Metody badań właściwości elektrycznych izolatorów świec zapłonowych funkcjonujących w warunkach zabrudzeniowych

Bernard Fryśkowski

W monografii zaprezentowano rzadko poruszany w literaturze naukowej temat funkcjonowania świec zapłonowych w warunkach bocznikowania elektrod wskutek zanieczyszczenia zewnętrznej powierzchni górnej części izolatora, znajdującej się poza komorą spalania.   Treść monografii została podzielona na sześć rozdziałów, spośród których rozdziały trzeci, czwarty i piąty zawierają opracowane modele matematyczne, metody pomiarowe oraz wyniki analiz i badań stanowiące oryginalny dorobek autora.   Rozdział pierwszy jest wprowadzeniem, w którym wyszczególniono przedmiot i cel pracy oraz jej strukturę. W oparciu o treść analiz zawartych w dokumentach będących rezultatem aktualnych prac organów administracji rządowej uzasadniono celowość prowadzenia badań w zakresie konstrukcji świec zapłonowych jako elementów mających bezpośredni wpływ na działanie, parametry eksploatacyjne i niezawodność silników o zapłonie iskrowym.   W rozdziale drugim omówiono zagadnienie rozwoju technologii produkcji izolatorów świec zapłonowych i dokonano przeglądu literatury wraz z charakterystyką obecnego stanu wiedzy na temat właściwości, metod wytwarzania i badań izolatorów świec zapłonowych. Zawarto też wiadomości dotyczące materiałów ceramicznych wykorzystywanych w procesie produkcji izolatorów oraz opis powszechnie stosowanych sposobów ich kształtowania i obróbki. Podano również przykłady nowoczesnych rozwiązań w zakresie technologii wytwarzania izolatorów, objętych niejednokrotnie ochroną patentową, oraz opisano charakterystyki warunków pracy izolatorów świec zapłonowych, metody kontroli ich jakości na etapie produkcji i problemy diagnozowania uszkodzeń występujących w trakcie eksploatacji.   Przedmiotem rozdziału trzeciego są procedury modelowania matematycznego rozkładu pola elektrycznego w izolatorach świec zapłonowych działających w warunkach zabrudzeniowych. Przedstawiono wykorzystane w pracy analityczne i numeryczne metody rozwiązania równań Laplace’a i Poissona, stanowiących podstawową formę matematycznego opisu rozkładu potencjału i natężenia pola elektrycznego wewnątrz i w najbliższym otoczeniu ceramicznego izolatora świecy zapłonowej zainstalowanej w cylindrze silnika. Rozpatrzono przypadki braku zanieczyszczeń i ich obecności na zewnętrznej powierzchni izolatora. Rozważania przeprowadzono dla dwóch typów obecnie produkowanych izolatorów świec zapłonowych – o gładkiej powierzchni zewnętrznej oraz mających ukształtowane bariery dla prądu upływu. W dalszej części przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych oraz omówienie przykładów prezentujących rozkład pola elektrycznego izolatorów świec zapłonowych otrzymany dzięki symulacji komputerowej.   W rozdziale czwartym zawarto rozważania dotyczące właściwości elektrycznych izolatorów świec zapłonowych. Zwrócono uwagę na fakt mniejszej wytrzymałości powierzchniowej izolatora w stosunku do wytrzymałości skrośnej, przy założeniu jednorodności materiału ceramicznego i braku wtrącin. Przedstawiono także modele rezystancji skrośnej, powierzchniowej i zabrudzeniowej, na podstawie których przeprowadzono obliczenia natężenia prądu upływu wynikającego z obecności zanieczyszczeń przewodzących na zewnętrznej powierzchni ceramicznego izolatora świecy zapłonowej. Zaprezentowano również rezultaty badań rezystancji skrośnej, powierzchniowej i zabrudzeniowej przeprowadzonych dla świec zapłonowych nowych (nieużywanych) i zanieczyszczonych. Na ich podstawie dokonano weryfikacji wyników otrzymanych na drodze modelowania.   Przedmiotem rozważań zawartych w treści rozdziału piątego jest pojemność świec zapłonowych i jej wpływ na działanie układu zapłonowego. Przedstawiono wyniki modelowania i obliczeń pojemności świec zapłonowych, które poddano weryfikacji na podstawie rezultatów badań doświadczalnych. Wprowadzono nowe pojęcie pojemności powierzchniowej pozwalające scharakteryzować w sposób ilościowy stopień zanieczyszczenia powierzchni izolatora świecy. Zaproponowano metodę pomiaru pojemności świec zapłonowych, w tym pojemności powierzchniowej, za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego sigma-delta. Wykazano również przydatność tej metody w pomiarach przenikalności elektrycznej materiału ceramicznego izolatora.   Wnioski końcowe i podsumowanie zamieszczono w rozdziale szóstym. W uzupełnieniu podano wykaz literatury cytowanej w treści pracy.