Моделирование теплового состояния свечи зажигания

Введение. Искровые свечи зажигания являются одним из важнейших компонентов системы зажигания ДВС. Искровой разряд, создаваемый системой зажигания, должен обладать энергией, необходимой для воспламенения горючей смеси на любом режиме работы двигателя во всех условиях эксплуатации. От совершенства конструкции и качества изготовления свечи зажигания существенно зависят пусковые характеристики, надежность, мощность, топливная экономичность, а также токсичность отработавших газов ДВС. С другой стороны, функциональные свойства свечей зажигания зависят от их соответствия ДВС по основным размерам, конструкции, тепловой характеристике и величине искрового зазора.

Цель. Использовать методы математического моделирования температурного поля свечи зажигания для сокращения объема экспериментальных исследований, а также сокращения количества вариантов опытных образцов, подлежащих моторным стендовым и эксплуатационным испытаниям.

Методы. В данной статье разработана математическая модель температурного поля искровой свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Результаты. Получено выражение для распределения температур в тепловом конусе изолятора и других керамических элементах свечи. Определена зависимость теплопроводности и удельной теплоемкости корундовой керамики от температуры. Представлены зависимости коэффициента температуропроводности керамического изолятора свечи от температуры. Проведен анализ теплофизических свойства веществ из различных материалов. Разработаны уравнения, описывающие температурное поле всех деталей свечи зажигания (контактная головка, стеклогерметик, изолятор, центральный электрод, корпус свечи, теплоотводящая шайба, уплотнительное кольцо, головка цилиндра). Получено схематическое изображение геометрии свечи зажигания, используемое при расчете её температурного поля. Определены требования к граничным условиям для расчета температурных полей свечи зажигания. Представлена расчетная схема свечи зажигания. Рассмотрено условие теплообмена на границе между выделенной частью головки цилиндра и системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Проведено исследование теплообмена между элементами конструкции свечи зажигания и воздухом в подкапотном пространстве ДВС. Определены зависимости, описывающие теплообмен между находящимися в тепловом контакте элементами конструкции свечи зажигания и установлены внутренние граничные условия.

Заключение. Представленные методики и алгоритмы численного моделирования теплового состояния свечи зажигания позволили выполнить расчеты зависимостей теплопроводности и удельной теплоемкости керамики изолятора, а также коэффициент температуропроводности керамических элементов свечи от температуры.