Experimental investigation of leakage current influence on automotive spark plug voltage waveform

• Autorzy: Fryśkowski B.

Warianty tytułu

PL

Doświadczalne badanie wpływu prądu upływu na przebieg napięcia świecy zapłonowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The misfire effect in an automotive ignition circuits is caused by parasitic spark plug shunt resistance resulting in leakage current flow. The main explanation for leakage current flow through a spark plug insulator is insulator surface contamination or dielectric failure. Practical measurements show that the spark plug waveforms analysis could be used for diagnostic purposes to recognize the presence of shunt resistance in secondary ignition circuit. A novel method of leakage current simulation and a prototype of an adjustable ignition coil electric load able to operate at high – voltage were proposed. Energy dissipated by adjustable electric load, spark plug voltage and leakage current measurement results were presented. A change in the shape of spark plug voltage and current waveforms caused by leakage current was analyzed and discussed.

PL

Zjawisko wypadania zapłonu w samochodowych układach zapłonowych wywołane jest obecnością niepożądanej rezystancji bocznikującej, która wywołuje przepływ prądu upływu. Głównym powodem obecności prądu upływu izolatora jest zanieczyszczenie jego powierzchni lub degradacja właściwości izolacyjnych dielektryka. Wyniki pomiarów wykonywanych w praktyce dowodzą, że analiza przebiegu napięcia na świecy zapłonowej może być wykorzystana na potrzeby identyfikacji obecności rezystancji bocznikującej w obwodzie wtórnym cewki zapłonowej. W pracy zaproponowano nową metodę symulacji przepływu prądu upływu oraz prototyp regulowanego obciążenia obwodu wtórnego cewki zapłonowej mogącego funkcjonować w warunkach wysokiego napięcia. Przedstawiono wyniki pomiarów energii rozproszonej dzięki regulowanemu obciążeniu, napięcia na świecy zapłonowej oraz natężenia prądu upływu. Dokonano analizy wpływu obecności prądu upływu na kształt wykresów napięcia i prądu świecy zapłonowej.

Słowa kluczowe

EN

ignition system; spark plug; spark ignition engine; vacuum tube; car diagnostics

PL

układ zapłonowy; świeca zapłonowa; silnik o zapłonie iskrowym; lampa elektronowa; diagnostyka samochodowa

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej
• Czasopismo: Diagnostyka
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 16, No. 4
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Fryśkowski B.

• Faculty of Electrical Engineering, Warsaw University of Technology Plac Politechniki 1, Warsaw, [phone]

Bibliografia

• [1] Grasso A. D., Pennis, S., Paparo M., Patti D. Estimation of in-cylinder pressure using spark plug discharge current measurements, Circuit Theory and Design (ECCTD), 2013 European Conference on, pp.1-4, 2013 doi: 10.1109/ECCTD.2013.6662274.
• [2] Fryskowski B. Development of vacuum-tube-based voltage and current probes for automotive ignition systems, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, September 30, 2014, doi: 10.1177/0954407014549063.
• [3] Stone C. R., Steele A. B. Measurement and modeling of ignition system energy and its effect on engine performance, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part D: Journal of Automobile Engineering, 1989, vol. 203, pp. 277 - 286.
• [4] Silsbee F. B. Causes of failure of spark plugs. Spark plug defects and tests, Report № 51, Government Printing Office, Washington, 1920.
• [5] Yamada T., Yasushi S. Method of detecting spark plug fouling and ignition system having means for carrying out the same, United States Patent US 6,512,375 B1, 2003.
• [6] Reif K. Gasoline Engine Management: Systems and Components, Springer Vieweg, 2014.
• [7] Ortiz A., Romero J. et al. Spark plug failure due to a combination of strong magnetic fields and undesirable fuel additives, Elsevier, Case Studies in Engineering Failure Analysis 1, pp. 67–71, 2013.
• [8] Soldera F., Mücklich F. et al. Description of the discharge process in spark plugs and its correlation with the electrode erosion patterns, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 53, № 4, pp. 1257 – 1265, 2004.
• [9] Hunicz J., Wac E., Kabała J. Badania porównawcze nowych konstrukcji świec zapłonowych, Eksploatacja i Niezawodność, nr 3, pp. 51 – 57, 2006.
• [10] Janik R. Ocena odporności świec zapłonowych na zanieczyszczanie w próbie silnikowej w niskich temperaturach - nowa metoda badań, Journal of Kones. Combustion Engines, vol. 8, nr 3-4, 2001.
• [11] Juniko S. P. Study on leakage current waveforms and flashover of ceramics for outdoor insulators under artificially-simulated pollutions, AEE'08 Proceedings of the 7th WSEAS International Conference on Application of Electrical Engineering, pp. 142 – 148, 2008.
• [12] Singh O., Kushwaha R., Modeling of Polluted High Voltage Insulators, IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering, vol. 9, pp. 12 - 16, 2014.
• [13] Gencoglu M. T., Cebeci M. Computation of AC flashover voltage of polluted HV insulators using a dynamic arc model, European Transactions on. Electrical Power, Wiley & Sons, 2008, doi: 10.1002/etep.249.
• [14] Topalis F.V., Gonos I.F. Stathopulos I.A. Dielectric behaviour of polluted porcelain insulators, IEE Proceedings - Generation, Transmission and Distribution, vol. 148, No. 4, pp. 269 – 274, 2001.
• [15] Engel T. G., Kristiansen M. Mechanisms and Predictors of Insulator Degradation and Erosion Produced by Pulsed High-Current Surface Discharges, IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 37, No. 9, pp. 1863 – 1870, 2009.
• [16] Fryśkowski B. Zastosowanie sterowanego komputerowo układu przetwornika pojemności sigma - delta w badaniach samochodowych układów zapłonowych, rozdział w monografii Technologie Informatyczne i Ich Zastosowanie w Nauce, Technice i Edukacji, Uniwersytet Technologiczno - Humanistyczny w Radomiu, pp. 152 - 164, 2013.
• [17] Paciorek Z., Stryszowski S. Porównanie dwóch metod identyfikacji wad materiałowych w izolatorach do świec zapłonowych, Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej "Elektryka 24", pp. 183 - 189, Kielce, 1990.
• [18] Walters S. D., Howson P., Howlett R.J. Production Testing of Spark Plugs Using a Neural Network, Knowledge-Based Intelligent Information and Engineering Systems, Lecture Notes in Computer Science. Vol. 3684, pp. 74-80, Springer 2005.
• [19] Walters S. D., Howson P., Howlett R.J. Dielectric Testing of Spark Plugs using Neural Networks, 42nd Universities’ Power Engineering Conference, pp. 518 – 523, Brighton, 2007.
• [20] Stryszowski S., Paciorek Z. Zliczanie przeskoków elektrycznych jako metoda kontroli jakości izolatorów do świec zapłonowych, Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej "Elektryka 24", pp. 257 - 263, Kielce, 1990.
• [21] SAE J973 Ignition system measurement procedure. Warrendale, Pennsylvania: SAE International, 1999.
• [22] ISO 6518-2, Road vehicles - Ignition systems – part 2: Electrical performance and function test methods, International Organisation for Standardization, Geneve, 1995.
• [23] Spangenberg K. Vacuum tubes. New York: McGrow - Hill, 1948.