしてこれが、自慢に値する事なのか、
また、エンジンに対して良いかどうかは、全くもって不明である。
・・不必要な余談で有った。スマン・・・ニャン！！

●さて今度は、点火プラグの構造である！！

スパークプラグは大き〈分けて、ハウジング・絶縁ガイシ・電極という主
要な３つの部分から構成されているのだ。・・ワンワン！！　
★ハウジング部
外観を構成し、ガイシの支持と、スパークプラグをエンジンに取り付ける
役目を果たしている。一般的なプラグの取り付けネジには、ビッチと次の４
組の組み合わせ例が用いられている。
①１８ｍｍ（ネジ径）→ｌ．５ｍｍ（ピッチ）、
②１４ｍｍ→Ｉ．２５ｍｍ
③１２ｍｍ→１．２５ｍｍ、
④１０ｍｍ→ｌ．００ｍｍ
また、ハウジングの下部には接地電極があり、中心電極との間にプラグ
ギャップを形成している。

★絶縁ガイシ
ガイシと一口に言っても、実際には多くの種類の材料を使用している。雲
母、普通磁器、ステアタイト磁器、特殊アルミナ磁器などが使用されている
が、この中ではアルミナ磁器か耐熱性、機械的強度、高温時の絶縁耐力、熱伝
導率などに優れているため、多用されている。

★電極
高純度のニッケルや特殊ニッケル合金が使用されている。また、中心電極に
白金が埋め込んであるものもある。
もちろん、このＢＢＳで、話題のイリジウム電極もあるでござる～！！

●火花電圧を左右する条件であるが・・・

★まず、火花電圧と電極形状・ギヤップに関してである。
大気圧内で電極間に放電させ、その火花間隔を変えると（電極の形状によっ
て差があるが、）すき間と火花電圧の関係は、電極間に火花を飛ばす場合、
同じギャツプでも電極の形状によって放電を始める電圧（火花電圧）には、
かなりの違いがある。つまり、電極が丸みを帯びているほど放電は起きにくく、
電極に角があったり、とがっているほど低い火花電圧で放電させることが出来る。
電極が丸みを帯びるほど、放電させるための火花電圧が高くなる傾向にある。
また、電極が同じ形状をしている場合プラグギャップが広くなるほど放電
しにくくなり、火花電圧は高くなる。・・という事は、広いギャップで飛んだ火花は、
強い火花であると言うことである。しかし、高圧ラインに全てその火花を飛ばす
ための高い電圧が、かかるため、プラグ以外での放電が、起こりやすくなる。
例　ローターアームとデスビセンターシャフト、やハイテンションコードと外部　
（エンジンブロック）等である。

★さて、火花電圧と混合比であるが、
混合気中の火花電圧は、大気中の火花電圧に比べ多少低い。しかし、実際
のシリンダー内では混合比によって電極温度が変化するから、薄い混合気で
は高い電圧を必要とする。

★火花電圧と電極温度
電極温度が高くなると、火花電圧は急激に低下する。これは熱
せられた電極の表面から放射される電子の数が増し、放電しやすい状態にな
るからだ。したがって、運転中は始動時に比べて火花電圧は低下することに
なる。
★火花電圧と温度
湿度が増すと電極温度が下かるために、火花電圧はわずかだが
上昇する。

●熱価とは熱の発散性のこと・・なのだニャァ～！！
熱価とはスパークプラグが受ける熱を発散させる度合。これが大きいプラ
グを高熱価（冷え型）、小さいものを低熱価（焼け型）と呼ぶ。
スパークプラグには使用上限温度と下限温度（自己清浄温度）が決められ
ている。前者はプレイグニッションが発生しない温度のことだ。中心電極の
温度が４５０～９５０度Ｃの間にある時に、プラグの機能が最高に発揮される。
しかし、現実には低速から高速まで、このような理想的な条件を満たすこと
はなかなか難しいのでござる。そのために、現状では中心電極に銅プレス
電極を使用し、ガイシ脚部を改良するなどして熱特性を改善している。

●ところで、重要な電極部の温度であるが、
プラグ電極の温度はエンジンの種類、状況、気温などによって異なるが、最
も関係の深いのは回転速度（車速）であるのだニャ～！！
★自己溝浄温度
中心電極の温度が４５０度Ｃ以下の場合には燃料が完全燃焼しない時に発生す
るフリーカーポンがガイシの表面に付着してガイシとハウジング間の絶縁が
低下する。そのため、電気の漏えいが起こり、ギャップでの飛火が不完全になり
失火の原因となる。４５０度Ｃ以上の温度ではカーボンは自然に焼き切れてしまう。
したがって、自己清争温度と呼ぼれるわけだ。
★プレイグ二ッション温度
中心電極が９５０度Ｃ以上になると電極が熱源となって、火花が飛ばなくても
点火する、いわゆるプレイグニッション（過早着火）が発生する。この結果、
出力列氏下を招き、電極の溶損にまで至ることがある。

●さて、熱価を左右する要素であるが、
スパークプラグの熱放散は「プラグの熱の放散経路図」のように行われ
る。また、自己清掃温度４５０度Ｃ、プレイグニツション温度９５０度
との関係は、（車速とブラグの温度図））である。
スパークプラグにとって最も重要なのは電極部での温度でござる。
これは気筒内のガス温度とプラグの設計のやり方に
よって変わって来る。中心電極の温度は図に見る経路て外
部に逃げる熱の絶対量によって変わって来るが、この原因として以下の４つ
が考えられる。
①ガイシと電極の熱伝導率
②火炎にさらされる部分の表面積
③外気にさらされる部分の表面積
④ガスポケットの形状・容積
高熱型（冷え型）のプラグでは、ガイシ脚部が短くなっていて、
火災にさらされる表面積とガスボケツトの容積が小さく、また、
ガイシ脚部からハウジングに至る放熱経路が短くなっているため
熱放散が良好で、中心電極の温度は上昇しにくい。
これに対して低熱型（焼け型）ブラグはガイシの脚部が長く、
火炎にさらされる表面積、ガスポケットの容積が大きくなってい
る。放熱経路も長くなるから熱放散も少ない。したがって、中心
電極の温度が上昇しやすく、高熱型に比べて低速でも自
己清掃温度に達しやすいわけだ。
この機能は力一ボンの除去の是非に大きく影響して来るから、
たいへん重要である。