E-book details

Metody badań właściwości elektrycznych izolatorów świec zapłonowych funkcjonujących w warunkach zabrudzeniowych

Metody badań właściwości elektrycznych izolatorów świec zapłonowych funkcjonujących w warunkach zabrudzeniowych

Bernard Fryśkowski

Ebook

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.

Wykaz ważniejszych oznaczeń 7

1. WPROWADZENIE 9

1.1. Przedmiot i cel pracy 12

1.2. Struktura pracy 15

2. ŚWIECE ZAPŁONOWE Z IZOLATORAMI CERAMICZNYMI – AKTUALNY STAN WIEDZY 18

2.1. Budowa, właściwości i zadania świec zapłonowych 18

2.2. Technologia wytwarzania i metody badań izolatorów świec zapłonowych 29

2.3. Uszkodzenia izolatorów świec zapłonowych 43

2.4. Wnioski 49

3. BADANIE ROZKŁADU POLA ELEKTRYCZNEGO W IZOLATORACH ŚWIEC ZAPŁONOWYCH Z WYKORZYSTANIEM MODELI SYMULACYJNYCH  51

3.1. Znaczenie i cel badań pola elektrycznego izolatorów świec zapłonowych 51

3.2. Przegląd metod modelowania rozkładu pola elektrycznego w materiałach izolacyj­nych 53

3.3. Opis matematyczny rozkładu pola elektrycznego w izolatorach świec zapłonowych 58

3.4. Wyznaczanie rozkładu pola elektrycznego izolatora metodą analityczną 62

3.5. Wyznaczanie rozkładu pola elektrycznego izolatora za pomocą obliczeń numerycz­nych 71

3.5.1. Struktura modelu i procedura obliczeń numerycznych rozkładu pola elektrycz­nego 71

3.5.2. Weryfikacja modelu i ocena dokładności obliczeń numerycznych rozkładu pola elektrycznego 74

3.6. Wyniki badań symulacyjnych rozkładu pola elektrycznego świec zapłonowych 78

3.6.1. Modelowanie rozkładu potencjału świecy zapłonowej 80

3.6.2. Modelowanie rozkładu natężenia pola elektrycznego świecy zapłonowej 85

3.7. Modelowanie rozkładu pola elektrycznego świecy zapłonowej funkcjonującej w wa­runkach zabrudzeniowych 91

3.7.1. Symulacja wpływu zanieczyszczeń olejowych zewnętrznej powierzchni izola­tora na rozkład pola elektrycznego 91

3.7.2. Symulacja wpływu zanieczyszczeń osłony izolacyjnej na rozkład pola elek­trycznego 101

3.8. Wnioski 108

4. BADANIE I SYMULACJA REZYSTANCJI SKROŚNEJ, POWIERZCHNIOWEJ I ZABRUDZENIOWEJ IZOLATORÓW ŚWIEC ZAPŁONOWYCH 110

4.1. Mechanizm przepływu prądu w materiałach izolacyjnych świec zapłonowych 110

4.2. Modelowanie rezystancji skrośnej izolatorów świec zapłonowych 117

4.3. Modele rezystancji powierzchniowej i zabrudzeniowej izolatorów  127

4.3.1. Opis matematyczny rezystancji powierzchniowej i zabrudzeniowej izolatorów świec zapłonowych za pomocą funkcji ciągłych 136

4.3.2. Sieciowy model rezystancji powierzchniowej i zabrudzeniowej izolatorów świec zapłonowych 138

4.3.2.1. Zastosowanie modelu sieciowego rezystancji powierzchniowej i zabru­dzeniowej w obliczeniach rozkładu pola elektrycznego na powierzchni izolatora świecy zapłonowej 151

4.3.3. Modelowanie rezystancji powierzchniowej i zabrudzeniowej izolatorów świec zapłonowych z uwzględnieniem współczynnika kształtu 165

4.4. Eksperymentalne badania rezystancji skrośnej, powierzchniowej i zabrudzeniowej izolatorów świec zapłonowych 171

4.4.1. Narzędzia badawcze 172

4.4.2. Ocena dokładności pomiarów natężenia prądu upływu izolatorów świec zapło­nowych 175

4.4.3. Wyniki badań eksperymentalnych i weryfikacja rezultatów badań symulacyj­nych 178

4.4.3.1. Wyniki pomiaru natężenia skrośnego prądu upływu i rezystancji skro­śnej izolatorów 179

4.4.3.2. Wyniki pomiaru natężenia powierzchniowego prądu upływu i rezystan­cji powierzchniowej izolatorów 180

4.4.4. Wpływ rezystancji bocznikującej świecę na działanie układu zapłonowego 183

4.5. Wnioski 186

5. BADANIE I SYMULACJA POJEMNOŚCI POWIERZCHNIOWEJ IZOLATORÓW ŚWIEC ZAPŁONOWYCH 192

5.1. Problem wpływu pojemności na działanie układu zapłonowego 192

5.2. Modelowanie i obliczenia pojemności świec zapłonowych 195

5.3. Metoda badań pojemności powierzchniowej izolatorów świec zapłonowych za pomo­cą przetwornika analogowo-cyfrowego sigma-delta 207

5.3.1. Narzędzia badawcze 207

5.3.2. Pomiar pojemności powierzchniowej izolatorów świec zapłonowych 210

5.3.3. Pomiar przenikalności elektrycznej materiału ceramicznego izolatora 215

5.4. Badania wpływu pojemności świec na działanie układu zapłonowego 219

5.5. Wnioski 222

6. PODSUMOWANIE I WNIOSKI KOŃCOWE 224

Bibliografia 227

Streszczenie 243

Summary 245

  • Title: Metody badań właściwości elektrycznych izolatorów świec zapłonowych funkcjonujących w warunkach zabrudzeniowych
  • Author: Bernard Fryśkowski
  • ISBN: 978-83-8156-214-0, 9788381562140
  • Date of issue: 2021-06-25
  • Format: Ebook
  • Item ID: e_22to
  • Publisher: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej