Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI và phun xăng điện tử EFI

Tăng công suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí xả độc hại vào môi trường là 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.

Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI và phun xăng điện tử EFI

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 xoắn 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 và EFI là vị trí của vòi phun nhiên liệu. Hệ thống GDI sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy với áp suất lớn, còn hệ thống EFI phun nhiên liệu bên ngoài buồng cháy - phun gián tiếp. Như vậy hệ thống GDI, hỗn hợp (nhiên liệu, không khí) sẽ hình thành bên trong buồng cháy, còn EFI, hỗn hợp sẽ hình thành bên ngoài rồi mới qua xupap nạp vào bên trong buồng cháy.

Vòi phun hệ thống phun xăng trực tiếp

Hệ thống phun xăng điện tử 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.

Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI và phun xăng điện tử EFI

Vòi phun hệ thống phun xăng điện tử

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 mới 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 mới chính thức sử dụng trên mẫu xe Galant Legnum. Đây là một bước đột phá trong lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Cho dù 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 tuổi phải “lùi bước”. Với việc lắp một vòi phun nhiên liệu bên trong xilanh (giống 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 hảo”, hiệu suất động cơ cao hơn, công suất lớn hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn và đặc biệt là giảm thiểu khí xả vào môi trường.

Về 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 lượng, áp suất). Dưới đây là một số cảm biến quan trọng:

- Cảm biến lượng khí nạp: đo lượng không khí xy lanh hút vào.
- Cảm biến ôxy: đo lượng ôxy trong khí thải nhằm xác định nhiên liệu hòa trộn thừa hay thiếu xăng để ECU hiệu chỉnh khi cần thiết.
- Cảm biến vị trí trục cam: 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.
- Cảm 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 phun xăng trực tiếp GDI và phun xăng điện tử EFI

Hệ thống phun xăng điện tử EFI

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 làm piston và xilanh phải 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 nhiên liệu GDI cao hơn nhiều so với EFI. Có lẽ đây là một lý do quan trọng khiến hệ thống GDI không phổ biến như EFI.

Bài viết liên quan:

Những điều bạn chưa biết về dầu nhớt ô tô

Công nghệ động cơ EcoBoost