3.2 Thí nghiệm trên động cơ dẫn máy phát điện Honda EC2500CX
3.2.2 Tìm hiểu về hệ thống đánh lửa trên máy phát điện Honda EC2500CX
Theo như tìm hiểu của nhóm động cơ dẫn máy phát điện Honda EC2500CX sử dụng hệ thống đánh lửa Magneto. Hệ thống đánh lửa Magneto làm giảm việc sử dụng các thiết bị cơ khí, mục đích của hệ thống đánh lửa Magneto là nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống đánh lửa bằng cách thay thế các bộ phận chuyển động như vít lửa. Nguyên tắc chính của hệ thống đánh lửa Magneto là sử dụng Transistor làm cơng tắc điện tử thay vì vít lửa. Vít lửa là thiết bị dùng để ngắt dịng điện cuộn sơ cấp trong cuộn đánh lửa để xảy ra hiện tượng cảm ứng điện từ. Vít lửa này hoạt động cơ học bằng cách sử dụng một cam có thể kéo giãn khoảng cách tiếp điểm.
Tuy nhiên, việc sử dụng vít lửa được cho là kém hiệu quả, đó là do các thành phần cọ xát sẽ bị bào mịn nên có thể ảnh hưởng đến hiệu suất chung của hệ thống đánh lửa. Ngoài ra, khi điểm cầu dao bị kéo căng, tại điểm cầu dao thường xuyên xảy ra tia lửa điện khiến công suất cảm ứng của cuộn đánh lửa bị giảm. Đó là lý do tại sao
có sự điều chỉnh khoảng cách vít lửa. Bằng cách sử dụng Transistor, hai điều trên có thể được khắc phục.
Như nhóm đã trình bày ở trên, Transistor có chức năng như một cơng tắc điện tử. Có ba chân trên Transistor là chân đế, bộ thu và bộ phát. Collector là đầu vào, trong khi emitter là đầu ra. Chân đế như một bộ điều khiển, nếu có dịng điện (điện áp thấp) chạy ở chân đế thì dịng điện ở đầu vào (cực thu) sẽ chạy ra đầu ra (cực phát). Tuy nhiên, khi dòng điện ở chân đế dừng lại, bộ thu lại bị cắt bằng một bộ phát . Để kiểm sốt hiệu suất của bóng bán dẫn cần một cảm biến bổ sung, cuộn dây nhận. Cảm biến này sẽ gửi một dòng điện điện áp thấp với thời gian tạm dừng theo thời gian đánh lửa ở chân đế. Vì vậy, hiệu suất của bóng bán dẫn sẽ phù hợp với Rpm của động cơ.
Hoạt động của dây nhận: Cuộn dây nhận gồm ba phần là rơto có cam, nam châm vĩnh cửu và cuộn dây.
Hình 3.12 Hoạt động của dây nhận
Ba thành phần được đặt như hình vẽ, nam châm vĩnh cửu phát ra từ trường đập vào rôto. Trong khi rôto được làm bằng kim loại có thể bị nam châm hút. Cam trên rôto dùng để rút ngắn khoảng cách giữa rôto bằng nam châm vĩnh cửu. Khe hở thay đổi này làm cho dịng điện trong cuộn dây bán tải có dạng zig-zag. Khi cam song song với nam châm vĩnh cửu thì có dịng điện, nhưng khi cam dịch chuyển thì dịng điện biến mất. Điện áp rơi này được sử dụng làm thời gian ngắt dòng điện sơ cấp trong cuộn dây đánh lửa.
Hình 3.13 Sơ đồ hệ thống đánh lửa Magneto
Khi khởi động động cơ, trục khuỷu sẽ quay cuộn dây tải để cuộn dây tải tạo ra dòng điện áp thấp. Điều này sẽ làm cho Magneto hoạt động để bộ thu được kết nối với bộ phát.Trong cuộn dây đánh lửa, dòng điện từ ắc quy sẽ chạy trong cả hai cuộn dây trong cuộn dây đánh lửa. Như đã giải thích ở trên, cuộn dây bán tải sẽ tạo ra dòng điện zig-zag. Dòng điện từ cuộn dây nhận sau đó được truyền đến chân cơ sở của Transistor. Cảm ứng trong cuộn đánh lửa xảy ra khi chân đế khơng có dịng điện nhưng nó tồn tại trong tích tắc.
Sơ đồ điều khiển hệ thống đánh lửa thực tế mà nhà sản xuất cung cấp:
Hình 3.14 Sơ đồ điều khiển hệ thống đánh lửa thực tế
Hình ảnh bên đây là sơ đồ điều khiển hệ thống đánh lửa trên đc dẫn mpđ với cách thức hoạt động khá đơn giản. Khi đóng khóa điện dịng điện sẽ đi vào IC đánh
lửa, tại đây tín hiệu đánh lửa sẽ được điều khiên bằng magneto đóng ngắt dịng sơ cấp theo một transito sau đó dịng cao áp sẽ xẹt ra tia lửa điện ở đầu bugi. Trong trường hợp mức dầu trong mpđ bị cạn cơng tắc dầu sẽ đóng làm sang đèn báo sau đó sẽ tạo ra hiện tượng đoạn mạch và hệ thống sẽ không khởi động được.
Qua việc tìm hiểu về hệ thống đánh lửa của máy phát điện nhóm nhận thấy hệ thống này có sử dụng Magneto có ý nghĩa rất quan trọng trong việc cải tiến để sử dụng được bobin đôi thử nghiệm trên bugi lõi kép sau này. Từ những hiểu biết trên nhóm sẽ đưa ra các phương pháp thí nghiệm phù hợp nhất để đo đạc, tính tốn momen và cơng suất động cơ với bugi nguyên bản.
3.2.3 Phương pháp thí nghiệm
Để đo được chính xác cơng suất theo tải và số vịng quay của động cơ đầu tiên nhóm sẽ cho chạy thử khơng tải và có tải theo các mốc khác nhau theo số lượng các bóng đèn như đã mắc ở phần sơ đồ. Tiếp theo nhóm sẽ thiết kế và gia cơng các vít cố định để đánh dấu chính xác vị trí mở của bướm ga theo các mốc vịng quay của động cơ từ 2100Rpm đến khoảng 3000Rpm.
Hình 3.15 Hình ảnh minh họa vít điều chỉnh tốc độ vịng quay
Sau khi có được các vít điều chỉnh tốc độ động cơ nhóm sẽ tiến hành khởi động và đo dòng theo các giá trị tải ngồi cùng với các mốc vịng quay động cơ đã định sẵn. Lặp lại các thí nghiệm ngày khoảng trên 20 lần nhóm sẽ lấy các kết quả trung bình để tính tốn và cho ra kết quả.
Ta có hiệu điện thế đầu ra của máy phát điện không đổi (U= 220V) cùng với tải ngồi khơng đổi ( các bóng đèn). Dựa vào số vịng quay tính ra I (đo bằng đồng hồ vạn năng) ta có thể tính được cơng suất động cơ bằng cơng thức P=U.I và tính lực Momen
M = =
⁄ (2)
3.2.4 Kết quả thí nghiệm
Do ảnh hưởng của đại dịch nên nhóm chưa thể thực hiện đo và đưa ra các kết quả của mình cho thí nghiệm này. Tuy nhiên nghiên cứu chung trên máy phát điện lần này cịn có nhóm khác cùng do giảng viên TS.Nguyễn Minh Tiến phụ trách. Với cách bố trí cùng các thơng số máy móc tương tự, áp dụng phương pháp thực hiện như đã nêu ở trên đã cho ra các kết quả sau về momen và công suất động cơ khi sử dụng bugi nguyên bản:
Bảng 3.5: Bảng số liệu về công suất và momen động cơ(tham khảo)
N(V/p) I(A) P(W) M(N.m) 2130 7.74 1702 7.6 2322.5 8.52 1874 7.7 2532.29 9.04 1990 7.5 2719 9.43 2074 7.3 2942 9.85 2167 7.1 3032 9.62 2117 6.7
Từ các số liệu trên nhóm vẽ được biểu đồ thể hiện momen và công suất động cơ đối với động cơ khi sử dụng bugi nguyên bản như sau:
6.6 6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2050 2250 2450 2650 2850 3050 P(W) M(N.m) Poly. (P(W)) Poly. (M(N.m))
Hình 3.16 Biểu đồ momen và cơng suất động cơ với bugi nguyên bản (tham khảo) Sau khi tham khảo và tìm hiểu nhóm đã thu được các kết quả như sơ biểu đồ trên đã thể hiện. Qua đó có thể thấy đối với bugi thơng thường cơng suất động cơ có thể đạt được 2167W tại tốc độ động cơ 2942Rpm và momen 7.1N.m. Từ các kết quả trên nhóm hi vọng khi được thử nghiệm trên bugi ba chấu âm và đặc biệt là bugi lõi kép sẽ cho được công suất lớn hơn ở số vòng quay tương tự cũng như tăng momen xoắn.
Với thí nghiệm này mục tiêu của nhóm khơng chỉ áp dụng trên bugi nguyên bản tuy nhiên do ảnh hưởng của đại dịch kéo dài mà kế hoạch của nhóm đã bị trì hỗn. Tuy chưa thể thử nghiệm trên các loại bugi khác để kiểm chứng khả năng hiệu quả nhưng với cơ sở lý thuyết như đã trình bày ở các phần trước các kết quả này sẽ là tiền đề quan trọng cho hướng phát triển sau này của đồ án.
Chƣơng 4: NHẬN XÉT KẾT LUẬN
Sau q trình nghiên cứu và thí nghiệm về đề tài ảnh hưởng của số cặp điện cực bugi đến hoạt động của động cơ nhóm rút ra kết luận:
- Việc tạo ra các loại bugi cải tiến có thể hoạt động được tương thích với các hệ thống đánh lửa hiện nay là hoàn toàn khả thi.
- Bugi ba chấu âm cho có khả năng tạo ra được hai tia lửa điện sau một lần đánh lửa tuy nhiên xác suất còn rất thấp và hoạt động chưa hiệu quả.
- Bugi lõi kép có thể tạo ra 2 nhân ngọn lửa cùng lúc sau mỗi lần đánh lửa và hoạt động ổn định theo thời gian.
- Bugi lõi kép cho ra năng lượng đều nhau ở hai chân qua đó càng củng cố thêm về khả năng rút ngắn thời gian đánh lửa từ đó có thể cải thiện hiệu suất nhiệt động cơ.
Với việc có thể tạo ra cùng một lúc hai tia lửa có khối lượng nhân ban đầu lớn hơn bởi bugi lõi kép có thể giúp nhân ngọn lửa phôi thai tồn tại và lan truyền dễ dàng, cho thấy xác suất bắt lửa của bugi lõi kép cao hơn so với truyền thống, không những thế cầu lửa cũng có thể cho khả năng lan truyền ổn định hơn. Đây là hai yếu tố quyết định đến việc cải thiện hiệu suất nhiệt cho động cơ đốt trong áp dụng kỹ thuật cháy nghèo nhiên liệu.
Do tình hình dịch bệnh COVID19 diễn biến nghiêm trọng nên cũng đã ảnh hưởng tới q trình thực nghiệm của nhóm chưa đạt được những kết quả như mong muốn cũng như một số thí nghiệm chưa thể thực hiện kịp thời gian. Tuy nhiên bằng những hướng đi và kế hoạch đã thể hiện như trên nhóm kỳ vọng rằng bugi với lõi kép sẽ có thể tạo được nhân ngọn lửa lớn hơn cùng với đó rút ngắn thời gian đánh lửa và giảm phát thải. Mặc dù nhóm chưa thể đi đến cái đích cuối cùng như mục tiêu ban đầu đưa ra, nhưng với những gì đã tìm hiểu được cùng các kết quả thí nghiệm vừa qua nhóm tự tin rằng đề tài nghiên cứu này là hồn tồn khả thi và có tính ứng dụng cao trong thực tế. Hơn thế nữa, các kết quả thu được cũng sẽ là tiền đề quan trọng để nhóm theo đuổi sau khi được tập trung trở lại và cho ra những kết quả khả quan hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bane, S., et al. (2011). "Statistical analysis of electrostatic spark ignition of lean
H2/O2/Ar mixtures." 36(3): 2344-2350.
2. Chen, W., et al. (2013). "Impact of ignition energy phasing and spark gap on
combustion in a homogenous direct injection gasoline SI engine near the EGR limit."
3. Hwang, J., et al. (2017). "Application of a novel microwave-assisted plasma ignition
system in a direct injection gasoline engine." 205: 562-576.
4. Jiang, L. J., et al. (2018). "Spark ignition probability and minimum ignition energy
transition of the lean iso-octane/air mixture in premixed turbulent combustion." 187:
87-95.
5. Nakaya, S., et al. (2017). "Flame kernel formation behaviors in close dual-point
laser breakdown spark ignition for lean methane/air mixtures." 36(3): 3441-3449.
6. Nguyen, M., et al. (2021). "Conventional spark versus nanosecond repetitively
pulsed discharge for a turbulence facilitated ignition phenomenon." 38(2): 2801-
2808.
7. Nishiyama, A. and Y. Ikeda (2012). Improvement of lean limit and fuel consumption
using microwave plasma ignition technology, SAE Technical Paper.
8. Pal, A. and A. K. J. I. J. o. H. E. Agarwal (2015). "Comparative study of laser
ignition and conventional electrical spark ignition systems in a hydrogen fuelled engine." 40(5): 2386-2395.
9. Sasaki, Y., et al. (2014). The new Toyota 1.0 L L3 ESTEC gasoline engine. 2014
International Vienna Motor Symposium.
10. Shy, S., et al. (2019). "Effects of electrode spark gap, differential diffusion, and
turbulent dissipation on two distinct phenomena: Turbulent facilitated ignition versus minimum ignition energy transition." 205: 371-377.
11. Takahashi, D., et al. (2016). "Combustion development to realize high thermal
efficiency engines." 9(3): 1486-1493.
12. Takahashi, E., et al. (2018). "Turbulent flame propagation enhancement by
application of dielectric barrier discharge to fuel-air mixtures." 192: 401-409.
13. Yamada, T., et al. (2014). Economy with superior thermal efficient combustion (ESTEC), SAE Technical Paper.
14. Yu, X., et al. (2017). Improvement on energy efficiency of the spark ignition system, SAE Technical Paper.