Hệ thống phun xăng điện tử EFI và phun xăng trực tiếp GDI ra đời với mục đích chung là nâng cao khả năng vận hành, tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời hạn chế khí thải độc hại đến môi trường. Tuy có chung một mục đích, nhưng 2 hệ thống này lại có những điểm không giống nhau.
Xem thêm:
Tổng quan về 2 hệ thống phun xăng
Hệ thống phun xăng điện tử EFI được ra đời vào năm 1950, nhưng tận năn 1980 thì hệ thống này mới được phát triển và áp dụng rộng rãi khắp Châu Âu. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp ô tô, các hệ thống điện tử ngày này càng được hoàn thiện và cho hiệu quả vượt trội hơn hẳn so với thời điểm trước đó.
Hệ thống phun xăng điện tử EFI được chia thành 3 loại chính:
Hệ thống phun xăng đơn điểm SPI [Single Point Injection]: Hệ thống này chỉ sử dụng một vòi phun trung tâm duy nhất để thay thế bộ chế hòa khí. Vòi phun này được đặt trước bướm ga và tạo thành khí hỗn hợp trên đường nạp. Hệ thống phun xăng đơn điểm có cấu tạo khá đơn giản, chi phí sản xuất thấp và thường chỉ được áp dụng trên những dòng xe cỡ nhỏ.
Hệ thống phun xăng 2 điểm BPI [BiPoint Injection]: Được cải tiến từ hệ thống phun xăng đơn điểm. Hệ thống phun xăng 2 điểm được trang bị thêm một vòi phun đặt ngay sau bướm ga, qua đó gia tăng nhiên liệu cho hỗn hợp. Thế nhưng, do không cải thiện được quá nhiều độ hiệu quả với hệ thống phun xăng đơn điểm SPI, vậy nên hệ thống phun xăng 2 điểm BPI ít khi được áp dụng.
Hệ thống phun xăng đa điểm MPI [MultiPoint Injection]: Mỗi xylanh đều được trang bị một vòi phun riêng biệt đặt trước xupap. Để xác định được thời điểm phun chính xác, hệ thống vòi phun sẽ nhận tín hiệu từ góc quay trục khuỷu.
Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI lần đầu tiên được áp dụng trên chiếc xe Galant Legnum của hãng xe Mitsubishi vào năm 1996.
Sự ra đời của hệ thống này được xem là một bước chuyển mình của hệ thống nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Mặc dù, ý tưởng sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng đốt của động cơ xăng đã có từ rất lâu. Nhưng bởi vì có quá nhiều yếu tố khó khăn khác nhau nên nhiều hãng xe lớn đành phải ngậm ngùi “lùi bước”.
Với việc sử dụng một vòi phun nhiên liệu từ bên trong xylanh [giống với động cơ diesel] có áp suất phun lớn, nhà sản xuất đã đẩy tỉ số nén của động cơ lên cao, qua đó giúp hỗn hợp không khí và nhiên liệu “tơi” hơn. Quá trình cháy được diễn ra một cách hoàn hảo, giúp công suất của động cơ tăng cao, tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời giảm thiểu tối đa khí thải vào môi trường.
Cấu tạo của hệ thống phun xăng GDI và EFI
Cả hệ thống phun xăng GDI hay EFI đều có cậu taọ khá phức tạp, nhưng nguyên tắc chung vẫn là sử dụng các tín hiệu từ động cơ [thông qua các cảm biến], sau đó được xử lý tại bổ xử lý trung tâm ECU để điều chỉnh vòi phun [áp suất, lưu lượng, thời điểm], thông qua các cảm biến như:
- Cảm biến lượng khí nạp: đo lường lượng không khí hút vào từ xylanh.
- Cảm biến oxy: đo lượng oxy trong khí thải, qua đó xác định nhiên liệu hòa khí thiếu hay thừa xăng để ECU hiệu chỉnh nếu cần.
- Cảm biến vị trí trục cam: giúp ECU điều chỉnh lượng xăng phù hợp khi đạp chân ga.
- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: Tính toán nhiệt độ làm việc của động cơ.
- Cảm biến áp suất ống tiết liệu: Hỗ trợ ECU đo đạc công suất động cơ.
- Cảm biến hiệu hiện thế: khi mở các thiết bị điện trong xe, ECU sẽ gia tăng ga.
- Cảm biến tốc độ động cơ: tính toán xung độ động cơ.
Điểm khác biệt rõ rệt nhất giữa hệ thống phun xăng EFI và GDI về mặt cấu tạo chính là vị trí vòi phun nhiên liệu. Hệ thống EFI phun nhiệu liệu từ bên ngoài buồng cháy [phun gián tiếp], còn hệ thống GDI dùng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt với áp suất lơn.
Như vậy từ hệ thống phun xăng EFI sẽ tạo ra hỗn hợp [nhiên liệu và không khí] bên ngoài rồi mới chạy qua xupap vào phía trong buồng cháy, còn hệ thống phun xăng GDI sẽ trực tiếp tạo ra hỗn hợp phía trong buồng cháy.
Sức mạnh công suất
Với động cơ dung tích 3.6L V6 trên chiếc Cadillac CTS, khi áp dụng hệ thống phun xăng EFI thì công suất cực đại sẽ là 263 HP và 253 Nm mô men xoắn. Nhưng cũng với khối động cơ trên mà áp dụng hệ thống phun xăng GDI, công suất cực đại sẽ lên tới 304 HP và 274 Nm mô men xoắn cực đại. Đồng thời, khả năng tiết kiệm nhiên liệu của hệ thống GDI sẽ giảm xuống ~0.5L với quãng đường 100km so với hệ thống EFI.
Nhìn chung, hệ thống GDI sẽ có nhiều ưu điểm hơn so với hệ thống EFI. Tuy nhiên, để có thể trang bị hệ thống GDI cho động cơ, đòi hỏi piston và xylanh phải làm từ vật liệu có độ bền cao do nhiệt sinh ra trong quá trình đốt cháy là rất cao.
Ngoài ra, việc chế tạo vòi phun cũng khó khăn hơn. Vậy nên chi phí để áp dụng hệ thống GDI sẽ cao hơn nhiều so với hệ thống EFI. Đây có lẽ là nguyên nhân chính khiến hệ thống phun xăng GDI không được áp dụng phổ biến như hệ thống phun xăng EFI.
Tham khảo: Kỹ Thuật Viên Sửa Chữa Điện – Điện Tử Xe Hơi Đời Mới
Trung dạy nghề sửa chữa ô tô tại TPHCM – VATC
Địa chỉ: số 50 đường 12, P.Tam Bình, Q.Thủ Đức, TP.HCM
Điện thoại: 0945711717
Email:
Những chiếc xe máy sử dụng hệ thống phun xăng điện tử [FI] đang dần thay thế những chiếc xe sử dụng hệ thống chế hòa khí, đặc biệt là đối với những chiếc xe máy phổ thông. Trên thực tế, hệ thống phun xăng điện tử đã bắt đầu xuất hiện trên xe máy từ những năm 1980, và cho tới nay, hầu hết những chiếc xe máy cao cấp cũng như xe máy phổ thông phân khúc tầm cao đều được trang bị hệ thống FI. Vậy hai hệ thống này hoạt động như thế nào? Chúng khác nhau ra sao và ưu nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử và chế hòa khí là gì?
Nguyên lý hoạt động của bộ chế hòa khí
Chế hòa khí là hệ thống phun xăng cơ bản nhất và cho đến thời điểm hiện tại và nó cũng là hệ thống bơm nhiên liệu phổ biến nhất được sử dụng trên xe hai bánh, đặc biệt là ở Ấn Độ, Việt Nam và những quốc gia Châu Á khác. Để giải thích hoạt động cơ bản của bộ chế hòa khí, hãy nghĩ về nó như một ống dẫn hỗn hợp nhiên liệu và không khí vào xi lanh từ một đầu, với một bộ lọc không khí được gắn vào một đầu khác. Bây giờ, ở một nơi nào đó giữa ống này, sẽ có một khu vực có thể điều chỉnh để tăng vận tốc của không khí đi qua. Khu vực nhỏ này của hệ thống bộ chế hòa khí được gọi là venturi, khu vực này có cấu tạo khá hẹp, bởi vậy khi không khí đi qua sẽ tạo ra chênh áp và từ đó tạo điều kiện hút nhiên liệu từ van xăng đặt gần venturi thông qua lực hút.
Chế hòa khí khi được tháo ra.
Lượng không khí được hút vào bộ chế hòa khí do một van ở cuối ống nối với xi lanh quyết định. Van này được gọi là van tiết lưu và được kết nối với tay ga của xe máy và điều khiển dòng hỗn hợp khí - nhiên liệu thông qua đầu vào bướm. Khi bạn vặn ga, van tiết lưu sẽ mở ra và cho phép một luồng không khí lưu thông qua bộ chế hòa khí. Ngược lại, nó sẽ đóng lại khi bướm ga trên tay lái được cuộn lại hoàn toàn.
Phần màu cam là phao xăng, phần màu vàng lần lượt từ trên xuống dưới là vít chỉnh gió, gic lơ không tải và gic lơ chính.
Xăng sẽ được chuyển vào buồng phao thông qua ống dẫn đầu vào và đường dẫn nhiên liệu được đặt gần venturi, có thể nói buồng phao là một kho dự trữ nhiên liệu nhỏ [bởi vậy chế hòa khí còn có một tên gọi khác là bình xăng con], với một van phao giúp cắt nguồn cung cấp nhiên liệu khi nó đầy và ngược lại. Hỗn hợp nhiên liệu không khí thu được sau đó được cung cấp đến xi lanh - nơi diễn ra quá trình đốt cháy.
Có thể nói đó là cơ chế hoạt động rất cơ bản của bộ chế hòa khí, nhưng ở thời điểm hiện tại, những bộ chế hòa khí hiện đại sẽ bao gồm nhiều chi tiết phức tạo hơn. Các bộ chế hòa khí này sử dụng các thành phần như màng ngăn, van kim... để điều khiển hỗn hợp nhiên liệu và không khí. Tuy nhiên, điểm quan trọng cần lưu ý ở đây là toàn bộ thiết lập này khá đơn giản và hoàn toàn là cơ khí mà không có thiết bị điện tử hoặc cảm biến nào hoạt động ở bên trong.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng điện từ
Không giống như bộ chế hòa khí, hệ thống phun xăng điện tử bao gồm một bộ thiết bị điện tử và cảm biến phức tạp. Trong hệ thống chế hòa khí, nhiên liệu được hút từ bình chứa, trong khi trong hệ thống FI lại phụ thuộc vào thiết bị bơm nhiên liệu được lắp đặt bên trong bình xăng để kiểm soát dòng nhiên liệu. Vòi phun nhiên liệu cũng được thiết kế trực tiếp vào bên trong buồng đốt. Bởi vậy nhiên liệu được phun ra dưới dạng sương và cho phép đốt cháy nhiên liệu hiệu quả và tiết kiệm hơn.
Việc cung cấp nhiên liệu trong hệ thống FI được điều khiển thông qua một thiết bị được gọi là ECU, nó sẽ liên tục thực hiện các phép tính phức tạp ở tần số rất cao để cung cấp hỗn hợp nhiên liệu không khí tốt nhất có thể. Dựa trên nhiều thông số khác nhau như tốc độ động cơ, vị trí bướm ga, nhiệt độ động cơ và tải, v.v. ECU sẽ "chỉ đạo" các kim phun để cung cấp lượng nhiên liệu vừa phải với mỗi hành trình nạp để tạo điều kiện đốt cháy hiệu quả nhất.
Mặc dù hiệu quả của hệ thống FI đã được chứng minh là vượt trội hơn so với bộ chế hòa khí, nhưng không phải là hai hệ thống này không có những ưu và nhược điểm riêng biệt.
Ưu điểm của bộ chế hòa khí
Bộ chế hòa khí có chi phí sản xuất thấp, vận hành đơn giản và dễ sửa chữa hoặc thay thế. Hệ thống chế hòa khí cho phép người dùng có thể điều chỉnh chúng theo yêu cầu của họ. Ngoài ra, bộ chế hòa khí không được tích hợp vào động cơ nên chúng có thể được bảo dưỡng hoặc thay thế mà không cần chạm vào động cơ. Đặc biệt đối với những xe cào cào hoặc xe sử dụng nhiều trong môi trường địa hình đồi núi thì bộ chế hòa khí thể hiện được nhiều ưu điểm hơn về độ bốc.
Nhược điểm của bộ chế hóa khí
Bộ chế hòa khí là thiết kế cũ, khi hoạt động dễ gây tình trạng thừa hoặc thiếu xăng, không phải là hệ thống hoạt động hiệu quả nhất. Hầu hết các bộ chế hòa khí đều có độ trễ nhẹ, dẫn đến phản ứng ga cũng sẽ có độ chậm nhất định. Một số thành phần như màng chắn tương đối mỏng manh và dễ bị hư hỏng. Hỗn hợp nhiên liệu không khí dao động, ảnh hưởng đến độ êm và mượt của động cơ.
Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử
Hỗn hợp nhiên liệu - không khí và quá trình phun nhiên liệu được tối ưu hóa bằng máy tính cho phép đốt cháy sạch hơn, hiệu quả hơn. Phản hồi bướm ga chuẩn và nhanh hơn chế hòa khí. Tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn và mạnh hơn một chút so với hệ thống chế hòa khí.
Nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử
Đắt hơn đáng kể so với bộ chế hòa khí. Không thể sửa chữa bằng các dụng cụ đơn giản, phải thay thế và khá tốn kém. Không thể tùy chỉnh như bộ chế hòa khí, trừ khi có thể thiết lập lại tùy chỉnh ECU, cái này cũng khá tốn kém.