Hình 2.4 Sản phẩm bugi lõi kép
Sau khi chế tạo thành công được hai loại bugi cải tiến như trên, để kiểm chứng khả năng có thể tạo ra nhiều tia lửa hơn so với bugi thơng thường nhóm sẽ tiến hành bố trí thí nghiệm đánh lửa ngồi khơng khí để có thể quan sát được hiệu quả của từng loại.
2.4.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Đối với bugi thông thường và bugi ba chấu âm nhóm sử dụng bobin đơn thơng thường để kiểm tra khả năng đánh lửa:
Hình 2.5 Sơ đồ bố trí đánh lửa đối với bugi nguyên bản và bugi ba chấu âm
Như những gì Hình 2.5 đã thể thiện đối với bugi nguyên bản và bugi ba chấu ấm nhóm sẽ sử dụng một ắc quy 12v để cấp nguồn cho cuộn sơ cấp bobin đơn, đầu dây còn lại của cuộn thứ cấp sẽ được nối với đuôi bugi. Mặt khác cực âm của bugi nhóm sẽ nối với một biến trở cùng với đó là một điện trở shunt có tác dụng ổn định dịng sau đó nối về cực âm của ắc quy.
Đối với bugi lõi kép nhóm sử dụng bobin đơi để thí nghiệm, sơ đồ hệ thống được bố trí như Hình 2.6.
Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đánh lửa ngồi khơng khí với bugi lõi kép
2.4.2 Phương pháp thí nghiệm
a, Đối với bugi nguyên bản và bugi ba chấu âm nhóm tiến hành bố trí và thực hiện như sau:
- Đầu tiên nhóm sẽ sử dụng một khóa điện K mắc vào cực dương của ắc quy sau đó nối đầu dây cịn lại vào cuộn sơ cấp của bobin đơn.
- Đầu dây còn lại của cuộn thứ cấp bobin mắc vào đuôi của bugi.
- Dùng một sợi dây điện mắc vào thân của bugi sau đó mắc vào cực âm của ắc quy.
- Để tạo ra tia lửa điện ở đầu bugi nhóm tiến hành bấm cơng tắc liên tục để mơ phỏng q trình ngắt dịng sơ cấp như của hệ thống tự động. Lúc này bugi sẽ bắt đầu đánh lửa và nhóm sẽ dùng camera để thu lại các hình ảnh.
Về cơ bản cách bố trí sơ đồ thí nghiệm gần giống với khi làm trên bugi nguyên bản. tuy nhiên vì bugi lõi kép sử dụng bobin đôi nên sẽ phải dùng thêm một transistor mắc vào cuộn sơ cấp của boobin sau đó tiếp mass. Cuộn thứ cấp của bobin đơi một đầu mắc transistor sau đó mắc vào một chân dương của bugi. Đầu còn lại của cuộn thứ cấp mắc vào chân dương thứ hai của bugi lõi kép. Cách thức thực hiện để thu được tia lửa điện tương tự như phần trên tuy nhiên về nguyên lý có chút khác biệt. Vì hệ thống sử dụng bobin đơi nên cần phải có một cục transistor để chia cuộn thứ cấp của bobin ra hai dòng ứng với hai chân dương của bugi lõi kép, từ đó có thể tạo ra được hai tia lửa chỉ với một lần thực hiện.
2.4.3 Các kết quả thu được sau thí nghiệm
Từ việc thực hiện bố trí các sơ đồ đánh lửa tiến hành áp dụng lần lượt cho các loại bugi. Cụ thể đối với đánh lửa bobin đơn sửu dụng cho bugi nguyên bản và bugi 3 chấu âm ta thu được các hình ảnh tia lửa như sau:
Hình 2.8 Tia lửa bugi ba chấu âm
Đối với bugi lõi kép nhóm đã sử dụng bobin đơi để tiến hành thí nghiệm và cho ra kết quả với hình ảnh tia lửa điện như sau:
Hình 2.9 Tia lửa bugi lõi kép
Sau hơn 50 lần thử lửa đối với từng loại bugi nhóm đã đưa ra các nhận xét: Bugi nguyên bản cho khả năng đánh lửa ổn định theo thời gian, tia lửa tạo ra đều và mảnh
Bugi ba chấu âm tuy sau nhiều lần quan sát có khả năng tạo ra hai tia lửa điện tuy nhiên tần suất thành cơng rất thấp, chủ yếu chỉ có thể tạo ra được một tia như bugi thông thường.
Bugi lõi kép có thể tạo ra hai tia lửa điện ở mỗi lần đánh lửa. không những thế theo thời gian loại bugi này cũng cho thấy khả năng hoạt động ổn định không kém bugi nguyên bản.
Từ những nhận xét trên có thể thấy việc thí nghiệm với bugi ba chấu âm khơng đạt với các u cầu mà nhóm mong muốn vì loại bugi này tuy có thể ngẫu nhiên tạo ra được hai tia lửa điện tuy nhiên xác suất cịn khá thấp khó có thể đảm bảo để rằng có thể rút ngắn thời gian đánh lửa động cơ từ đó cải thiện hiệu suất nhiệt. Tuy nhiên với sự thành công bước đầu của loại bugi lõi kép khi mà loại này có thể tạo ra được đồng thời hai tia lửa với mỗi lần đánh và hoạt động ổn định là tiền đề để nhóm thực hiện các thí nghiệm tiếp theo để làm rõ về hiệu quả cải thiện công suất cũng như giảm phát thải cho động cơ. Các thí nghiệm quan trọng để làm rõ các vấn đề trên sẽ được nhóm trình bày ở phần tiếp theo.
Chƣơng 3: THỬ NGHIỆM
3.1 Thí nghiệm trên buồng đốt đẳng tích
3.1.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Để xác định năng lượng đánh lửa, trước tiên nhóm nghiên cứu ảnh hưởng của các đặc tính phóng điện đến xác suất đánh lửa và quá trình cháy của các hỗn hợp nhiên liệu khí / khơng khí khác nhau bằng cách sử dụng hai loại bugi khác nhau: bugi truyền thống và bugi hai lõi trong buồng đốt thể tích khơng đổi, như được chỉ ra trong Hình 3.1.
Hình 3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm sử dụng buồng đốt đẳng tích
Các thiết bị cấu thành: Buồng đốt đẳng tích bình cung cấp khí Thiết bị đo dịng Peason Current Monitor 6585
Highvolt Probe HV 28HF Hệ thống đánh lửa
Xi lanh nén khí Bơm chân khơng Máy osillocope
Máy phân tích khí xả.
Hình ảnh thực tế mơ hình bố trí thí nghiệm:
Hình 3.2 Hình ảnh thực tế mơ hình thí nghiệm trên buồng đốt đẳng tích
Thơng số các thiết bị điện tử: - Thiết bị đo năng lượng đánh lửa:
Dòng cao áp được thu thập bằng que đo cao áp HV 28HF ( thông số được liệt kê ở bảng 1.1) để biết được điện áp đánh lửa tại thời điểm bắt đầu phóng điện. Cường độ dịng điện được đo bằng thiết bị đo dịng Peason Current Monitor 8122 (thơng số được liệt kê ở Bảng 1.2) để đo sự thay đổi của dịng điện khi phóng điện và so sánh được sự thay đổi của dòng điện khi thêm trở hoặc giảm bớt trở từ đó có thể xác định năng lượng đánh lửa qua hai số liệu này.
Bảng 3.1 Thông số chi tiết của que đo cao áp HVP-28HF
Tỉ lệ phân chia 1000:1 Điện áp xung <20KVp-p Dải 32auk tần DC~75MHz Độ chính xác ≤ ± 3% Nhiệt độ hoạt động -10~55 ˚C Dòng tải cực đại 45 Ua
- Thiết bị đo dịng Peason Current Monitor 8122
Bảng 3.2 Thơng số thiết bị đo dòng Peason Current Monitor 8122
Độ nhạy 1 V/A ± 1% Điện trở ngoài 50 Ω Dòng điện cực đại 500 A Tần số thấp 3Db cut-off 400 Hz Tần số cao ± 3Db 250MHz (xấp xỉ) Nhiệt độ vận hành 0…65 ˚C
Kiểu đầu nối BNC (UG-290A/U)
- Cảm biến áp suất và thiết bị thu thập dữ liệu
Bảng 3.3 Thông số chi tiết của cảm biến áp suất ST18 Pressure transmitter
Nguồn cấp cho thiết bị 8…30 (Vdc)
Tín hiệu đầu ra 4…20 (Ma), 0…5 (Vdc)
Nhiệt độ hoạt động -25..85 ˚C
Áp suất tối đa 12 bar
Độ chính xác ≤ ± 5%
Thang đo 0…6 bar
- Máy phát hiện sóng Oscillocope Gwinstek GDS-1104B
Bảng 3.4 Thơng số máy hiện sóng Oscillocope Gwinstek GDS-1104B
Băng thơng 70 Mhz
Số kênh 2
Tốc độ lấy mẫu 1 Gsa/s
Rise time 5ns
Độ phân giải 1Mv~10V/div
Đầu vào AC, DC, GND
Trở kháng vào 1Mohm, 16Pf
Độ chính xác DC 3%
Điện áp đầu vào lớn nhất 300Vpk
Nguồn Trigger CH1, CH2, CH3, CH4, EXT Thời gian quét 5ns/div ~ 100s/div
Màn hình 7”, TFT WVGA, 800x480
Giao tiếp USB 2.0
Nguồn cung cấp 100 – 240VAC, 50/60Hz
Kích thước 384x108x137.3mm
Trọng lượng 2.8kg
Phụ kiện Que đo GTP-070A-4(2 chiếc), HDSD, dây nguồn
Trên đây là tồn bộ hệ thống thí nghiệm và các thông số thiết bị điện tử nà nhóm sử dụng để có thể đo được năng lượng đánh lửa của các loại bugi.
3.1.2 Phương pháp thí nghiệm
Sau khi bố trí được mơ hình thí nghiệm như trên, để đo được Eig ta tiến hành đo điện áp ở đầu điện cực, nơi được nối trực tiếp với cuộn dây cao áp của bobin đánh lửa. Cực âm được nối tiếp đất thơng qua chuỗi điện trở R(Ω). Tín hiệu điện áp và dòng điện được đo qua hai thiết bị Pintek high-voltage probe HVP-28HF và Peason current monitor 8122 được kết nối với MHz Gwinstek GDS-1104B. Nhiên liệu và khơng khí được làm đầy tuần tự vào buồng chân không theo phương pháp áp suất riêng phần. Áp suất riêng phần của chất phản ứng phụ thuộc vào tỷ lệ đương lượng và áp suất trong buồng ban đầu. Các hỗn hợp dễ cháy được trộn trước trước khí đốt cháy. Đối với đặc tính phóng điện, điện áp V (t) và dòng điện I (t) được phát hiện và ghi lại bằng đầu dò điện áp cao Pintek HVP-28HF, bộ theo dõi dòng điện Pearson 8122 và máy hiện sóng 100 MHz. Năng lượng đánh lửa (Eig) sau đó được tính bằng tích phân I (t) và U (t) qua khe hở tia lửa điện trong thời gian phóng điện. Sau ít nhất 50 lần đánh lửa, nhóm áp dụng phương pháp hồi quy logistic[1, 6] để tính xác suất đánh lửa và năng lượng đánh lửa tối thiểu (MIE) của bất kỳ hỗn hợp dễ cháy nào ở một điều kiện thực nghiệm nhất định.
Sau khi đã có những số liệu trên ta xử lý bằng cách sử dụng cơng thức tính tốn năng lượng đánh lửa bằng công thức sau:
0t . .
ig
E U t I t dt (1)
Trong đó : Eig là năng lượng đánh lửa (Mj) U hiệu điện thế ở đầu điện cực (V) I là cường độ dịng điện (A)
3.1.3 Kết quả thí nghiệm:
Từ những số liệu thu thập được sau q trình tính tốn nhóm tiến hành vẽ được biểu đồ thể hiện năng lượng đánh lửa của các loại bugi như sau:
Đối với bugi nguyên bản
Hình 3.3 Biểu đồ năng lượng đánh lửa bugi nguyên bản
Biểu đồ thể hiện đặc tính của cường độ dịng điện, hiệu điện thế và Eig sau mỗi lần bugi thực hiện đánh lửa. Qua biểu đồ có thể thấy mỗi lần bugi thơng thường thực hiện đánh lửa có thể tạo ra năng lượng xấp xỉ bằng 0.4 Mj. Đây là mức năng lượng đủ để bugi thông thường hoạt động hiệu quả trong buồng đốt.
Đối với bugi lõi kép
Với cùng một hệ thống bố trí thí nghiệm như trên, nhóm sử dụng bobin đơi với bugi lõi kép và cho ra kết quả sau:
Hình 3.4 Biểu đồ năng lượng đánh lửa chân số 1
Vì bugi lõi kép có tới hai chân dương nên phải tiến hành thí nghiệm hai lần cùng với cách bố trí như trên. Đối với chân dương thứ hai của bugi lõi kép nhóm thu được kết quả sau:
Hình 3.5 Biểu đồ năng lượng đánh lửa chân số 2
Với hai biểu đồ nhóm thu được sau khi tiến hành tính tốn năng lượng đánh lửa cho bugi hai lõi nhóm nhận thấy đường đặc tính và các giá trị mà hai chân bugi thu được tương đương nhau.Ở cả hai chân bugi đều có thể tạo ra năng lượng đánh lửa đạt mức xấp xỉ 1.2 mJ.
Nhận xét:
Từ các kết quả thu được nhóm kỳ vọng rằng khối lượng nhân ban đầu lớn hơn bởi bugi lõi kép có thể giúp nhân ngọn lửa phơi thai tồn tại và lan truyền dễ dàng, cho thấy xác suất bắt lửa của bugi lõi kép cao hơn so với truyền thống.
3.1.4 Tìm hiểu về áp suất thử nghiệm trên buồng đốt đẳng tích
Đối với sự phát triển của nhân ngọn lửa, áp suất trong buồng trong quá trình đốt cháy được phát hiện bởi bộ chuyển đổi áp suất. Hình 3.6 trình bày sơ đồ áp suất điển hình của hỗn hợp khí metan / khơng khí theo tỷ lệ tương đương là ( 0,6 thu được trong buồng đốt thể tích khơng đổi với một bugi thơng thường. Dựa trên cấu hình áp suất , trước tiên, nhóm thu được thời gian trễ đánh lửa được xác định là khoảng thời gian từ khi bắt đầu phóng điện đến khi tăng áp suất trong buồng tức thời.
Hình 3.6 Hình ảnh áp suất trong buồng của CH4 / khơng khí (( = 0,6)
Mặc dù nhóm chưa thử nghiệm với 2-CSP, nhóm kỳ vọng thời gian delay có thể được rút ngắn bởi nhân ngọn lửa ban đầu lớn hơn, dẫn đến thời gian đốt cháy ngắn hơn so với bugi thông thường.
3.2 Thí nghiệm trên động cơ dẫn máy phát điện Honda EC2500CX
Ngồi các thí nghiệm được làm ngồi khơng khí và trong buồng đốt đẳng tích ra nhóm cịn dự kiến sẽ làm các thí nghiệm thực tế trên động cơ dẫn máy phát điện Honda EC2500CX để kiểm tra hoạt động của bugi hai lõi về khả năng cải thiện hiệu suất động cơ so với bugi thông thường. Tuy nhiên do ảnh hưởng của đại dịch COVID19 đã làm gián đoạn kế hoạch trên và nhóm mới chỉ kiểm chứng được trên loại bugi thông thường. Tuy nhiên với những kết quả thu được từ bugi thông thường sẽ là tiền đề quan trọng cho việc thực nghiệm trên bugi lõi kép sau này khi được tập trung trở lại. Nội dung thí nghiệm sẽ được nhóm trình bày ngay sau đây.
Hình 3.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo momen và cơng suất động cơ
Máy phát điện nhóm sử dụng có tên gọi Honda EC2500CX vì loại máy này sử dụng loại bugi F7TC với cùng kích thước với sản phẩm mà nhóm đang phát triển.
Các thông số thiết bị: a, Máy phát điện:
Kiểu máy : Làm mát bằng quạt gió, 4 thì, 1 xi lanh
Cơng suất cực đại (HP) : 6.5
Dung tích xi lanh (cc) : 163
Đường kính x hành trình piston (mm) : 68 x 45
Tỉ số nén : 8.5:0
Dung tích nhớt (L) : 0.5
Hệ thống đánh lửa : IC
Tiêu hao nhiên liệu : 1,2-1,3 lít xăng/1 giờ
Tần số : 50Hz
Điện thế xoay chiều : 230V - 1 pha
Công suất liên tục : 2.2 KVA
Công suất cực đại : 2.5 KVA
Điện thế một chiều : 12V - 8.3A
Thời gian hoạt động 1/2 tải liên tục : 8h
Dung tích bình xăng : 15L
Ổn áp điện tự động (AVR) : Có
Trọng lượng : 40KG
Hình 3.8 Hình ảnh thực tế máy phát điện Honda EC2500CX
b, Hệ thống đèn - 6 bóng đèn sợi đốt 40w Nguồn điện ổn định: 220V/50Hz Công suất: 40W Đầu đèn: E27/B22 Màu ánh sáng: ánh sáng vàng - 2 bóng đèn halogen 1000w Thơng Số Kỹ Thuật: + Đường kính bóng: Ø10 + Chiều dài bóng: 500mm + Điện áp: 230V + Công suất: 1000W + Nhiệt độ: Max 500°C + Màu sắc: vàng + Kiểu chi: dẹp
Hình 3.9 Hệ thống bóng đèn thực tế
c, Đồng hồ đo số vòng quay động cơ + Dải đo RPM: + 10.0~9999.9RPM + 10000~99999RPM + Độ phân giải RPM: 0.1; 1 + Độ chính xác RPM: ±(0.04%+2) + Dải đếm: + Dải đo: 0 ~ 99999 số đếm + Độ phân giải: 1 + Độ chính xác: ±1 + Khoảng cách mục tiêu: 50mm~200mm + Chống rơi: 1m
+ Nguồn điện: Pin 1.5V (R03) x 3
Hình 3.10 Đồng hồ đo số vòng quay động cơ
d, Đồng hồ đo điện vạn năng Thông số kỹ thuật: ACA: 42.00 A / 420,0 A / 1000 A (± 1,5% RDG. ± 5 .) AC V: 4.200 V đến 600 V, 4 dãy (± 1,8% rdg. dgt ± 7). Từ 50-60 Hz: DC V 420,0 mV đến 600 V, 5 dãy (± 1,0% rdg. dgt ± 3).Từ 45 Hz đến 500 Hz Đường kính kìm đo φ33 mm (1.30 "), Điện trở: 420,0 Ω đến 42,00 MΩ, 6 dãy (± 2,0% rdg. dgt ± 4). Đo thông mạch: 50 Ω ±40 Ω
Chức năng khác: Data hold chức năng tiết kiệm điện Nguồn cung cấp: CR2032 x 1
sử dụng liên tục: 120 giờ