Технические науки/4. Транспорт

к.т.н. Ильин А.Н., Филонина Е.А.

Уфимский государственный авиационный технический университет, Россия

Исследование резистивных свойств герметика для проектирования свечных узлов

В настоящее время особую роль играет выполнение требований по обеспечению экологичности выбросов двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Известно, что правильная регулировка двигателя позволяет уменьшить количество выбросов СО и СН. Это связано с режимами работы систем зажигания. Одним из важнейшим элементов системы зажигания двигателей внутреннего сгорания, роторных и поршневых двигателей являются искровые свечи. От совершенства конструкции, качества изготовления и правильности подбора свечи к двигателю существенно зависят его пусковые свойства, надежность, мощность, топливная экономичность, а также токсичность отработанных газов.

Если анализировать свечи, как элемент системы зажигания, обеспечивающий ее надежность и качество на разных стадиях жизненного цикла, то возникает необходимость выдерживать характеристики, связанные с обеспечением калильного числа, герметичности и электрического сопротивления. Более глубокий анализ показывает, что перечисленные выше характеристики связаны между собой конструктивными параметрами свечи. Одним из элементов, который обеспечивает эту взаимосвязь, является сопротивление резистивного герметика.

Традиционно считается, что электрическое сопротивление герметика, как металло-керамического элемента, определяется набором, входящих в него компонентов. Однако в процессе анализа выявлены и другие влияющие параметры, которые представлены на рис. 1.

Рисунок 1 – Диаграмма Исикавы. Факторы, обусловливающие стабильность сопротивления герметика

В ходе исследования был выполнен анализ возможных причин проявления нестабильности свойств стеклогерметика в процессе серийного производства на стадиях проектирования и изготовления свечей зажигания [2]. Для этого использовались данные о конструкциях свечей зажигания, технологический процесс изготовления свечей и аппарат теории планирования эксперимента. Анализ конструкторской документации показал, что наблюдаются колебания высоты пробки герметика l (рис. 2).

1 – контактная гайка; 2 – контактный стержень;

3 – керамический изолятор; 4 – металлический корпус; 5 – резистивный стеклогерметик;
6 – уплотнительное кольцо; 7 – теплоотводящая шайба; 8 – центральный электрод; 9 – рабочая камера; 10 – боковой электрод; h – искровой зазор;
l – высота пробки герметика.

Рисунок 2 – Устройство свечи зажигания

Для выявления величин этих колебаний были изготовлены образцы элементов свечей зажигания с использованием герметика одной партии и различной высотой пробки, которые были рентгенографированы в двух взаимно-ортогональных проекциях (рис. 3), а в дальнейшем у них было замерено электрическое сопротивление (рис.4) [1].

а) проекция 1 б) проекция 2

Рисунок 3 – Рентгенографические снимки свечей зажигания (на снимках отмечен резистивный стеклогерметик)

1 – по прогнозу; 2 – экспериментальные данные

Рисунок 4 – Изменение электрического сопротивления в зависимости от высоты пробки герметика

Данные рис. 4 дали основание полагать, что резистивный герметик необходимо рассматривать, как классическое сопротивление:

или ,

где l – высота пробки стеклогерметика, S – площадь пробки стеклогерметика (конструктивные параметры свечи);

ρ – коэффициент, обусловливающий резистивные свойства герметика в зависимости от состава входящих в него компонентов.

Следовательно, электрическое сопротивление свечи зажигания зависит от высоты пробки резистивного герметика и его компонентного состава. Таким образом, можно определить оптимальное месторасположение резистивного герметика в сердечнике.

На стадии производства наблюдаются отклонения электрического сопротивления герметика R от заданного значения, что связано с колебаниями состава входящих в него компонентов. Правильный выбор геометрических параметров пробки герметика позволяет снизить нестабильность электрического сопротивления.

Проведенный анализ показывает, что при расчете размерных цепей замыкающим звеном в конструкции является герметизирующий элемент. При расчете необходимо учитывать в технологии резервное звено с резистивными свойствами. В случае если требуется новое значение электрического сопротивления, то достаточно варьировать длину канала. Таким образом, при известных верхней и нижней границах сопротивления, достаточно правильно задать номинальный размер резистора и, с учетом доверительных границ, рассчитать расстояние, которое будет определять резистивные свойства при возможных изменениях температуры.

Проведенные исследования позволили сформировать методику расчета и проектирования металло-керамических узлов, содержащих резистивный элемент из многофазных компонентов.

Литература:

1. Ильин А.Н., Филонина Е.А. Разработка системы управления технологическим процессом изготовления резистивного герметика // Наукоемкие технологии в машиностроении и авиадвигателестроении: Материалы IV Международной научно-технической конференции. В 2-х частях. – Рыбинск: РГАТУ имени П.А. Соловьева, 2012. – Ч. II. – 498 с. – С. 335-340

2. Ильин А.Н., Филонина Е.А. Автоматизированная система управления качеством изготовления резистивного герметика автомобильных свечей зажигания // Научный журнал «Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета». – Т.17, №2 (55). / Уфа: УГАТУ, 2013. – 220 с. – С. 34-41