工程科学与技术，国际期刊22（2019）353完整文章用载流Cassini椭圆Igor Korobiichuka， Viktorij Mela华沙理工大学自动控制和机器人研究所，波兰华沙b乌克兰国立技术大学阿提奇莱因福奥文章历史记录：2017年12月14日收到2018年7月19日修订2018年8月6日接受在线发售2018年8月16日关键词：火花塞卡西尼椭圆伏打堆燃料混合物A B S T R A C T本文分析了在内燃机工作混合气点火装置中增加放电表面的可能性存在模拟火花塞中心电极的下端的形状从平坦到导电的卡西尼椭圆的变化的结果所获得的结果已经给出了可能性，用于创建一个扩展的放电表面的形式的伏打桩的横截面的卡西尼椭圆形。放电表面的延伸使得可以增加火花间隙，以产生额外的两个热能集中轴，同时增加空气-燃料混合物的可燃性效率。©2018 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍著名的法国天文学家乔瓦尼·多梅尼科·卡西尼在他生命的最后42年里一直领导着巴黎天文台。他建立了土星和火星的自转，土星有四颗卫星，土星环上有一个黑暗的缺口。为了纪念著名的科学家卡西尼号，他的名字被赋予了任务（该飞船于1997年10月15日由泰坦四号运载火箭发射）卡西尼-惠更斯号，由美国宇航局，欧洲航天局和意大利航天局共同创建，同时探索土星行星，其环和卫星。这位著名的科学家还发现了四阶代数曲线，作者建议将其用作内燃机火花塞中心电极的导电卡西尼椭圆。四阶代数曲线，一组点，最多两点的距离，称为焦点，保持不变，一直都是这项研究是由作者提出的内燃机火花塞的技术实现的基础上，其中，与现有的火花塞不同，中心电极的下端的表面，而不是平坦的表面（放电管）（图1），是以彼此完全隔离的形式制成的载流*通讯作者。电 子 邮 件 地 址 ： igor@mchtr.pw.edu.pl （ I. Korobiichuk ） ， bti@fbt.ntu-kpi.kiev.ua，karachun11@i.ua（V. Karachun）。由Karabuk大学负责进行同行审查载流的“卡西尼椭圆”增加了火花放电的空间表面，使其呈现为一组伏打堆形式的圆柱形表面，并且还产生了用于热能集中的附加焦轴，从而降低了火花突破的成本。这允许增加火花间隙并增加工作混合物的可燃性的效率。2. 问题陈述本文介绍的研究涉及机械制造，特别是内燃机的电气设备，即在压缩冲程期间，工作混合物的密封出现在发动机气缸中，其用于增加压力和温度。当高电压被施加到中心电极时，火花隙的电离开始。在某个时间点，火花隙发生击穿。火花放电电流具有高温，这导致等离子体球的形成和工作混合物的点燃。燃烧只在火花塞的内腔中发展。在压缩冲程结束时，火花塞以强大的膨胀等离子体炬的形式点燃积累的热能。当火炬到达燃烧室的中心时，燃烧对称且相当迅速地蔓延该技术方案的缺点是混合物的燃烧不对称地并且在细长https://doi.org/10.1016/j.jestch.2018.08.0042215-0986/©2018 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestch354I. Korobiichuk等人/工程科学与技术，国际期刊22（2019）353Fig. 1. 内燃机的火花塞。轨迹，并且在火花放电的情况下，能量的相当大的部分消耗在辐射和冲击波的形成上。这种火花塞设计不允许火花能量的有效利用，因为其部分在发动机的燃烧室的体积中耗散[3，4]。这降低了火花塞在理解工作混合物的快速和定性点火方面的能量潜力，进而不允许在燃烧室中产生工作混合物的可靠点火性[5，6]。该技术方案基于减少供应到火花塞的电流的必要功率的任务，并且同时通过改变中心电极的下端的表面的形状来增加火花间隙，这将增加发动机功率并减少对大气的排放，消除电极表面的过早电化学破坏，并且还消除爆震的威胁。公知的火花塞包括具有侧电极的主体、具有安装在其中心开口中的中心电极的绝缘体，该绝缘体的端部与侧电极形成火花间隙，以及连接到主体的喷嘴，该喷嘴具有内部向外加宽的锥形表面和用于侧电极的通道，喷嘴固定在主体的中心开口中。侧电极位于喷嘴外，形成火花隙的侧电极位于不含通风孔的附件上[7，8]。这种技术方案的缺点是发动机的最大功率是用不完的。内燃机火花塞的改进可以通过增加火花的火花放电潜力[9，10]和形成热能集中区[11，12]来实现。在文献[13]中分析了在四阶曲线表面上圆柱形光伏堆的最佳表面的技术实现。揭示了驾驶员在汽车内部半自动调节点火系统的可能性[14]。研究的对象是通过内燃机中的工作混合物的点火装置形成伏打堆研究的目的是提高内燃机气缸工作容积内工作混合气的燃烧效率。研究的目的是提高内燃机气缸内空气-燃料混合气的燃烧效率。该研究的目的是通过形成电堆表面的火花塞来表征，这将使得有可能提高空气-燃料混合物的可燃性效率在内燃机中;空气-燃料混合物的完全燃烧的可能性;降低向环境中的排放水平;增加发动机容量;降低电脉冲的功率;减缓电极表面的过早破坏;消除在外部化学条件（例如温度、湿度、辛烷指数等）的大范围变化中的爆震。Jian Zhang等人的研究形状指数对均匀外压下Cassini椭圆壳弹性屈曲的影响[15]。研究[16]火花塞激光点火的可能性和火焰的行为，以及在耗尽燃料的条件下的点火能力。在定容燃烧室和单缸汽油直喷发动机（GDI）中进行了实验性光学和热测试，以充分了解火花塞电极间隙对火焰核心发展、发动机特性和排放的影响[17]。先进的等离子稳定点火系统可替代传统的火花塞[18]。在高性能高效火花塞中研究了强磁场的影响，这导致绝缘体上的金属离子过量[19]。从发动机的角度出发，发现了快速压缩机（RCM）已经发现，爆震可以在高能量密度的条件下在现代内燃机中发生[20]。对使用标准和光学非侵入式方法的多火花点火系统进行了实验研究[21]。Ahmed A. Abdel-Rehim检查了一组具有不同数量接地电极的四个火花塞，以研究其对发动机特性的影响，特别是燃烧不稳定性[22]。在工作[23]中显示了具有改进的火花塞重整系统的发动机的点火时间的影响。为了确保火花点火发动机的稳定和小心操作，在使用具有多个点火线圈的系统的阶段研究了多个火花放电的影响[24]。文章[25]给出了正确的解析表达式四阶曲线在Cassini椭圆形中的关系，以及应用实例。在[26]中开发了一种简单的分析理论来预测检测概率，并用于研究多级和单站系统的模板优化、效率、可靠性和相对吸引力。Peter S的研究。Allen和Nicola DeZanche通过将旋转线圈中导体的均匀分布位置保角映射到卡西尼椭圆上，提出了第一个线圈中纵向导电元件的位置[27]。在文献[28]中，采用离散源零场方法（NFM-DS）分析了双凸类卡西尼粒子的光散射。所进行的研究的意义和实际意义在于，在不涉及专业人员的情况下，根据外部气候条件和内部技术特性（热、冷、湿度、CO量、烟雾等），将维修站和设备过渡到内燃机点火过程的自动控制根据状态传感器信号，将发动机电气系统自动转换到卡西尼椭圆形车内外条件最佳的模式，满足汽车维修要求。内燃机中的燃料燃烧质量是当前迫切的问题，特别是在大型定居点和溢出交通网络中。与内燃机的技术缺陷相关的重要问题是保护I. Korobiichuk等人/工程科学与技术，国际期刊22（2019）353355在不减少交通流量的情况下，保持交通网络的容量通过自主控制系统自动调节内燃机有了新的可能性，该系统安装在车身中并包含所需的状态传感器的数量和能量供应从卡西尼椭圆到最佳卡西尼椭圆的转换可以自动进行，也可以手动进行，这取决于发动机是否应该在不可抗力或紧急模式下运行。3. 导电CASSINI椭圆技术实现的本质是中心电极的下端的表面从平的变为载流的“卡西尼”椭圆。由于这种技术实现，放电的表面形成为一组具有“卡西尼椭圆”形式的横截面的圆柱形伏打堆火花塞用于点燃内燃机中的工作混合物，并且包含具有空腔2的主体1，中心电极3设置在空腔2中，通过绝缘体4与主体屏蔽（图2a）。侧电极5焊接到主体1的外表面，主体1的外表面与呈载流“CASSINI”椭圆形6、7、8形式的中心电极的端部形成火花间隙d（图2a和b）。火花塞的工作原理如下。当在压缩冲程期间填充发动机的燃烧室的工作混合物时，高压脉冲被馈送到中心电极3，在中心电极3处，其下端形成为以一组具有“卡西尼椭圆”形式的横截面的圆柱形伏打堆9的形式增加放电表面因此，所要求保护的火花塞的使用将在新特性的帮助下显著增加极9的表面，产生两个额外的焦轴用于热传导能量、减少所需的电脉冲量和增加火花间隙D、显著增加可燃性效率，并且因此导致工作混合物的完全燃烧和发动机功率的显著增加，以及减少向大气中的排放和消除过早的电化学电极表面和发动机爆震。4. 讨论卡西尼卵形线是一条曲线，它是点的几何轨迹，距离的乘积，从这两个给定的点（焦点）是常数，等于a的平方。因果关系的分析允许得出结论，载流“CASSINI”椭圆形（两个、三个或更多个）（图3）的中心电极的下端的形状而这允许增加火花间隙并增加工作混合物的效率：a1· b1常量其中变量a1、a2的参数分别是从点M1和M2到焦点F1的距离，b1、b2是从点M2到焦点F2的距离，c是图中的常数值（常数）。3.第三章。因此，上部中心电极的放电将产生放电管的离散-连续锥形集合体，其形式为由离散-连续管形成的锥形表面，而不是两个电极之间的否则，如果上电极的表面以及下电极的表面以彼此对应的下电极椭圆的集合体的形式制成，则伏打堆的表面将增加并采取圆柱体的形式，其上端和下端代表由离散-连续放电管互连的卡西尼椭圆的相同几何形状（图2）。火花塞的两个电极的这种表示增加了图二. 卡西尼椭圆火花塞356I. Korobiichuk等人/工程科学与技术，国际期刊22（2019）353图3.第三章。载流椭圆：a）平面形式; b）形成两个椭圆“卡西尼”; c）形成椭圆“卡西尼”; 1 -几何点的点; M -椭圆表面上的因此，在其它相同的条件下，一方面显著增加了发动机功率，另一方面显著降低了排放水平。（图 3）。提出的火花塞设计的无可争议的优点是两个重点的上和下基地的伏打桩气缸F1和F2和高梯度热分量的两个轴的形式的工作容积，这提供了围绕它们的工作混合物的更高的燃烧效率。这一因素在内燃机的不可抗力运行模式中，即在军用设备、轻型飞机、民用车辆等中更为重要让我们演示根据以下条件构建Cassini（在SolidWorks软件环境中执行）椭圆的程序：见图4。椭圆形“卡西尼”形成过程的建模I. Korobiichuk等人/工程科学与技术，国际期刊22（2019）353357·n22222 2 2 2 2.X←ðF2系列þðF2系列parameter：.在Solid Works中构建Cassini椭圆首先定义用于构建圆环的非参数方程阿克斯 埃什基 拉斯 EURR -r-4 Rx 2019年12月20日在将环面可视化之后，考虑它是中空的，我们在平面xz中通过垂直平面切割物体。这样，在环面上逐渐移动，我们就得到了Cassini椭圆的变分位形.让参数c的公式中的a和b分别是从所选椭圆点到第一焦点和第二焦点的最短距离（图1）。 4 a和b- c = 4.5，图 4 c和d- c=4）。焦点沿水平轴绘制焦点网格轴上的位置在输入数据中表示：x，y分别用于焦点F1和x，y用于焦点F2：x1：1/4- 5;x2：1/45;y1：1/4- 5;y2：1/45;xF1：1/4- 2;yF1：1/40;xF2：¼ 2; yF2：¼ 0指定参数c的值。该程序计算点的坐标。该程序以这样一种方式运行，即通过将点连接在一条线上（n = 8000）来获得特定配置的卡西尼椭圆，点的数量由变量n表示。以0.001的精度计算坐标平面上的每个点的位置在SolidWorks软件环境中用于计算点椭圆Cassini的公式i ←1对于x2 x1; x1x2-nx1：：x2对于y2 y1; y1y2-y1：：y2a←qX-xF12Y-yF12图五. 卡西尼椭圆形轮廓的三维形成O1和O2导致所形成的两个椭圆的更大的减小;到它们的交点的距离增加，但是它们的中心与初始焦点F1和F2重合，并且保持从一个或另一个椭圆的任意点到焦点F1和F2的距离的乘积的恒定值。给定的计算程序允许接收一组卡西尼椭圆在内部空间的输出椭圆。图图5示出了在SolidWorks软件环境中执行的Cassini椭圆轮廓的三维表示。以椭圆点到焦点距离恒定的形式建立椭圆是建立Cassini椭圆三维 可 视 化 模 型 的 基 本 条 件 因 此 ， 不 能 提 供 构 造 算 法 ， 因 为SolidWorks软件定义了Cassini椭圆本身的表面参数。通过这种设计实现的技术结果使得可以提高燃料的可燃性效率. X轴bqX-x2Y-y2：¼j为了确保工作混合物的完全燃烧，ð3Þ提高发动机整体功率，减少有害气体Yif b·acXi← xYi← y第一章Y图4，a显示了c= 4.5的卡西尼椭圆，其中M点位于坐标的第二个四分之一 图 4，b显示了c = 4.5的卡西尼椭圆，其中M点位于坐标的第一个四分之一。图4，c显示了c= 4时的卡西尼椭圆，其中M点位于坐标的第二个四分之一。图4d显示了c= 4时卡西尼椭圆的情况，其中M点位于坐标的第一个四分之一处。正如我们所看到的，变量c的变化导致卡西尼椭圆形的结构变化 图图4显示了卡西尼椭圆形轮廓的三维形成。本文提供了一个计算卡西尼卵形线的程序，并给出了计算的图形结果很根据计算，位于椭圆中间的其他点是在中心部分以两个对称凹面的形式包含其几何形状变化的椭圆，其中一个在顶部，另一个在底部。凹面的深度随着椭圆点接近输出椭圆的中心而增加，并且根据某些初始数据，输出椭圆变成两个椭圆，它们在水平轴O1和O2上的点处彼此接触，并且它们的中心与输出椭圆的焦点F1和F2重合（图10）。 4）。将输出椭圆内表面的点进一步近似到水平轴由于更完全的燃烧，的工作混合物。电力的减少施加到火花塞上的脉冲将消除电极表面的过早电化学破坏和爆震。为发动机电气设备的调节的进一步自动化创造了条件。火花塞用作以状态传感器的控制智能系统的形式创建数字集成运输技术的基础，该控制智能系统自动选择内燃机的最经济的巡航或不可抗力模式，并且不需要在维修站对电气设备进行额外的维修。大气、热和其他参数的变化通过火花塞过渡到相应的卡西尼椭圆形而自动调平，而无需对点火系统进行额外调整。5. 结论当使用该方法时实现的技术结果允许增加发动机中空气-燃料混合物的充分燃烧将由于空气-燃料混合物的更完全燃烧而一般地增加发动机容量并减少对大气的排放。减小供给火花塞的电脉冲功率将消除电极表面的过早电化学破坏和爆震。当使用的火花塞，建议模型的卡西尼椭圆形，使它能够有效地控制点火系统358I. Korobiichuk等人/工程科学与技术，国际期刊22（2019）353在自动模式下。某些传感器的可用性允许火花塞自动切换到所需的导电卡西尼椭圆形，这在气象条件和燃料结构发生变化时或在其他不必要的因素影响下降低发动机容量并增加对环境的排放时非常重要在内燃机中安装传感器系统为进一步改进其操作以及增加环境清洁度创造了机会此外，切换到同时工作在几个卡西尼椭圆也是可能的。最后，随着空气-燃料混合物燃烧系统中关键基础设施的出现，警告设施或元件基座阻塞或发动机整体的技术实施台架试验目前处于处理和综合分析内燃机中应用的现象的中间阶段对包括生物燃料在内的不同类型的燃料进行了研究。卡西尼火花塞也被考虑用于生物燃料内燃机。引用[1] I. 科罗比丘克岛Bezvesilna，A.伊尔琴科河谷Shadura，M.诺维茨基河Szewczyk在：热风速流量计的数学模型传感器，2015年9月15（9）11日，文章编号097，pp.22899-22913. doi：10.3390/ s150922899。[2] I. 科罗比丘克岛Bezvesilna，A.Ilchenko，Y.Trostenyuk，汽车运输生物燃料的热 风 速 计 流 量 计 ， Adv.Intellig. 系 统 计 算 519 （ 2017 ）443https://doi.org/10.1007/978-3-319-46490-9_59[3] I. Korobiichuk，M.放大图片作者：Kachniarz，Yu Shavursky，M.诺维茨基河Szewczyk，关于改进热风速流量计中生物燃料温度测量精度的算法，2017年第四届控制、决策和信息技术国际会议（CoDIT），2017年，IEEE会议出版物，第100页。0964-0968[4] I. Korobiichuk ， M. 卡 奇 尼 亚 日 岛 Bezvesilna ， A. Ilchenko ， M. 诺 维 茨 基 河Szewczyk，具有入口温度调节的发动机燃料量热流量计，2017年第四届控制，决策和信息技术国际会议（CoDIT），2017年，IEEE会议出版物，pp. 0975-0979.[5] Bugaets， E.S. 火 花塞 （火 花塞 的检 验 入G 01 M 19/02 ） 。俄 罗斯 联 邦专 利号74524。2008年6月27日[6] S.V. Akimov，Y.P. Chizhkov，汽车电气设备莫斯科，俄罗斯：ZAO“KISI”驾驶“。2004年[7] G.I.扎伊采夫Zaitsev，火花塞内燃机乌克兰专利号63641，2011 pp. 10个。[8] V.M. 梅尔乌克兰专利号81817 2013年7月10[9] V.M. Mel17-19岁。[10] V.M. Mel'nick，火花塞电极空间集中管理区域Praha，Chez Republic：“PREDNIVEDECKE NOVINKY- 2013”，2013 pp. 46比50[11] V.M. 梅尔Karachun，V.Y.Shybetskiy，火花塞。乌克兰专利第85号151.2011年11月11日[12] V.M. 梅尔乌克兰专利号81217 1月272014年。[13] I.M.维诺格拉多夫，卡西尼轴.数学百科全书，《苏联百科全书》，苏联莫斯科，1985年。[14] 上午Prokhorov，Soviet Encyclopedic Dictionary，Soviet Encyclopedia，Moscow，USSR，1982.[15] 张健，王伟民，王芳，唐文贤，崔伟成，王伟波，具有各种形状指数的外部加压卡西尼椭圆壳的弹性屈曲，薄壁结构。122（2018）83https://doi.org/[16] 远藤拓马，桑本圭介，金旭京，左崎友之，下栗大介，难波新一，高速气流中激光 点 火 与 火 花 塞 点 火 的 比 较 研 究 ， 燃 烧 。 Flame 191 （ 2018 ）408https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2018.01.029[17] 陶菲克·巴达维，修朝宝，徐洪明，火花塞间隙对火焰核心传播和发动机性能的影响，应用。Energy191（1）（2017）311https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.01.059[18] 李文，电火花点火系统的设计与应用，北京：机械工业出版社。122（1）（2014年6月）151https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.02.009[19] 豪 尔 赫 · 阿 曼 多 · 奥 尔 蒂 斯 Romero ， P. Cueva ， Victor H. Jacobo ， RafaelSchouwenaars，由于强磁场和不良燃料添加剂的组合导致的火花塞故障，案例研究。工程失败。Anal.1（2）（2013）67https://doi.org/10.1016/j.csefa.2013.04.004[20] 王志，刘辉，Rolf D. Reitz，火花点火发动机的爆震燃烧，Progr。能量燃烧。Sci. 61（2017）78https://doi.org/[21] 放大图片作者：Claudio Poggiani，Michele Battistoni，Carlo N. Grimaldi，Adriano Magherini，多火花点火系统的实验表征， 能源程序。82 （2015）89https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.11.887[22] Ahmed A.Abdel-Rehim， Impact of spark plug number of ground electrodeson engine stability，Ain Shams Eng. J. 4（2）（2013）307 https://doi.org/-316，www.example.com 10.1016/j.asej.2012.09.006.[23] 黄哲焕，林柏涵，陈柏涵，点火正时对含氢合成气内燃机火花塞重整系统排放105（2017年5月）1570https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.499[24] Dongwon Jung，Norimasa Iida，使用多线圈点火系统提高稀油SI发动机运行热效率的多火花放电研究，应用能源212（15）（2018）322https://doi.org/[25] MümtazKaratas ，，Amultifocusesclosedcurve：CassiniOval，itspropertiesandapplications，Do gus，Üniversistesi Dergisi14（2）（2013）231-248. http：//hdl. handle.net/10945/49290。[26] A. 沃什伯恩，M。Karatas，多基地搜索理论，Milit。操作。Res. 20（1）（2015）21https://doi.org/10.5711/1082598320121[27] Peter S.艾伦，尼古拉·德·赞奇.核磁共振鸟笼线圈与卡西尼椭圆形的形成。专利号：US6452393（BI），2002。[28] HellmersJens，Escherina Elena，Wriedt Thomas，使用离散源的零场方法模拟双 凹Cassini 椭 圆的 光 散射 ， J. Opt. A Pure Appl. Opt. 8 （ I.1 ） （ 2006 ） 1https://doi.org/10.1088/1464-4258/-9，www.example.com 8/1/001。
我的内容管理
展开
