점화 플러그를 통한 혼합기의 점화가 이루어지기 위해서는, 먼저 점화플러그의 중심전극과 접지전극 사이의 전극 간극을 채우고 있는 혼합기(대부분은 공기)의 전기적 절연성을 파괴하는 것이 필요합니다. 전극 간극을 채우고 있는 공기의 전기적 절연성을 파괴하고 불꽃 방전(Spark Discharge)을 일으키는 데에는 충분히 높은 고전압이 필요로 합니다. 불꽃 방전을 일으키는 데에 필요한 전압을 요구 전압(Required Ignition Voltage)라고 합니다. 요구 전압은 엔진의 회전수나 엔진에 걸리는 부하의 정도, 전극 간극, 혼합기의 혼합비율, 점화시기 등에 따라 동일한 엔진에서도 다른 값을 보입니다.
위 그림은 전극 간극의 변화에 따른 요구 전압의 차이를 보여주는 그림입니다. 전극 간극이 넓어질수록 불꽃 방전에 필요한 전압이 더 커지는 것을 알 수 있습니다. 그림에서 가용 전압(Available Voltage)은 차량에 장착되어 있는 점화시스템(점화코일, 와이어, 점화플러그 등)에 의해서 유도될 수 있는 전압을 말합니다. 그러므로, 점화가 어떤 조건에서도 확실하게 일어나기 위해서는 점화시스템이 공급할 수 있는 가용 전압이 항상 요구 전압 보다 더 커야 합니다. 이때 가용 전압과 요구 전압의 차이를 여유 전압이라고 합니다.
대개의 경우, 일반 가솔린 엔진에서 요구 전압은 15KV ~ 25KV의 범위에 있습니다. 따라서, 가용 전압이 25KV ~ 30KV이 되도록 점화시스템을 구성하는 것이 일반적이며, 점화시스템이 요구 전압 이상의 고전압을 공급하지 못하거나, 전극 사이의 절연 파괴로 전위차 생성을 하지 못하면 불꽃 점화가 발생하지 않습니다. 이처럼 불꽃 점화가 일어나지 않는 것을 실화(Misfire)라고 하는데, 실화가 발생하면 성능 저하뿐만 아니라 연료소모도 많아집니다. 예를 들어, 점화플러그는 소모성 부품으로 계속 사용하면 전극 간극이 넓어지는데, 점화플러그의 전극 간극이 넓어지면 더 높은 전압이 요구되며, 이때 요구전압이 가용 전압 보다 높게 되면 점화가 일어나지 않으므로 엔진이 제 성능을 발휘할 수 없습니다.
앞에서도 언급했듯이, 이 요구 전압은 엔진의 운전 조건에 의해서 달라집니다. 아래 표에 여러 가지 운전 조건에 따른 요구 전압의 변화 경향을 정리합니다.
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변 수 |
요구 전압의 변화 경향 |
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운전 상태 |
시동,급가속시 요구 전압 최대 |
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엔진 회전수 |
전부하조건에서 회전수가 높아질수록 요구 전압 감소 경향 |
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점화시기 |
점화시기가 진각(Advance)될수록 요구전압 감소 |
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공연비 |
연료가 희박할수록 요구전압 증가 |
