NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2018

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

THIỀU NGỌC ĐỨC

---------------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP
TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2018

CBHD: Ths. Nguyễn Huy Chiến
Sinh viên: Thiều Ngọc Đức
Mã số sinh viên: 2018605949

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Hà Nội - 2022


i
MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................... i
DANH MỤC KÍ HIỆU, VIẾT TẮT ................................................................ iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................ v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................ vii
MỞ ĐẦU ........................................................................................................ viii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ ......... 1
1.1. Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu động cơ xăng. ............................ 1
1.2. Nhiệm vụ của hệ thống phun xăng ........................................................ 8
1.3. Yêu cầu của hệ thống phun xăng ........................................................... 8

1.4. Phân loại hệ thống phun xăng ................................................................ 9
1.4.1. Phân loại theo số vòi phun sử dụng ................................................ 9
1.4.2. Phân loại theo vị trí bố trí vịi phun .............................................. 12
1.4.3. Phân loại theo nguyên tắc làm việc của hệ thống ......................... 16
1.4.4. Phân loại theo nguyên tắc đo lưu lượng khí nạp........................... 19
1.4.5. Phân loại theo kiểu phun [2] ......................................................... 20
CHƯƠNG 2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG
PHUN XĂNG TRỰC TIẾP TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2018 ................ 27
2.1. Giới thiệu về xe Toyota Camry 2018................................................... 27
2.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng trực tiếp ........................ 30
2.3. Cấu tạo các bộ phận trong hệ thống phun xăng trực tiếp trên xe Toyota
Camry 2018 ................................................................................................. 35
2.3.1. Bơm xăng điện .............................................................................. 35
2.3.2. Lọc nhiên liệu................................................................................ 38


ii
2.3.3. Van điều chỉnh áp suất .................................................................. 40
2.3.4. Bơm cao áp ................................................................................... 42
2.3.5. Vòi phun xăng ............................................................................... 45
2.3.6. Ống phân phối nhiên liệu .............................................................. 47
2.3.7. Màng tiết lưu ................................................................................. 48
2.3.8. ECU điều khiển ............................................................................. 48
2.4. Một số cảm biến trong hệ thống phun xăng trực tiếp .......................... 52
2.4.1. Cảm biến lưu lượng khí nạp.......................................................... 52
2.4.2. Cảm biến áp suất khí nạp .............................................................. 54
2.4.3. Cảm biến vị trí bướm ga ............................................................... 56
2.4.4. Cảm biến vị trí bàn đạp ga ............................................................ 58
2.4.5. Cảm biến ơxy ................................................................................ 59
2.4.6. Cảm biến vị trí trục cam................................................................ 61

2.4.7. Cảm biến vị trí trục khuỷu ............................................................ 63
CHƯƠNG 3. HƯ HỎNG, PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA SỬA CHỮA VÀ
BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP TRÊN XE TOYOTA
CAMRY 2018 ................................................................................................. 65
3.1. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp GDI trên ô tô 65
3.2. Những hư hỏng thường gặp và cách khắc phục trên hệ thống phun xăng
trực tiếp........................................................................................................ 66
3.3. Phương pháp kiểm tra, sửa chữa hệ thống phun xăng trực tiếp........... 68
3.3.1. Kiểm tra và sửa chữa bơm xăng ................................................... 68
3.3.2. Kiểm tra và sửa chữa bộ điều áp ................................................... 74
3.3.3. Kiểm tra và sửa chữa vòi phun xăng ............................................ 74


iii
3.3.4. Kiểm tra cảm biến lưu lượng khí nạp ........................................... 79
3.3.5. Kiểm tra cảm biến áp suất tuyệt đối trong đường ống nạp ........... 80
3.3.6. Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến nhiệt độ khí
nạp ........................................................................................................... 81
3.3.7. Kiểm tra cảm biến độ mở bướm ga .............................................. 82
3.3.8. Kiểm tra cảm biến ôxy .................................................................. 83
3.3.9. Kiểm tra cảm biến trục khuỷu ....................................................... 84
3.3.10. Kiểm tra cảm biến trục cam ........................................................ 84
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 87


iv
DANH MỤC KÍ HIỆU, VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tên tiếng anh

Nghĩa tiếng việt

EFI

Electric Fuel injection

Hệ thống phun xăng điện tử

ESA

Electric Spane Advance

Hệ thống đánh lửa sớm

GDI

Gasoline Direct Injection

Hệ thống phun xăng trực tiếp

IDE

Injection Direct Essence

Phun nhiên liệu trực tiếp

FSI

Fuel Stratified Injection

Phun nhiên liệu phân tầng

DISI

Direct Injection Spark

Đánh lửa và phun xăng trực tiếp

Ignition
MPI

Multi Point Injection



Hệ thống phun xăng đa điểm
Tỉ lệ hịa khí nhiên liệu

ECU

Electric Control Unit

Bộ điều khiển trung tâm

MAF

Mass Air Flow Sensor

Cảm biến lưu lượng khí nạp

MAP

Manifold Absolute Pressure

Cảm biến áp suất khí nạp

Sensor
TPS

Thottle Position Sensor

Cảm biến vị trí bướm ga

PCM

Powertrain Control Module

Môdun điều khiển hệ thống
truyền lực

SPI

Single Point Injection

Hệ thống phun xăng đơn điểm


v

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Hệ thống phun xăng đa điểm MPI .................................................. 10
Hình 1.2. Hệ thống phun xăng đơn điểm SPI ................................................. 11
Hình 1.3. Hệ thống phun xăng gián tiếp ......................................................... 13
Hình 1.4. Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI ................................................. 14
Hình 1.5. Hệ thống phun xăng cơ khí ............................................................. 16
Hình 1.6. Hệ thống phun xăng điện tử EFI ..................................................... 17
Hình 1.7. Sơ đồ hệ thống phun xăng loại lưu lượng kế .................................. 19
Hình 1.8. Sơ đồ hệ thống phun xăng cơ khí K-Jetronic .................................. 21
Hình 1.9. Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử L-Jetronic ................................. 23
Hình 1.10. Sơ đồ Hệ thống phun xăng kiểu D-Jetronic .................................. 24
Hình 1.11. Sơ đồ Hệ thống phun xăng kiểu Mono-Jetronic ........................... 25
Hình 2.1. Hình ảnh xe Toyota Camry 2018 .................................................... 27
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng trực tiếp................................ 31
Hình 2.3. Cơ chế hình thành hỗn hợp phân tầng [5] ...................................... 33
Hình 2.4. Cơ chế hình thành hỗn hợp đồng nhất [5] ...................................... 34
Hình 2.5. Bơm xăng điện trên xe Toyota Camry ............................................ 35
Hình 2.6. Cấu tạo bơm nhiên liệu ................................................................... 36
Hình 2.7. Mạch điều khiển bơm nhiên liệu bằng cảm biến trục khuỷu .......... 37
Hình 2.8. Lọc nhiên liệu .................................................................................. 38
Hình 2.9. Lọc xăng .......................................................................................... 39
Hình 2.10. Van điều chỉnh áp suất .................................................................. 40
Hình 2.11. Cấu tạo của van ổn định áp suất .................................................. 41
Hình 2.12. Bơm xăng cao áp ........................................................................... 42


vi
Hình 2.13. Cấu tạo của bơm cao áp ............................................................... 43
Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý điều khiển bơm cao áp trong GDI ...................... 44
Hình 2.15. Kim phun xăng trực tiếp trên xe Toyata Camry ........................... 45

Hình 2.16. Cấu tạo kim phun .......................................................................... 46
Hình 2.17. Ống phân phối nhiên liệu .............................................................. 48
Hình 2.18. Cấu tạo của ECU điều khiển......................................................... 49
Hình 2.19. Vị trí Cảm biến lưu lượng khí nạp (loại dây nhiệt) ...................... 52
Hình 2.20. Ngun lí hoạt động của cảm biến lưu lượng khí nạp .................. 53
Hình 2.21. Cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp .................................. 54
Hình 2.22. Cấu tạo và mạch điện cảm biến áp suất khí nạp .......................... 55
Hình 2.23. Cảm biến vị trí bướm ga ............................................................... 56
Hình 2.24. Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga [6] ............................................ 56
Hình 2.25. Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga [6] ........................................ 57
Hình 2.26. Cấu tạo và mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga [6] .................. 58
Hình 2.27. Cảm biến ơxy ................................................................................. 59
Hình 2.28. Cấu tạo cảm biến ơxy .................................................................... 60
Hình 2.29. Mạch điện cảm biến ơxy................................................................ 61
Hình 2.30. Cảm biến vị trí trục cam ............................................................... 61
Hình 2.31. Cấu tạo Cảm biến vị trí trục cam.................................................. 62
Hình 2.32. Mạch điện Cảm biến vị trí trục cam ............................................. 63
Hình 2.33. Cảm biến vị trí trục khuỷu............................................................. 63
Hình 2.34. Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu................................................ 64
Hình 3.1. Cách đo kiểm tra cảm biến MAP .................................................... 80


vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Bảng thông số xe Camry 2.0E 2018 [3] ......................................... 29
Bảng 3.1. Những hư hỏng của hệ thống phun xăng trực tiếp [7] ................... 66
Bảng 3.2. Bảng kết quả kiểm tra [7] ............................................................... 69
Bảng 3.3. Bảng điện áp tiêu chuẩn [7] ........................................................... 69
Bảng 3.4. Bảng kết quả đo [7] ........................................................................ 69
Bảng 3.5. Điện trở tiêu chuẩn [7] ................................................................... 70

Bảng 3.6. Bảng điện trở tiêu chuẩn [7] .......................................................... 71
Bảng 3.7. Bảng điện trở tiêu chuẩn [7] .......................................................... 71
Bảng 3.8. Bảng điện trở tiêu chuẩn [7] .......................................................... 71
Bảng 3.9. Bảng điện trở tiêu chuẩn [7] .......................................................... 72
Bảng 3.10. Bảng điện trở tiêu chuẩn [7] ........................................................ 72
Bảng 3.11. Bảng điện trở tiêu chuẩn [7] ........................................................ 73
Bảng 3.12. Điều kiện tiêu chuẩn [7] ............................................................... 73
Bảng 3.13. Bảng điện áp tiêu chuẩn [7] ......................................................... 75
Bảng 3.14. Bảng điện trở tiêu chuẩn [7] ........................................................ 75
Bảng 3.15. Bảng điều kiện tiêu chuẩn [7] ...................................................... 76
Bảng 3.16. Bảng điều kiện tiêu chuẩn điện trở [7]......................................... 77
Bảng 3.17. Bảng điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra hở mạch) [7] ........................ 77
Bảng 3.18. Bảng điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra ngắn mạch) [7] .................... 78
Bảng 3.19. Bảng điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra hở mạch) [7] ........................ 78
Bảng 3.20. Bảng điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra ngắn mạch) [7] .................... 79


viii
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây các nhà sản xuất ô tô đang có xu hướng nghiên
cứu và phát triển ô điện để dần thay thế những chiếc xe ô tơ truyền thống sử
dụng nhiên liệu hóa thạch. Những chiếc ô tô điện được trang bị rất nhiều tính
năng hiện đại và được đánh giá cao về tính thân thiện với mơi trường, tuy nhiên
nhược điểm lớn nhất của nó lại nằm ở tuổi thọ của pin và thời gian để sạc đầy
pin. Do đó, những chiếc ơ tơ sử dụng động cơ đốt trong vẫn giữ một vai trò
quan trọng và phù hợp hơn trong mọi hoạt động kinh tế và xã hội của con người.
Hiện nay tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng được báo động, thêm
vào đó số lượng xe ơ tơ ngày càng tăng nhanh đồng nghĩa với việc sẽ có nhiều
khí thải độc hại phát tán vào môi trường, để đảm bảo chất lượng khơng khí an
tồn đối với sức khỏe con người, việc nghiên cứu phát triển để giảm phát thải

các khí độc hại trong quá trình hoạt động mà động cơ sinh ra lại càng được chú
trọng. Mặt khác với số lượng xe tăng nhanh đồng nghĩa với nhu cầu bảo dưỡng
sửa chữa cao. Vì vậy, việc nắm rõ và hiểu biết đầy đủ về việc sử dụng, khai
thác, bảo dưỡng, sửa chữa là yếu tố cần thiết và quan trọng của một sinh viên
ngành ô tô sắp ra trường.
Bởi những lý do trên em đã lựa chọn đề tài Đồ án tốt nghiệp “NGHIÊN
CỨU HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP TRÊN XE TOYOTA CAMRY
2018” để nắm rõ hơn kiến thức cơ bản về lý thuyết, cấu tạo, hư hỏng, chẩn đoán
của hệ thống nhiên liệu xăng GDI và công nghệ sử lý khí thải độc hại sinh ra
trong q trình hoạt động của động cơ xăng nhằm hạn chế tối đa sự ảnh hưởng
của khí thải đến mơi trường.
Trong q trình thực hiện đề tài, với sự cố gắng của bản thân cùng với sự
giúp đỡ, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi của thầy Ths.Nguyễn Huy Chiến đã
giúp em hoàn thành đề tài này. Qua đây em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp
đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này.


1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ
1.1. Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu động cơ xăng.
Động cơ đốt trong là loại động cơ sử dụng lực đẩy do nhiên liệu cháy nổ
để đẩy piston bên trong xilanh, chuyển động tịnh tiến của piston làm quay trục
cơ sau đó làm bánh xe chuyển động nhờ xích tải hoặc trục chuyển động. Các
loại nhiên liệu phổ biến nhất cho ôtô là xăng và điesel.
Về lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng có một số mốc đáng chú ý
dưới đây:
- Vào năm 1860, Lenoir gắn động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng
và bộ chế hịa khí đơn giản (đã được cải tiến từ động cơ của Jean Joseph, một
Kỹ Sư người Bỉ xin cấp bằng sáng chế chiếc xe động cơ đốt trong tác động kép,
đánh lửa điện sử dụng nhiên liệu khí than năm 1860) vào một chiếc xe ba bánh

và thực hiện thành cơng chuyến đi mang tính lịch sử với quãng đường 50 dặm.
- 1862: Kỹ Sư người Pháp ông Alphonse Beau De Rochas đệ đơn cấp
bằng sáng chế động cơ bốn kỳ số 52593 ngày 16 tháng 01 năm 1862 (nhưng đã
không sản xuất).
- 1864: Siegfried Marcus, Kỹ Sư người Áo đã chế tạo một loại động cơ
xilanh với bộ chế hịa khí rất thơ sơ và sau đó gắn lên một chiếc xe ngựa và đã
vận hành thành công trên quãng đường đá dài 500 foot (152,4m). Vài năm sau
đó, Marcus thiết kế một chiếc xe có thể vận hành với tốc độ 10 dặm/giờ và một
số sử gia cho rằng đây mới chính là chiếc xe sử dụng động cơ xăng đầu tiên
trên thế giới.
- 1876: Nikolas August Otto phát minh thành công và được cấp bằng
sáng chế động cơ bốn kỳ thì hai loại động cơ này thường được gọi là “Chu kỳ
Otto” và ngay sau khi thành công với động cơ này ông đã đưa ra nó vào sử
dụng cho xe gắn máy. Cống hiến của Otto trong lịch sử được phát triển sử dụng
rộng rãi cho đến tận ngày nay cho tất cả các xe chạy nhiên liệu lỏng.


2
Nikolas August Otto (sinh 10 tháng 6 năm 1832 tại Holzhausen ander
Haide, Nassau - mất 26 tháng 1 năm 1891 tại Cologne) là một nhà phát minh
người Đức, ông là người đã phát minh ra động cơ đốt trong đầu tiên có thể đốt
cháy trực tiếp nhiên liệu một cách hiệu quả trong buồng piston. Dù trước đó đã
có vài loại động cơ đốt trong được phát minh (ví dụ như của Estienne Lenoir),
tuy nhiên những loại động cơ đó không dựa trên bốn chu kỳ quay riêng biệt. Lý
thuyết về bốn chu kỳ quay đã hình thành vào khoảng giai đoạn có sự ra đời phát
minh của Otto, nhưng ông là người đầu tiên áp dụng thành công vào thực tế.
- 1885: Vào năm 1885, Gottleib Daimler cùng với đối tác của mình là
Wilhl Mayback cải tiến động cơ đốt trong của Otto và đệ đơn cấp bằng sáng
chế cho phát kiến này và đây chính là nguyên mẫu động cơ xăng hiện nay.
Gottlieb Daimler phát minh loại động cơ có thể được coi như là nguyên mẫu

của động cơ xăng hiện với xilanh thẳng đứng và sử dụng bộ chế hịa khí (cấp
bằng năm 1889). Daimler lần đầu tiên chế tạo xe hai bánh gắn động cơ có tên
“Reitwagen”, một năm sau đó loại động cơ này ơng chế tạo chiếc ô tô 4 bánh
đầu tiên trên thế giới.
Động cơ Daimler - Maybach đời 1885 nhỏ, nhẹ, chạy nhanh, dùng bộ chế
hịa khí bơm xăng và xilanh thẳng đứng. Kích cỡ, tốc độ và hiệu suất của loại
động cơ này đã tạo nên cuộc cách mạng về thiết kế xe hơi. Vào ngày 08 tháng
03 năm 1886, Daimler lắp loại động cơ này vào khung xe ngựa và qua đây phát
kiến này được xem là thiết kế xe ôtô 4 bánh đầu tiên và ông được coi như nhà
thiết kế đầu tiên của loại động cơ đốt trong có tính hữu dụng.
Vào năm 1889, Daimler phát minh động cơ đốt trong 4 kỳ có van hình
nấm và 2 xilanh hình chữ V. Cũng giống như động cơ Otto đời 1876, loại động
cơ mới của Daimler đặt nền tảng cho động cơ ô tô hiện đại ngày nay. Cũng vào
năm 1889, Daimler và Mayback chế tạo chiếc xe ô tô đầu tiên từ con số không,
họ đã không cải tiến từ những chiếc xe cũ như trước đây họ đã từng làm. Chiếc
Daimler mới có hộp số 4 tốc độ với tốc độ tối đa 10 dặm/giờ.


3
Năm 1890, Daimler thành lập Daimler Motoren - Gesllschft để sản xuất
các mẫu xe theo thiết kế của ông. Mười một năm sau đó, Wilhelm Mayback
thiết kế ra xe Mercedes.
- Vào cuối thế kỷ 19 một kỹ sư người pháp ông Stevan đã nghĩ ra cách
phân phối nhiên liệu khi dùng một máy nén khí. Sau đó một thời gian người
Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng đốt, nhưng việc này không đạt được
hiệu quả cao nên không được thực hiện.
- Đến năm 1887 người mỹ đã có đóng góp to lớn trong việc khai triển hệ
thống phun xăng vào sản xuất, áp dụng trên động cơ tỉnh tại.
- Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun xăng trên động cơ 4
thì tỉnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ máy là dầu hoả nên hay bị kích nổ và

hiệu suất rất thấp), với sự đóng góp này đã đưa ra một cơng nghệ chế tạo hệ
thống cung cấp nhiên liệu máy bay ở Đức.
Từ đó trở đi, hệ thống phun xăng được áp dụng trên các ơ tơ ở Đức và nó
đã thay dần động cơ sử dụng chế hồ khí. Hãng BOSCH đã áp dụng hệ thống
phun xăng trên ơ tơ hai thì bằng cách cung cấp nhiên liệu với áp lực cao và sử
dụng phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt nên giá thành chế
tạo cao và hiệu quả lại thấp với kỹ thuật này đã được ứng dụng trong thế chiến
thứ II.
Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng bị gián đoạn trong một
khoảng thời gian dài do chiến tranh, đến 1962 người Pháp phát triển nó trên ô
tô Peugeot 404. Họ điều khiển sự phân phối nhiên liệu bằng cơ khí nên hiệu
quả khơng cao và cơng nghệ vẫn chưa đáp ứng tốt. Đến năm 1966 hãng BOSCH
đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng cơ khí. Trong hệ thống
này nhiên liệu được phun liên tục vào trước xupáp nạp nên có tên là K-Jetronic
(K- konstant-liên tục, Jetronic-phun). K-jetronic được đưa vào sản xuất và ứng
dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc
phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau này.


4
- Vào năm 1981 hệ thống K-jetronic được cải tiến thành hệ thống KEJetronic và nó được sản xuất hàng loạt vào năm 1984 và được trang bị trên các
xe của hãng Mescedes.
- Dù đã được thành công lớn trong ứng dụng hệ thống K-Jetronic và KEJetronic trên ô tô, nhưng các kiểu này có khuyết điểm là bảo dưỡng sửa chữa
khó và giá thành chế tạo rất cao. Vì vậy các kỹ sư đã không ngừng nghiên cứu
và đưa ra các loại khác như Mono-jetronic, L-Jetronic, Motronic.
Đến năm 1984 người Nhật mua bản quyền của hãng BOSCH đã ứng dụng
hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-jetronic trên các xe của hãng Toyota gọi
là EFI (Electronic Fuel Injection). Đến năm 1987 hãng Nissan dùng L-Jetronic
thay cho bộ chế hồ khí của xe Nissan sunny. Song song với việc phát triển của
hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình ESA

(Electronic Spane Advance) cũng đã được sử dụng vào những năm đầu thập kỹ
80 và loại tích hợp, tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa của hãng BOSCH
đặt tên là Motronic.
- Vào năm 1955, Mercedes - Benz đầu tiên ứng dụng phun xăng trực tiếp
vào buồng cháy của động cơ 6 xilanh (Mercedes - Benz 300SL) với thiết bị
bơm tạo áp suất phun của BOSCH. Tuy nhiên, việc ứng dụng này bị quên lãng
do vào thời điểm đó các thiết bị điện tử chưa được phát triển và ứng dụng nhiều
cho động cơ ô tô, nên việc điều khiển phun nhiên liệu của động cơ thuần tuý
bằng cơ khí, và việc tạo hỗn hợp phân lớp cho động cơ chưa được nghiên cứu
như ngày nay. Vì vậy, so với q trình tạo hỗn hợp ngồi động cơ thì quá trình
tạo hỗn hợp trong buồng đốt cũng không khả quan hơn nhưng kết cấu và giá
thành thì cao hơn nhiều.
- Mãi đến năm 1996, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật điện tử, động
cơ xăng ứng dụng phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt được Mitsubishi
Motors đưa trở lại thị trường tại Nhật với tên mới đó là GDI (Gasoline direct
injection), và tiếp theo đó nó xuất hiện tại châu Âu vào năm 1998. Mitsubishi


5
đã áp dụng kỹ thuật này sản xuất hơn 400.000 động cơ cho dòng xe 4 chỗ đến
trước năm 1999.
- Tiếp theo sau, là hàng loạt các hãng nổi tiếng như PSA Peugeot Citron,
Daimler Chrysler (với sự cho phép của Mitsubishi) cũng đã áp dụng kỹ thuật
này cho dòng động cơ của mình vào khoảng năm 2000-2001. Volkswagen/Audi
cũng cho ra mắt động cơ GDI vào năm 2001 nhưng dưới tên gọi FSI (Fuel
Stratified Injection). BMW không chịu thua kém đã cho ra đời động cơ GDI
V12.
- Các nhà sản xuất xe hàng đầu như General Motors cũng đã áp dụng kỹ
thuật GDI cho động cơ của mình để cho ra đời dòng xe mới vào những năm
2002. Và sau cùng đó là Toyota cũng phải từ bỏ việc tạo hỗn hợp ngoài động

cơ để chuyển sang tạo hỗn hợp trong buồng đốt và đã ra mắt thị trường với
động cơ 2GR - FSE V6 vào đầu năm 2006.
Xu hướng phát triển của các nhà sản xuất ô tô hiện nay là nghiên cứu
hồn thiện q trình hình thành hỗn hợp cháy để đạt được sự cháy kiệt, tăng
tính kinh tế nhiên liệu và giảm được hàm lượng độc hại của khí xả thải ra mơi
trường. Cơng nghệ phun nhiên liệu trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection) là
một giải pháp. Bộ chế hịa khí giờ đã trở nên lạc hậu. Vào những năm 70 của
thế kỷ trước, việc hình thành hỗn hợp khí trong động cơ xăng vẫn được thực
hiện nhờ bộ chế hồ khí, cịn đối với động cơ Diesel được thực hiện nhờ bộ
bơm cao áp vòi phun kiểu BOSCH. Đến nay, thời của chế hồ khí ngự trị đã
qua từ lâu, và ngay cả hệ phun xăng điện tử kiểu cũ (phun xăng một điểm) cũng
lùi vào dĩ vãng. Kiểu phun xăng điện tử đa điểm với mỗi xilanh một vịi phun
và phun vào ngay phía trước họng xupap nạp đã lên ngôi và đang dần trở nên
phổ thơng, kể cả ở các xe trung bình chứ khơng chỉ có trên các xe cao cấp như
trước kia.
Tuy nhiên, vào năm 1996 hãng Mitsubishi lần đầu tiên giới thiệu kiểu
phun xăng trực tiếp vào buồng cháy GDI trên dòng xe Galant Legnum và là


6
một bước tiến kỳ diệu trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu. Với
công nghệ GDI, khi động cơ hoạt động ở chế độ tải trọng nhỏ hỗn hợp xăng và
khơng khí được hịa trộn ở trạng thái lỗng tới mức khó tưởng tượng, cịn khi
ở chế độ tải trọng trung bình và lớn thì xăng được phun vào buồng cháy làm
hai lần: Lần phun đầu tiên gọi là lần phun mồi được phun ở đầu quá trình nạp,
cịn lần phun chính được thực hiện ở cuối q trình nén.
Kể từ 1998, động cơ GDI được sản xuất tương đối rộng rãi với nhiều
dòng như:
- Toyota: dùng hệ thống GDI D4 với động cơ SZ, NZ, 1AZ-FSE, 3GRFSE (trên Lexus GS300). Đặc biệt với động cơ 2GR-FSE V6 (trên Lexus IS 350)
dùng công nghệ phun nhiên liệu tiên tiến hơn đó là kết hợp giữa phun trực tiếp

và phun gián tiếp trên cùng một xilanh (một kim phun gián tiếp kiểu cũ với áp
suất thấp và một kim phun trực tiếp áp suất cao), hệ thống này được gọi là D4S.
- Renault: Động cơ 2.0 IDE (Injection Direct Essence) lắp trên xe
Megane, Laguna.
- Volkswagen gọi công nghệ GDI là FSI (Fuel Stratified Injection) với
các dòng động cơ : Lupo 1.4L FSI 16 soupape I4 105 HP, 2.0L FSI 16 soupape
turbo tăng áp,...Về sau xu thế của Volkswagen khi sản xuất là dùng cơng nghệ
FSI.
- PSA Peugeot Citroen (cịn gọi cơng nghệ GDI là HPI), với dịng động cơ:
EW10D 2.0L 16 soupape 140 HP mua bản quyền công nghệ từ Mitsubishi
Motor, lắp trên xe Citroen C5 và Peugeot 406.
- Alfa Romeo (gọi GDI là JTS - Jet Thrust Stoichiometric) ứng dụng công
nghệ này cho hầu hết các động cơ của Alfa.
- BMW ban đầu ứng dụng công nghệ GDI cho động cơ N73 V12, tuy
nhiên còn nhiều khiếm khuyết như áp suất phun nhiên liệu thấp, không thể đưa


7
động cơ về chế độ nghèo xăng. Về sau hãng khắc phục bằng động cơ N52 I6.
Động cơ N52 I6 được PSA hợp tác với BMW lắp trên xe Mini Cooper S.
- GM với động cơ: Ecotec 2.2L 155 HP lắp trên xe Opel, Vauxhall
Vectra, Signum. 2.0L Ecotec kết hợp với công nghệ VVTi cho New Opel GT,
Pontiac Solstice GXP, Saturn Sky Red Line, xe thể thao Chevrolet Cobalt,
Chevrolet HHR. Động cơ 3.6L LLT lắp trên Cadillac STS, Cadillac CTS...
- Mercedes - Benz (gọi GDI là CGI), phát triển động cơ dùng công nghệ
GDI và lắp trên CLS 350.
- Mazda (gọi là DISI - Direct Injection Spark Ignition), với các động cơ
lắp trên Mazda 6, Mazda 3, xe thể thao Mazda CX-7.
Theo các chuyên gia đánh giá, loại động cơ GDI giúp tiết kiệm được 15%
nhiên liệu so với động cơ phun xăng điện tử EFI thông thường. Tuy vậy, động

cơ GDI cũng phải giải quyết một số vấn đề nan giải: Do nhiệt độ quá trình cháy
tăng nhanh nên hàm lượng ơxit nitơ trong khí xả khá lớn, do đó phải sử dụng
bộ xử lý khí xả (Catalyser) nhiều thành phần để tách NO2 thành khí nitơ và ơxi
để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường. Động cơ phun xăng trực tiếp còn
thường sử dụng đồng thời với các kỹ thuật khác như VVT, VVTi, luân hồi khí
xả EGR… để đạt hiệu quả kinh tế và môi trường cao.
Hiện nay, tại Việt Nam vẫn chưa có nhà sản xuất nào thuộc VAMA (Hiệp
hội Ơ tơ Việt Nam) sử dụng công nghệ GDI, hy vọng trong thời gian tới công
nghệ này sẽ được trang bị trên các xe sản xuất tại Việt Nam để bắt kịp với xu
thế công nghệ trên ô tô, dần loại bỏ những động cơ sử dụng hệ thống phun xăng
đã lỗi thời, hướng đến việc tối ưu lượng nhiên liệu sử dụng trong quá trình động
cơ hoạt động trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt và
khả năng hạn chế tối đa lượng khí thải phát tán ra mơi trường của công nghệ
phun xăng GDI mang lại.


8
1.2. Nhiệm vụ của hệ thống phun xăng
Nhiệm vụ [1]:
- Cung cấp hỗn hợp hịa khí sạch (xăng + khơng khí) cho động cơ đảm
bảo số lượng và thành phần của hỗn hợp (thể hiện qua hệ số dư lượng khơng
khí ).
- Đảm bảo lượng và tỷ lệ hịa khí phù hợp với các chế độ làm việc động
cơ.
1.3. Yêu cầu của hệ thống phun xăng
- Yêu cầu của hệ thống phun xăng [1]:
+ Hệ thống cung cấp nhiên liệu phải tạo được hỗn hợp giữa khơng khí và
nhiên liệu có chất lượng tốt, nhiên liệu phải được hồ trộn đồng đều với tồn
bộ lượng khí có trong buồng cháy (hỗn hợp cháy phải đồng nhất làm cho nhiên
liệu cháy tốt nhất trong mọi chế độ làm việc của động cơ).

+ Cần phải đảm bảo tỉ lệ hòa trộn giữa khơng khí và nhiên liệu phù hợp
với mọi chế độ làm việc của động cơ. Nếu chế độ làm việc của động cơ thay
đổi thì khơng những phải thay đổi số lượng mà cần phải thay đổi thành phần
hỗn hợp khơng khí nhiên liệu nạp vào động cơ.
+ Phần lớn nhiên liệu trong hỗn hợp ở dạng hơi xăng, phần cịn lại được
xé tơi ở dạng hạt có kích thước rất nhỏ. Vì hơi xăng sẽ giúp cho quá trình cháy
được tốt, động cơ dễ khởi động khi máy còn nguội, nhiên liệu cháy được hồn
tồn, giảm nồng độ khí thải độc hại ra môi trường.
+ Phải đáp ứng kịp thời với sự thay đổi của góc bướm ga.
+ Phải có hệ thống cắt nhiên liệu khi giảm tốc để giảm mức tiêu hao nhiên
liệu.
+ Hệ số dư lượng không khí phải đồng đều giữa các xilanh, khi đó thì các
máy của động cơ làm việc một cách đồng đều và tạo ra mômen trên trục khuỷu


9
như nhau giúp cho động cơ làm việc ổn định và có thể đảm bảo tuổi thọ cho
động cơ được cao hơn.
+ Hệ thống nhiên liệu còn cần phải làm việc bền vững tin cậy, dễ dàng
kiểm tra bảo dưỡng và sửa chữa, kết cấu đơn giản dễ sử dụng và chế tạo.
+ Thành phần hỗn hợp cháy phải phù hợp với sự ảnh hưởng của nhiệt độ,
áp suất môi trường, các chế độ làm việc và nhiệt độ của động cơ.
+ Lượng khí thải phải được kiểm tra để hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun
vào cho chính xác.
1.4. Phân loại hệ thống phun xăng
1.4.1. Phân loại theo số vòi phun sử dụng
1.4.1.1. Hệ thống phun xăng đa điểm MPI (MultiPoint Injection)
Hệ thống bao gồm nhiều vòi phun xăng, mỗi vịi phun sẽ phun xăng vào
vùng có nhiệt độ cao nhất của từng xilanh để xăng bay hơi nhanh.
 Ưu điểm:

- Công suất do động cơ tạo ra lớn hơn.
- Động cơ ít rung hơn, do đó tăng sự thoải mái khi lái xe.
- Hệ thống phản ứng nhanh khi bị tăng hoặc giảm tốc độ đột ngột.
- Tiêu thụ nhiên liệu hiệu quả hơn nên có thể đi được qng đường xa
hơn.
 Nhược điểm:
- Khơng có động lực tốt, ổ đĩa nóng.
- Chất lượng nhiên liệu yêu cầu phải tốt.
- Chi phí sửa chữa cao.
- Bảo dưỡng sửa chữa cần có trình độ chun mơn cao, giá thành cao.


10

Hình 1.1. Hệ thống phun xăng đa điểm MPI
1.Bộ xúc tải khí thải 1

9.Cảm biến lưu lượng khí nạp

2.Cảm biến ơxy

10.Khơng khí vào

3.Bộ điều chỉnh áp suất

11.Bình hấp thụ hơi nhiên liệu

4.Cảm biến vị trí trục cam

12.Van điện tử xả

5.Cảm biến vị trí bướm ga

13.Van điện tử xả

6.Điều khiển cầm chừng

14.Cảm biến kích nổ

7.Cảm biến nhiệt độ khí nạp

15.Vịi phun

8.Cảm biến áp suất khí trời

16.Bộ xúc tác khí thải 2

1.4.1.2. Hệ thống phun xăng đơn điểm SPI (Single Point Injection)
Hệ thống phun xăng đơn điểm SPI chỉ có 1 vịi phun để phun xăng vào
đường ống nạp, tạo hỗn hợp cung cấp cho tất cả các xilanh động cơ, thông
thường vịi phun được bố trí cho xăng phun vào điểm phía trước bướm ga.


11

Hình 1.2. Hệ thống phun xăng đơn điểm SPI
1.Bộ xúc tác

12.Đầu nối thiết bị chẩn đốn

2.Cảm biến Lamda

13.Cụm phun chính

3.Bộ lọc nhiên liệu

14.Cơ cấu chỉnh vị trí bướm ga

4.Ống áp suất

15.Cảm biến vị trí bướm ga

5.Thùng nhiên liệu

16.Bộ gia nhiệt đường ống

6.Bộ lọc khơng khí

17.Đường ống nạp

7.Bộ điều áp

18.Cảm biến tốc độ động cơ

8. Vòi phun

19.Cảm biến nhiệt độ động cơ

9.Cảm biến nhiệt độ khơng khí

20.Ắc quy

10.Bình than hoạt tính

21.Cơng tắc khởi động đánh lửa

11.ECU

22.Rơ le


12
 Ưu điểm:
- Hệ thống có cấu tạo khá đơn giản.
- Chi phí chế tạo rẻ, thường chỉ xuất hiện ở những xe nhỏ.
 Nhược điểm:
- Tỷ lệ giữa không khí và xăng khơng phải lúc nào cũng đạt mức tối ưu
vào khoảng 14,7:1, có thể thừa hoặc thiếu xăng, từ đó khơng đạt hiệu quả tiêu
thụ nhiên liệu.
- Dễ bị hỏng bơm nhiên liệu.
- Yêu cầu khắt khe về nhiên liệu.
1.4.2. Phân loại theo vị trí bố trí vịi phun
1.4.2.1. Phun xăng gián tiếp GIDI (Gasoline Indirect Injection)
Xăng được phun dưới áp suất khá thấp 0,3-0,6 MPa vào các vị trí nhất
định nào đó trên đường nạp.
 Ưu điểm:
- Tiết kiệm nhiên liệu.
- Xe vận hành êm ái hơn.
- Động cơ phản ứng nhanh hơn với những thay đổi ở vị trí bướm ga, điều
này làm người lái xe thoải mái hơn.

- Đối với các thành phần quay ít hơn trong hệ thống phun nhiên liệu, tiếng
ồn giảm.
 Nhược điểm:
- Hệ thống phun xăng phức tạp, dễ bị hư hỏng.
- Chất lượng nhiên liệu yêu cầu phải tốt.
- Chi phí sửa chữa cao.


13

Hình 1.3. Hệ thống phun xăng gián tiếp
1.Cảm biến vị trí bướm ga

5.Cảm biến ơxy 2

2.Cảm biến áp suất ống nạp

6.Cảm biến ơxy 1

3.Cảm biến lưu lượng khí nạp

7.Cảm biến nhiệt độ nước

4.Vịi phun

8.Cảm biến vị trí trục khuỷu

1.4.2.2. Phun xăng trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection)
Xăng được phun thẳng vào bên trong xilanh, áp suất phun phụ thuộc vào
phương án phun (phun vào ở cuối kì nén địi hỏi áp suất phải cao hơn nhiều so

với phương án phun ở đầu kì nạp). Áp suất phun ban đầu có thể điều chỉnh
trong phạm vi giới hạn cho từng kim. Việc điều khiển kim phun và đánh lửa
được thực hiện riêng lẻ. Tùy thuộc vào chế độ tải của xe mà có 2 chế độ nạp
chính: Phương pháp nạp phân tầng (ở chế độ tải vừa và nhỏ) và Phương pháp
nạp đồng nhất (ở chế độ tải lớn đến toàn tải).


14

Hình 1.4. Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI
1.Hộp thu hồi xăng

14.Kim phun cao áp

2.Van thu hồi xăng

15.Cảm biến kích nổ động cơ

3.Bơm cao áp

16.Cảm biến nhiệt độ động cơ

4.Cảm biến và bộ ổn định thời gian

17.Bộ xử lý khí thải

5.Cuộn đánh lửa và bugi

18.Cảm biến ôxy số 2

6.Cảm biến lưu lượng khí và nhiệt độ

19.Cảm biến tốc độ động cơ

7.Bướm ga điều khiển điện tử

20.ECU động cơ

8. Cảm biến áp suất khí nạp

21.Cảm biến vị trí bàn đạp ga

9.Cảm biến áp suất ống rain

22.Bơm chuyển tiếp nhiên liệu

10.Dàn phân phối nhiên liệu cao áp

23.Cảm biến nhiệt độ khí xả

11.Cảm biến vị trí trục cam

24.Xử lý khí thải

12.Cảm biến ơxy số 1

25.Cảm biến Lamda đường xả


15

13.Bộ tuần hồn khí xả

26.Thùng nhiên liệu

 Ưu điểm:
- Giảm lượng khí thải độc hại ra mơi trường do sử dụng công nghệ sử lý
chất thải ba thành phần.
- Tăng hiệu suất thể tích và do đó tăng cơng suất đầu ra và mômen xoắn.
- Hệ thống thông hơi ngăn cản khơng khí và do đó, hiệu suất thể tích
giảm.
- Mức tiêu thụ nhiên liệu riêng thấp. Trong động cơ có bộ chế hịa khí,
nhiên liệu khơng thể cung cấp cùng một lượng giống nhau và cùng một tỷ lệ
không khí/nhiên liệu trên mỗi chu kỳ, cho mỗi xilanh.
- Động cơ phản ứng nhanh hơn với những thay đổi ở vị trí bướm ga, điều
này làm tăng lái xe thoải mái.
- Đối với các thành phần quay ít hơn trong hệ thống phun nhiên liệu,
tiếng ồn giảm.
 Nhược điểm:
- Cấu tạo phức tạp, có yêu cầu khắt khe về chất lượng lọc sạch nhiên liệu
và khơng khí, nên giá thành cao.
- Do bản chất của GDI là phun xăng không qua van hút, nên van hút của
máy không được xăng làm vệ sinh, dẫn đến sau khoảng 90-100.000 km thì van
bị đóng cặn Carbon rất nhiều lâu ngày có thể gây hao xăng và mất công suất
máy. Đây là nhược điểm lớn nhất của GDI.
- Bảo dưỡng sửa chữa cần có trình độ chun mơn cao, giá thành cao.
- Vịi phun xăng cần phải chế tạo bằng vật liệu có tính chịu nhiệt cao và
chống ơxi hóa tốt.


16

1.4.3. Phân loại theo nguyên tắc làm việc của hệ thống
1.4.3.1. Hệ thống phun xăng cơ khí.

Hình 1.5. Hệ thống phun xăng cơ khí
1.Thùng chứa xăng

7.Bộ tiết chế sưởi nóng động cơ

2.Bơm xăng điện

8.Bộ điều áp suất ban đầu

3.Bộ tích lũy xăng

9.Cơ cấu cung cấp khơng khí

4.Lọc xăng

10.Vịi phun khởi động lạnh

5.Cơ cấu định lượng và phân phối

11.Vịi phun chính

6.Động cơ

12.Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Trong hệ thống này, việc dẫn động điều khiển điều chỉnh định lượng hỗn
hợp được thực hiện theo một nguyên lý cơ bản như động học, động lực học, cơ

học chất lỏng, nhiệt động lực học…Cần phân biệt hai loại hệ thống phun xăng
cơ khí. Loại thứ nhất được dẫn động bởi động cơ đốt trong, bao gồm bơm xăng
và một bộ phận định lượng nhiên liệu, hoạt động giống như hệ thống phun