4.5.1.1. Lưu lượng phun theo số vòng quay trục khuỷu
Hình 4.14 mô phỏng lượng phun nhiên liệu theo tốc độ quay của động cơ. Dựa trên những số liệu thực nghiệm mà nhóm đã tìm hiểu và tiến hành mô phỏng hoạt động trên mô hình kim phun PI này.
Hình 4.15. Khối lượng nhiên liệu phun ra trên một lần theo số vòng quay trục khuỷu.
Dựa trên biểu đồ ta có thể thấy, ở các tốc độ quay khác nhau thì lượng nhiên liệu phun ra ở mỗi chế độ hoạt động đều giống nhau. Cụ thể là ở các tốc độ quay khác nhau của động cơ từ 1000 rpm đến 4000 rpm đều phun ra một lượng tối đa là 0.0145 g/lần phun và lưu lượng tối đa đều là 0.080 m3/h.
Tuy nhiên lượng nhiên liệu phun ra sẽ phụ thuộc vào thời gian phun mà cụ thể ở đây là góc quay trục khủy. Ở 1000 rpm có thời gian phun nhỏ nhất khoảng 17o từ -138o đến - 121o. Ở 2000 rpm thì thời gian lớn hơn khoảng 28o, từ -143o độ đến -115o. Ở 3000 rpm thì thời gian lớn hơn 2000 rpm nhiều khoảng 65 o từ -145 ođến -90 o. Và cuối cùng ở 4000 rpm thì thời gian phun là lớn nhất với góc phun khoảng 75 o từ -148 o đến -75 o. Thời gian phun càng lớn thì lượng nhiên liệu phun ran càng nhiều.
Do tính chất hoạt động của kim phun nên ở mỗi lần phun chúng đều phun ra một lượng giống nhau ở đường ống nạp và lượng nhiên liệu cần thiết cung cấp cho xi lanh sẽ phụ thuộc vào thời gian đóng mở xupap nạp. khi xupap nạp mở sớm và đóng muộn thì thời gian mở lâu, lượng nhiên liệu nạp vào sẽ nhiều, ngược lại khi mở muộn và đóng sớm thì lượng nhiên liệu được nạp vào xilanh sẽ thấp.
Do đó, các chế độ hoạt động khác nhau thì lượng nhiên liệu sẽ được cấp một lượng phù hợp và tất cả đều do ECU tính toán và điều khiển thông qua van VVT-i. Cơ chế hoạt động của kim phun thấp áp khác với kim phun cao áp nên lượng nhiên liệu mỗi lần phun ra là 0.08 m3/h đều đặn như vậy trong suốt quá trình hoạt động và hầu như không có sự chênh lệch lớn giữa các chế độ vòng quay động cơ khác nhau.
Đặc tính hoạt động khác nhau và cũng nhằm mục đích giảm độ phức tạp của động cơ nên các thiết kế và hoạt động của kim phun luôn được tối ưu nhất về mặt kết cấu, giá thành cũng như mức độ sửa chữa. Ta có thể thấy tầm nhìn trong việc sản xuất và phát triển hệ thống cung cấp nhiên liệu của nhà cung cấp luôn đạt tiêu chuẩn cao, hợp lí với yêu cầu của xã hội và tuân theo các chuẩn về khí thải để bảo vệ môi trường.
4.5.1.2. Độ nhấc kim phun và thời gian phun theo góc quay trục khủy (tốc độ quay của động cơ)
Hình 4.16. Biều đồ nhấc kim theo góc quay trục khuỷu với thời gian cấp xung.
Biểu đồ trên thể hiện sự nhấc kim theo góc quay tục khuỷu trong thời gian cấp xung cho van solenoid, giống như lượng phun thì độ nhấc kim phun và thời gian phun của kim phun ở các tốc độ quay khác nhau là hầu như giống nhau, chúng có giá trị sấp xỉ nhau và chỉ hơn nhau một số nhỏ cụ thể là:
− Ở 1000 rpm thì độ nhấc kim là 0.05 mm ở 0.71 ms, lượng điện áp cung cấp đang thấp (do mới khởi động động cơ, hoặc chạy giảm tốc tốc độ thấp) nên độ nhấc kim
thấp hơn 3 mốc tốc độ còn lại.
− Ở 2000, 3000 và 4000 rpm thì độ nhấc kim là 0.05 mm ở 0.73 ms, độ nhấc kim lúc này đã ổn định và thời gian nhấc kim cũng giống nhau giữa các tốc độ khác nhau. Dựa vào biểu đồ trên ta có thể thấy cho dù tốc độ càng cao hay tải càng nặng thì thời gian nhấc kim, lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt đều giống nhau, nên để cung cấp đủ nhiên liệu cho động cơ hoạt động với hiệu suất tối ưu nhất mà không gây thiếu hay thừa nhiên liệu dẫn đến hư hỏng và gây ô nhiễm môi trường thì phụ thuộc vào thời gian đóng mở xupap do ECU điều khiển. Thời gian phun ngắn giúp cho lượng nhiên liệu phun vào hòa trộn tốt với lượng không khí trong ống nạp.
Nhưng nhìn chung thì độ nhấc kim phun hầu như không có sự khác biệt ở các chế độ hoạt động, từ đó ta có thể suy ra về mặt cấu tạo thì khi cấp điện cho cuộn dây solenoid thì van sẽ luôn mở ở vị trí tối đa là 0.05 mm. Cho thấy mặt tối ưu về phương diện hoạt động của kim phun này.
4.5.1.3. Áp suất trong các buồng của kim phun.
Ở hình 4.17 thể hiện áp suất trong các buồng điều khiển, buồng chứa kim phun, buồng chứa nhiên liệu trong bơm và buồng van ở số vòng quay là 2500 rpm, áp suất lỗ tia là 68 bar và thời gian cấp xung cho solenoid là 0.73 ms. Khi quan sát ta thấy:
− Giá trị áp suất các buồng thay đổi phức tạp.
− Có sự chênh lệch áp suất lớn giữa buồng van và buồng nhiên liệu kim phun và buồng điều khiển lỗ tia khi kim tiến hành quá trình phun nhiên liệu. Chênh lệch lớn nhất là ở buồng tia kim phun, buồng van, buồng bơm nhiên liệu với giá tị 68 bar, 36 bar và 37 bar.
− Không có sự chênh lệch nhiều giữa buồng van và buồng bơm nhiên liệu vì áp suất nhiên liệu sau bơm được đưa trực tiếp vào buồng van của kim phun.
− Sự thay đổi này giống như nguyên lí của kim phun đã được trinh bày trước đó và đây là biểu đồ thể hiện độ thực tế của kim phun.
− Khi kim phun nghỉ thì áp suất trong các buồng thay đổi liên tục theo một chu trình và không cố định một giá trị (lúc này cùng tăng hoặc cùng giảm) quanh một giá trị
cố định theo chu kì (như trong hình 4.17).
Hình 4.17. Áp suất các buồng trong kim phun.
4.5.1.4. Áp suất của dầu kim phun theo các tốc độ khác nhau
Hình 4.18. Áp suất nhiên liệu ở đầu kim phun trong các tốc độ khác nhau.
Sơ đồ trên đã biểu thị rõ về áp suất hoạt động của nhiên liệu trong kim phun ở các tốc độ khác nhau cụ thể là ở 1000rpm, 2000 rpm, 3000 rpm và 4000 rpm đều có áp suất nhiên liệu giống nhau là khoảng 5.5 MPa, chỉ có một vài cự chênh lệch nhỏ về áp suất giữa 1000 rpm và 4000 rpm khoảng 0.5 MPa.
Do sự chênh lệch về tải (tốc độ động cơ) khi xe ở tốc độ thấp tải thấp xe đang duy trì ổn định, hệ thống nhiên liệu bắt đầu cân bằng nên áp suất bị thấp, sau khi chạy một khoảng thời gian áp suất nhiên liệu dần cân bằng lại và hoạt động ở mức 5.5 MPa.