グロープラグ（模型エンジン）

グロープラグエンジン、またはグローエンジンは、模型飛行機、模型車、および同様の用途で使用される小型内燃機関^[1]の一種です。点火は、圧縮による加熱、グロープラグによる加熱、およびグロープラグ内のプラチナの燃料内の メタノールに対する触媒効果の組み合わせによって行われます。

ドイツの発明家レイ・アーデンは1947年に模型エンジン用の最初のグロープラグを発明した。^[2]

模型エンジンで使用されるグロープラグは、実物大のディーゼルエンジンで使用されるものとは大きく異なります。実物大のエンジンでは、グロープラグは始動にのみ使用されます。模型エンジンでは、プラチナ線の触媒効果により、グロープラグは点火システムの不可欠な部分です。グロープラグは、プラグの先端に埋め込まれた、耐久性のある、主にプラチナ製のらせん状のワイヤフィラメントです。プラグに電流が流れるか、燃焼室の熱にさらされると、フィラメントが光り、これらのエンジンで使用される特別な燃料に点火するのに役立ちます。電源は、エンジンの外側に取り付けられた特別なコネクタを使用して適用でき、充電式バッテリーまたは DC 電源を使用できます。

グロープラグには、少なくとも 3 つのタイプ/形状があります。標準グロープラグは、長い/標準と短い (小型エンジン用) があり、オープン構成とアイドルバー構成の両方で提供され、さまざまな程度に燃焼室を貫通するねじ付きチューブを備えています。燃焼室のサイズが小さいため、標準グロープラグのブランドやスタイルを変更すると、圧縮比が影響を受ける可能性があります。ターボ スタイル (ヨーロッパ/メートル法) とネルソン スタイル (北米/英国) のグロープラグは、燃焼室を貫通しません。代わりに、グロープラグ穴の底にある一致する表面に密着する角度の付いたショルダーがあります。ターボ プラグまたはネルソン プラグが取り付けられて燃焼室を密閉すると、ヘッド内に滑らかな表面が作成されます。この滑らかな表面は、コントロール ライン スピード イベントや高回転の RC カーなどの高性能アプリケーションに非常に適しています。ターボ/ネルソン プラグの設計により、圧縮に影響を与えることなくブランドを切り替えることができます。ターボ プラグとネルソン プラグは、ねじと寸法が異なるため互換性がありません。

グロー燃料は、一般的にメタノールから成り、より大きな出力を得るための酸化剤としてニトロメタンをさまざまな程度で含み、通常は全混合物の 5% から 30% です。これらの揮発性物質は、潤滑と熱制御のために、ヒマシ油、合成油、またはその両方の混合物のベースオイルに懸濁されています。潤滑システムは「全損失」型で、オイルはエンジン内を循環した後、排気から排出されます。燃料は、グロープラグの加熱要素に接触すると発火します。エンジンのストローク間では、ワイヤーは熱いままで、熱慣性によって部分的には輝き続けますが、主にプラチナフィラメントに残っているメタノールの触媒燃焼反応によって輝き続けます。これによりフィラメントが熱いままになり、次の充電を点火してパワーサイクルを維持できます。

一部の航空機エンジンは、ニトロメタンをまったく含まない燃料で作動するように設計されています。このタイプのグロー燃料は、一部の競技でこのような燃料の使用を義務付けている同名の航空統括団体にちなんで 「FAI 燃料」と呼ばれています。

グローエンジンを始動するには、高電流の単一セル充電式バッテリー、または 12VDC 電源で動作する専用の「パワーパネル」で駆動される「グロープラグイグナイター」または「グロードライバー」から、約 3 アンペア、1.5 ボルトの直流電流がプラグに印加されます。^[3]電流によってプラチナフィラメントが加熱され、赤熱して光るため、この名前が付けられました。次に、手動クランク、内蔵ロープ式リコイルスターター、バネ式モーター、専用電動モーター、または手でエンジンを外側から回転させ、燃料をチャンバーに導入します。燃料が点火してエンジンが始動すると、電気接続は不要になり、取り外すことができます。燃焼ごとにグロープラグフィラメントが高温に保たれ、プラチナによるメタノール酸化の触媒作用とともに、自立型パワーサイクルで次の充電の点火が可能になります。^{[4] [3]}

充電式電池は、NiMH、NiCD、Li-ion、鉛蓄電池のいずれかです。鉛蓄電池 (2.0) と Li-ion (4.2) セルのフル充電時の高電圧を通常の 1.5 ボルトのグロープラグに直接適用すると、瞬時に焼損します。そのため、適切な値とワット数の抵抗器、または高出力ゲルマニウム トランジスタのベース/エミッタ接合 (プラグの端子の 1 つと直列接続) を使用して、プラグを流れる電流を適切なレベルに制限することができます。適切な電力入力であっても、グロープラグはいつでも焼損する可能性があるため、愛好家はスペアを携帯することをお勧めします。^[5]

技術的には、グロープラグエンジンは、内部の熱を利用して燃料を点火するという点でディーゼルエンジンやホットバルブエンジンとかなり似ていますが、点火時期は燃料噴射（通常のディーゼルエンジンのように）や電気的（火花点火エンジンのように）によって制御されないため、燃料/空気の混合比とプラグ/コイルの設計を変更して調整する必要があります（通常は、エンジン自体のさまざまな入口と制御を調整します）。混合比が濃いほどフィラメントが冷やされ、点火が遅れてエンジンが遅くなります。混合比が薄いほどパワーは高くなりますが、エンジンの潤滑が悪くなり、過熱やデトネーションを引き起こす可能性があります。この「構成」は、より正確な熱制御のためにさまざまなプラグ設計を使用して調整することもできます。すべての内燃機関タイプの中で、グロープラグエンジンはホットバルブエンジンに最も似ています。これは、両方のタイプとも、エンジンの燃焼室内の「ホットスポット」によって点火が発生するためです。

グロープラグエンジンは、2サイクル運転（1回転ごとに点火）または4サイクル運転（2回転ごとに点火）用に設計できます。^[4] 2サイクル（または2ストローク）バージョンはより多くのパワーを生み出しますが、4サイクルエンジンは低速域のトルクが高く、騒音が少なく、より低音でリアルなサウンドを実現します。^[5]

グロープラグ エンジンは、正しいグロープラグ温度で動作する必要があります。大型エンジンはより低い温度で動作できますが、小型エンジンはより速く空気に熱を放射するため、点火に適した温度を維持するためにより高温のグロープラグが必要です。周囲温度も最適なグロープラグ温度を決定します。寒い天候では、より高温のプラグが必要です。グロープラグ エンジンは空冷式であるため、「高温で動作する」エンジンは、プラグ温度を低くすることでメリットが得られる場合があります。ただし、これにより、アイドリングが不安定になり、チューニングが難しくなる可能性があります。エンジンの動作速度も考慮する必要があります。飛行機やほぼ直線のコースを走る車のように、エンジンが常に高い RPM で動作する場合は、プラグ温度が低い方が効率的です。エンジンをより低い RPM で動作させる場合は、燃焼によるエンジンの加熱がそれほど大きくならないため、より高温のプラグが必要です。

燃料の種類と燃料/空気の混合比も考慮する必要があります。燃料に含まれるニトロメタンの含有量が多いほど、燃料はより高温で燃焼します。ニトロ含有量の高い燃料には、より低温のグロープラグが必要です。希薄混合比 (低燃空比) は濃厚混合比 (高燃空比) よりも高温で燃焼し、希薄混合比が高すぎると (「過剰リーン」)、動作温度が上昇してグロープラグが早期に破損する可能性があります。

バッテリー電源を取り外したときにエンジンが遅くなる（「たるむ」）場合は、エンジンが十分に熱くないため、プラグ温度または燃料のニトロメタン含有量を増やす必要があります。エンジンを手でクランクしたときにバックファイアする場合は、エンジンが熱くなりすぎているため、グロープラグの温度または「ニトロ」含有量を下げる必要があります。

グロープラグの寿命には限りがあるため、交換用のプラグを数個用意しておくことをお勧めします。交換用のプラグは正しいタイプでなければなりません。ターボエンジン用のプラグは標準エンジン用のプラグと互換性がありません。締めすぎを防ぐために、プラグはぴったりとフィットするところから 1/4 回転以上締めてください。グロープラグは、他の白熱物体と同様に非常に高温であるため、高温のときにグロープラグを外さないでください。同様に、高温のグロープラグは燃料に引火する可能性があるため、燃料を補給するときにも注意が必要です。バッテリーの過熱も危険であるため、適切に作られたコネクタのみを使用してください。

ターボグロープラグ

• 全長: 17mm (.67")
• 直径: 0.35インチ (9mm)
• ねじサイズ：M8x.75mm ^[6]

通常のグロープラグ

• 長さ: 0.8インチ
• 直径: 6.35mm
• ねじ：1/4-32 UNEF ^[6]（模型エンジンで最もよく使われるねじ規格）

• ナイトロエンジン

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• 適切なグロープラグの選び方