スパークプラグ：機能、構造、作動原理と種類

クンレ・ショナイケ

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スパークプラグは、一部の内燃エンジンのシリンダーヘッドに取り付けられ、電気火花によって圧縮エアロゾルガソリンに点火する電気装置です。 スパークプラグには、厳重に絶縁されたワイヤによって外部の点火コイルまたは磁気回路に接続された絶縁中心電極があり、プラグの基部の接地端子とともにシリンダー内部にスパークギャップを形成します。

スパークプラグには 2 つの主な機能があります。

(1) 混合気を点火する。

プラグに供給される電圧が十分に高い場合、電気エネルギーは点火プラグを介して伝達され、プラグの点火端のギャップを飛び越えます。 この電気火花が燃焼室内のガソリンと空気の混合物に点火します。

(2) 燃焼室から熱を取り除くため。

スパークプラグは熱を作り出すことができず、熱を除去することしかできません。 プラグの点火端の温度は、過早点火を防ぐために十分低く保つ必要がありますが、汚れを防ぐために十分高く保つ必要があります。 スパークプラグは、燃焼室から不要な熱エネルギーを引き出し、熱をエンジン冷却システムに伝達することにより、熱交換器として機能します。 スパークプラグの耐熱範囲は、先端からの熱を放散する能力として定義されます。

工事

(1) リブ:絶縁体リブは、二次電圧や火花フラッシュオーバーに対する保護を強化し、プラグ本体に対するゴム製点火プラグ ブーツのグリップを向上させるのにも役立ちます。

絶縁体本体は酸化アルミニウムセラミックで成形されています。 スパークプラグのこの部分を製造するには、高圧乾式成形システムが使用されます。 絶縁体は成形後、鋼の融点を超える温度で焼成されます。 このプロセスにより、優れた絶縁耐力、高い熱伝導性、優れた耐衝撃性を備えたコンポーネントが得られます。

(2) 絶縁体：

絶縁体本体は酸化アルミニウムセラミックで成形されています。 スパークプラグのこの部分を製造するには、高圧乾式成形システムが使用されます。 絶縁体は成形後、鋼の融点を超える温度で焼成されます。 このプロセスにより、優れた絶縁耐力、高い熱伝導性、優れた耐衝撃性を備えたコンポーネントが得られます。

指針は点火プラグの絶縁体を示しています。 前述のように、それは酸化アルミニウムセラミックから形成されます。 外面にはリブ加工が施されており、点火プラグブーツにグリップ力を与え、同時に火花フラッシュオーバー (クロスファイア) からの保護を強化します。

(3) 16 進数:

六角形はソケットレンチの接触点となります。 六角サイズは基本的に業界で統一されており、一般にスパーク プラグのねじサイズに関連しています。

(4)。 シェル：

スチールシェルは、特別な冷間押出プロセスを使用して正確な公差に従って製造されます。 特定のタイプのスパーク プラグは、シェルの構造に鋼ビレット (バー ストック) を使用します。

(5) メッキ：

シェルはほとんどの場合メッキされています。 これにより耐久性が向上し、錆や腐食に対する耐性が得られます。 スチールシェルは、特別な冷間押出プロセスを使用して、または他の特殊なケースではスチールビレットから機械加工されて、正確な公差に従って製造されます。 シェルに六角形が加工されているため、ソケットレンチでプラグの脱着が可能です。

(6) ガスケット:

特定の点火プラグはガスケットを使用しますが、他の例は「ガスケットなし」です。 スパークプラグに使用されるガスケットは、シール目的で滑らかな表面を提供する折り曲げられたスチール設計です。 ガスケットレス スパーク プラグは、スパーク プラグに組み込まれた厳密な公差によってシールするテーパー シート シェルを使用します。

(7) スレッド:

スパークプラグのネジ山は通常、カットではなく転造されています。 これは、SAE が国際標準化協会とともに策定した仕様を満たしています。

(8) 接地電極:

接地電極にはさまざまな形状や構成がありますが、ほとんどの場合、ニッケル合金鋼で製造されています。 接地電極は、極端な温度下での火花侵食と化学的侵食の両方に耐性がなければなりません。

(9) 中心電極:

中心電極は、火花浸食と化学腐食の両方に耐性のある特殊な合金から製造する必要があります。 燃焼室の温度は変化する（場合によっては急激に変化する）ことに留意してください。 中心電極はこれらのパラメータの下で動作する必要があります。

(10)。 スパークパーク電極ギャップ:

接地電極と中心電極の間の領域をギャップと呼びます。 中心電極は、火花浸食と化学腐食の両方に耐性のある特殊な合金から製造する必要があります。

(11) インシュレーターノーズ:

利用可能な絶縁体ノーズの形状とサイズは多数ありますが、本質的に、絶縁体ノーズは低速でカーボン、オイル、および燃料の堆積物を除去できなければなりません。 エンジン回転数が高くなると、一般に絶縁体のノーズが冷却され、温度と電極の腐食が軽減されます。

動作原理

スパークプラグは、一端がマグネトや点火コイルのような高電圧源に接続されています。 2 つの電極を備えたもう一方の端は燃焼室に浸されます。 電流が端子を通って主中心電極に流れると、2 つの電極間に電位差 (電圧降下) が生じます。 それらの間のギャップを占める混合ガスは絶縁体として機能するため、電気は中心電極の先端を越えて流れません。

しかし、電圧が増加すると、ギャップ内のガスにエネルギーが供給され始めます。 電圧がガスの絶縁耐力（電気を通す抵抗）を超える点まで増加すると、ガスはイオン化します。 ガスがイオン化すると、導体として機能し始め、電流が絶縁ギャップを通過できるようになります。 絶縁耐力を超えると、電子がそのギャップを通って急増し始めます。 電子のこの突然の移動により、その領域の熱が急速に増加し、これにより電子は急速に膨張し始め、小さな爆発を引き起こし、その結果火花が形成されます。

スパークプラグの種類

スパークプラグは、動作温度と構造に基づいて、2 つの異なる主分類に分類できます。

動作温度に基づく

燃焼サイクルで燃焼プロセスが完了すると、発生した熱を放散する必要があります。 熱は排気ガス、エンジンのシリンダー壁、点火プラグの表面を通って逃げます。 使用温度と熱放散のレベルに基づいて、スパーク プラグは 2 つのタイプに分類できます。

(1) ホットスパークプラグ:

ホットスパークプラグはより高い温度範囲で作動します。 断熱に使用されるセラミック領域が少なくなります。 スパークプラグが高温になると、燃焼熱の放散が少なくなり、先端と電極をより熱く保つことができます。 これにより、蓄積された堆積物が確実に焼き払われ、長期間滞留することがなくなります。

(2) コールドスパークプラグ:

デフォルトで高温で動作する高性能エンジンの場合、ホットスパークプラグを使用するとプレイグニッションが発生する可能性があります。 ひどい場合には、先端が溶けてしまう可能性もあります。 このような場合には、コールドスパークプラグが使用されます。 ここではセラミックの断熱領域が高く、より多くの熱を放散します。 しかしその反面、預金の蓄積が増える傾向があります。 最適なパフォーマンスを得るために、必ず取扱説明書に従い、エンジンに推奨される正しいタイプのプラグを使用してください。

使用される材料に基づく

スパークプラグは、電極の端に使用される材質に基づいてさらに分類されます。

それらには次の 4 つのタイプがあります。

(i)銅ニッケル系：

これらは最も基本的なタイプの点火プラグです。 銅自体は弱く、エンジンの熱によって溶けてしまうため、中心電極は銅とニッケルの合金で作られています。 プラグを強化するためにニッケルが添加されていますが、それでもこれらは市場で入手可能な中で最も弱いタイプです。 また、直径を大きくする必要があるため、動作にはより多くの電圧が必要になります。

(ii) シングルプラチナタイプ：

これらのプラグには、中心電極の先端に小さなプラチナのディスクが付いています。 このプラチナチップは銅ニッケルコーティングよりも飛躍的に強度が高く、このタイプのプラグも長持ちします。 また、破片が蓄積しにくいです。

(iii) ダブルプラチナタイプ：

これらのプラグには、中心電極と側面電極の両方にプラチナチップが付いています。 それらは、燃焼サイクル中に 2 回、1 回は燃焼前に、もう 1 回は排気行程中に点火します。 2回目の火花は無駄になるため、このスパークプラグは無駄火花点火タイプのディストリビュータが車両に装備されている場合にのみ使用できます。

(iv)イリジウム系：

これらは市場で入手可能な最高のスパークプラグです。 ニッケル・銅・プラチナの中で最も強度の高いイリジウムを中心電極の先端に採用。 したがって、堆積物や損傷が最も起こりにくいのです。 また、小型の電極を備えているため、動作に必要な電圧も低くなります。 イリジウムプラグは他のタイプよりもはるかに高価ですが、やはり得られるものに対してお金を払うことになります。

これはインターネットから抜粋したものです。

フィードバック

トヨタ ヴェンザ 2011 モデル - 4 気筒を購入しました。 チェックライトはありませんが、朝に車を始動するとき、または少なくとも1時間エンジンが停止されているときに、技術者がエンジンへのオイル供給の遅れを修正するのを手伝いました。 問題は解決されましたが、その後チェックライトが点灯し、スキャン結果は P0012 (カムシャフト位置タイミングが遅すぎる – バンク 1) になりました。 何が問題なのか教えてください。 ありがとう。 マイケル

以下はコードの解釈です。

P0012 トヨタカムシャフト位置「A」タイミングが遅すぎるバンク 1

意味

エンジン コントロール モジュールは、オイル コントロール バルブを制御して吸気カムシャフトの角度を調整します。 角度の変化の結果、エンジンのタイミングは進角または遅角されます。 エンジンのタイミングを最適化すると、エンジンのトルクと燃費が向上し、全体的な運転条件での排気ガスが減少します。 可変バルブタイミングシステムには、オイルコントロールバルブとVVTコントローラーが含まれます。 ECMはカムシャフトとクランクシャフトポジションセンサーからの信号を用いて実際の吸気バルブタイミングを検出し、フィードバック制御を行います。

コードはいつ検出されますか?

ECM が目標デューティ サイクル信号を OCV に送信した後、ECM は OCV 電流を監視して実際のデューティ サイクルを確立します。 実際のデューティ サイクル比が目標デューティ サイクル比から異なる場合、ECM は故障の存在を判断し、DTC を設定します。

考えられる症状

エンジン ライト オン (またはすぐにエンジンをサービスしてください警告灯)

電力不足/損失の可能性

エンジンのラフアイドリングの可能性

考えられる原因

損傷したECM

以前にこの質問をしたことがあります。 私のトヨタ プレビア 1990 モデルに使用するギア オイルの種類について教えてください。 EP140はマニュアルエンジンでも大丈夫でしょうか？ ありがとう、ヘンリー。

マニュアルトランスミッションの場合は80W-90です。

汎用コード

P0683 グロープラグモジュール制御 ECM通信回路障害へ

意味

ECM はグロー プラグ制御モジュールを監視します。 ECM は、グロープラグ制御モジュールと通信できない場合に、OBDII コードを設定します。

コードはいつ検出されますか?

ECM がグロープラグ制御モジュール回路との通信障害を検出しました

考えられる症状

考えられる原因

エンジン制御モジュールの故障

P0684:グロープラグ制御モジュールからECM通信回路までの範囲/性能

意味

ECM は GPCM を監視します。 ECM は、GPCM と通信できない場合に OBDII コードを設定します。

考えられる症状

エンジン ライトが点灯 (またはすぐにエンジンをサービスしてくださいという警告ライト)

P0685:エンジン制御モジュールのパワーリレー制御回路が開いています

意味

パワートレインリレーはノーマルオープンリレーです。 リレーのアーマチュアは、バネの張力によって開いた位置に保持されます。 バッテリーの正電圧は常にリレーコイルとアーマチュア接点に直接供給されます。 ECM は、出力ドライバー モジュールと呼ばれる内部集積回路を介して、リレー コイル制御回路にグランド パスを供給します。 ODM 出力制御は、パワートレイン リレーのローサイド ドライバーとして動作するように構成されています。 パワートレインリレーの ODM には故障検出回路も組み込まれており、ECM によって継続的に監視されます。 ECM がパワートレイン リレーのオンを指令すると、イグニッション 1 電圧が ECM といくつかの追加回路に供給されます。

技術メモ

すべてのエンジン コントロール モジュールのヒューズを確認し、ヒューズに問題がない場合は、ECM リレーを交換することで問題が解決するはずです。

考えられる原因

ECM パワーリレー回路の電気接続不良

ECMヒューズが切れている

故障したECM

P0686:エンジン制御モジュールのパワーリレー制御回路が低い

意味

パワートレインリレーはノーマルオープンリレーです。 リレーのアーマチュアは、バネの張力によって開いた位置に保持されます。 バッテリーの正電圧は常にリレーコイルとアーマチュア接点に直接供給されます。 ECM は、ODM と呼ばれる内部集積回路を介してリレー コイル制御回路にグランド パスを供給します。 ODM 出力制御は、パワートレイン リレーのローサイド ドライバーとして動作するように構成されています。 パワートレインリレーの ODM には故障検出回路も組み込まれており、ECM によって継続的に監視されます。 ECM がパワートレイン リレーのオンを指令すると、イグニッション 1 電圧が ECM といくつかの追加回路に供給されます。

考えられる原因

P0687:ECMパワーリレー制御回路高

意味

パワートレインリレーはノーマルオープンリレーです。 リレーのアーマチュアは、バネの張力によって開いた位置に保持されます。 バッテリーの正電圧は常にリレーコイルとアーマチュア接点に直接供給されます。 ECM は、ODM と呼ばれる内部集積回路を介してリレー コイル制御回路にグランド パスを供給します。 ODM 出力制御は、パワートレイン リレーのローサイド ドライバーとして動作するように構成されています。 パワートレインリレーの ODM には故障検出回路も組み込まれており、ECM によって継続的に監視されます。 ECM がパワートレイン リレーのオンを指令すると、イグニッション 1 電圧が ECM といくつかの追加回路に供給されます。

考えられる原因

P0688:ECMパワーリレーセンス回路/オープン

意味

パワートレインリレーはノーマルオープンリレーです。 リレーのアーマチュアは、バネの張力によって開いた位置に保持されます。 バッテリーの正電圧は常にリレーコイルとアーマチュア接点に直接供給されます。 ECM は、ODM と呼ばれる内部集積回路を介してリレー コイル制御回路にグランド パスを供給します。 ODM 出力制御は、パワートレイン リレーのローサイド ドライバーとして動作するように構成されています。 パワートレインリレーの ODM には故障検出回路も組み込まれており、ECM によって継続的に監視されます。 ECM がパワートレイン リレーのオンを命令すると、イグニッション 1 電圧が ECM といくつかの追加回路に供給されます。

考えられる原因

P0689:ECM パワーリレーセンス回路が低い

意味

ECM は電源入力を監視します。 イグニッションスイッチがオフになった後も ECM の電源が入ったままになると、ECM は OBDII コードを設定します。

考えられる原因

P0690:ECM パワーリレーセンス回路高

意味

ECM は電源入力を監視します。 イグニッション スイッチがオフになった後も ECM の電源が入ったままになると、ECM は OBDII コードを設定します。

考えられる原因

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