Hệ thống phun xăng trực tiếp và gián tiếp

Hệ thống phun xăng trực tiếp và gián
ti
ếp
Tăng công suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí xả độc hại
vào môi trường l
à những vấn đề các hãng xe luôn vươn tới. Lần
lượt, hệ thống phun xăng điện tử rồi phun xăng trực tiếp ra đời
thay thế hoàn toàn cho bộ chế hòa khí.
Với động cơ 3.6L V6 trên chiếc Cadillac CTS, khi sử dụng hệ
thống phun xăng điện tử EFI công suất cực đại chỉ đạt 263 mã lực,
mô-men xoắn cực đại đạt 253 lb/ft. Nhưng với hệ thống phun xăng
trực tiếp GDI, công suất cực đại tăng lên 304 mã lực và mô-men
xo
ắn cực đại 274 lb/ft. Ngoài ra mức tiêu thụ nhiên liệu cũng giảm
xuống khoảng 0,5 lít cho quãng đường 100km.
Trong những động cơ hiện đại, chúng ta thường nghe tới hệ thống
phun xăng trực tiếp GDI (Gasonline Direct Injection) hoặc hệ
thống phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection). Vậy giữa
2 hệ thống nhiên liệu này có gì khác biệt?
Điểm khác biệt cơ bản nhất giữa GDI v
à EFI là vị trí của vòi phun
nhiên li
ệu. Hệ thống GDI sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào
trong bu
ồng cháy với áp suất lớn, còn hệ thống EFI phun nhiên
li
ệu bên ngoài buồng cháy - phun gián tiếp. Như vậy hệ thống
GDI, hỗn hợp (nhiên liệu, không khí) sẽ hình thành bên trong
bu
ồng cháy, còn EFI, hỗn hợp sẽ hình thành bên ngoài rồi mới qua
xupap nạp vào bên trong buồng cháy.

Vòi phun của hệ thống nhiên liệu EFI đa điểm
Hệ thống EFI được chia làm 3 loại chính:
- Hệ thống phun xăng đơn điểm (Single Point Injection - SPI): Hệ
thống này chỉ dùng một vòi phun trung tâm duy nhất thay thế cho
bộ chế hoà khí. Vòi phun nhiên liệu được đặt ngay trước bướm ga
và tạo thành khí hỗn hợp trên đường nạp. Hệ thống có cấu tạo khá
đơn giản, chi phí chế tạo rẻ, thường chỉ xuất hiện ở những xe nhỏ.
- Hệ thống phun xăng hai điểm (BiPoint Injection - BPI) được
nâng cấp từ hệ phun nhiên liệu đơn điểm. Hệ thống này sử dụng
thêm một vòi phun đặt sau bướm ga nhằm tăng cường nhiên liệu
cho hỗn hợp. Thông thường hệ thống BPI ít được sử dụng do
không cải thiện nhiều so với SPI.
- Hệ thống phun xăng đa điểm (MultiPoint Injection - MPI): Mỗi
xi-lanh được trang bị một vòi phun riêng biệt đặt ngay trước
xupap. Hệ thống vòi phun được lấy tín hiệu từ góc quay trục khuỷu
để xác định thời điểm phun chính xác.
Trên thực tế, hệ thống phun xăng điện tử EFI đã xuất hiện từ
những năm 1950, nhưng phải đến những năm 1980, hệ thống này
m
ới thực sự phát triển rộng rãi tại Châu Âu. Trên những mẫu xe
hiện tại vẫn sử dụng hệ thống nhiên liệu EFI, tuy nguyên lý cơ bản
không thay đổi nhưng nhờ có công nghệ điện tử điều khiển phát
triển đã giúp cho hệ thống này ngày càng hoàn thiện và đạt hiệu
quả cao hơn rất nhiều.
Còn với hệ thống GDI thì phải tới tận năm 1996, hãng Mitsubishi
m
ới chính thức sử dụng trên mẫu xe Galant Legnum. Đây là một
bước đột phá trong lịch sử phát triển hệ thống nhi
ên liệu cho động
cơ đốt trong. Cho d

ù ý tưởng sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp
vào trong buồng cháy cho động cơ xăng đã có từ rất lâu nhưng do
quá nhiều yếu tố chủ quan - khách quan khiến cho nhiều hãng tên
tu
ổi phải “lùi bước”. Với việc lắp một vòi phun nhiên liệu bên
trong xilanh (gi
ống động cơ diesel) với áp suất phun cao, nhà sản
xuất hoàn toàn có thể đẩy tỉ số nén của động cơ lên cao, giúp hỗn
hợp không khí-nhiên liệu “tơi” hơn. Quá trình cháy diễn ra “hoàn
h
ảo”, hiệu suất động cơ cao hơn, công suất lớn hơn, tiết kiệm nhiên
li
ệu hơn và đặc biệt là giảm thiểu khí xả vào môi trường.
Mặt cắt động cơ 3.5L V6 của Lexus sử dụng hệ thống nhiên liệu
GDI
V
ề cấu tạo của hệ thống nhiên liệu EFI hay GDI khá phức tạp,
nhưng nguyên tắc cơ bản vẫn sử dụng các tín hiệu từ động cơ (qua
các cảm biến) rồi xử lý tại bộ xử lý trung tâm ECU để điều chỉnh
vòi phun (thời điểm, lưu lương, áp suất). Dưới đây là một số cảm
biến quan trọng:
- Cảm biến lượng khí nạp: đo lượng không khí xy lanh hút vào.
- C
ảm biến ôxy: đo lượng ôxy trong khí thải nhằm xác định nhiên
li
ệu hòa trộn thừa hay thiếu xăng để ECU hiệu chỉnh khi cần thiết.
- Cảm biến vị trí xupap: giúp ECU điều chỉnh lượng xăng phun
vào phù hợp khi đạp ga .
- Cảm biến nhiệt độ chất chất làm mát: đo nhiệt độ làm việc của
động cơ.

- Cảm biến hiệu điện thế để ECU bù ga khi mở các thiết bị điện
trong xe.
- C
ảm biến áp suất ống tiết liệu: nhằm giúp ECU đo công suất
động cơ.
- Cảm biến tốc độ động cơ: dùng để tính toán xung độ động cơ.
Hệ thống nhiên liệu GDI có nhiều ưu điểm hơn hệ thống EFI,
nhưng để có thể trang bị hệ thống GDI, vật liệu sử dụng l
àm piston
và xilanh ph
ải có độ bền cao, do nhiệt sinh ra trong quá trình cháy
cao hơn rất nhiều, ngoài ra việc chế tạo vòi phun cũng phức tạp
hơn. Do vậy chi phí cho hệ thống nhi
ên liệu GDI cao hơn nhiều so
với EFI. Có lẽ đây là một lý do quan trọng khiến hệ thống GDI
không ph
ổ biến như EFI.