Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI – Cấu tạo, Nguyên lý hoạt động và Ưu nhược điểm

Hệ thống phun xăng trực tiếp (GDI) là hệ thống phun nhiên liệu (xăng) trực tiếp vào buồng đốt động cơ, được sử dụng rộng rãi trên các dòng xe ô tô hiện nay. Vậy GDI hoạt động như thế nào và có những ưu nhược điểm gì so với hệ thống phun xăng khác? Trong bài viết này, cố vấn kỹ thuật Vũ Tiến Cường của Honda Mỹ Đình sẽ giúp bạn tìm hiểu chi tiết để có cái nhìn toàn diện về công nghệ tiên tiến này.

Khái niệm hệ thống phun xăng trực tiếp 

Hệ thống phun xăng trực tiếp – GDI là hệ thống phun nhiên liệu (xăng) trực tiếp vào buồng đốt động cơ thay vì phun xăng ở cửa nạp như các kiểu phun nhiên liệu khác. Hệ thống này tận dụng áp suất cao để phun nhiên liệu vào buồng đốt – piston giúp động cơ đạt hiệu suất hoạt động tốt mà vẫn tiết kiệm nhiên liệu. Đó là lý do hệ thống phun xăng GDI ngày càng phổ biến và được trang bị trên hầu hết những dòng xe ô tô hiện đại. 

Một hệ thống có các kim phun đưa nhiên liệu vào thẳng trực tiếp buồng đốt thay vì cửa nạp như trước đây. Vì thế nó hạn chế được tình trạng cặn bám trên đường ống nạp phía trước xupap, giúp tăng công suất hoạt động, giảm khí thải, tiết kiệm nhiên liệu.

Phun xăng GDI áp dụng lần đầu trên ô tô vào năm 1953 và không ngừng được cải tiến, hoàn thiện. Ngày này chúng được áp dụng trên rất nhiều dòng xe khác nhau nhằm đạt hiệu quả cao nhất khi vận hành. 

Cấu tạo của hệ thống phun xăng trực tiếp

Cấu tạo hệ thống phun xăng trực tiếp – GDI gồm hai phần: thấp áp và cao áp. Các bộ phận này tương quan, hỗ trợ trực tiếp cho nhau để toàn bộ hệ thống hoạt động ổn định. Dưới đây sẽ là chi tiết về các bộ phận trong hệ thống này để bạn tham khảo. 

Bộ phận thấp áp 

Bên trong hệ thống phun xăng GDI sẽ có bộ phận thấp áp. Bên trong hệ thống thấp áp lại là các bộ phận nhỏ là bơm xăng, lọc xăng, van điều áp để giúp  duy trì tính ổn định của lực tác động lên bơm cao áp.

Bộ phận cao áp 

Bên trong phần cao cấp sẽ có các chi tiết bơm cao áp, trục cam, ống rail, kim phun và cảm biến áp suất ống rail. Phần này đảm nhận nhiệm vụ nén nhiên liệu có áp suất thấp từ bơm xăng thành nhiên liệu áp suất cao, tích trữ tại ống rail. Sau đó cảm biến áp suất ống rail đảm nhận vai trò cung cấp thông tin cho ECU.

Bộ xử lý ECU sẽ tính toán và nhận biết áp suất thực tế và điều chỉnh van FPRV – van điều áp trên bơm cao áp. Khi áp suất cao vào buồng đốt động cơ, kim phun nhiên liệu được điều chỉnh để bơm nhiên liệu tùy theo ECU. 

Trục cam có vấu cam để dẫn động bơm cao áp được xẻ rãnh  để làm giảm khối lượng. Còn Piston được thiết kế dạng lõm theo vị trí đặt bugi đóng vai trò là buồn đốt là nơi tập trung nhiên liệu gần bugi giúp quá trình đốt cháy tốt hơn.

Nguyên lý hoạt động hệ thống phun xăng trực tiếp 

Các bạn có biết đến hoạt động của động cơ diesel không? Nếu từng tìm hiểu qua thì hoạt động của hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp trên ô tô hiện nay cũng hoạt động tương tự. Chỉ có điểm khác biệt là tia lửa điện để đốt cháy hòa khí, ngoài ra hệ thống GDI có 2 chế độ nạp chính:  

Phân tầng nạp 

Chế độ nạp theo tầng này sử dụng ở chế độ tải vừa và nhỏ. Nhiên liệu sẽ được  phun vào kỳ nén – gần điểm đánh lửa, động cơ hoạt động với lượng nhiên liệu nhỏ tập trung ngay trước bugi. 

Nạp đồng nhất 

Ở chế độ tải nặng, nhiên liệu sẽ được cung cấp nhiều hơn, phun nạp trong kỳ giúp hòa khí đạt được sự đồng nhất. Tại đây, động cơ hoạt động dựa trên tỷ lệ hòa khí, hệ thống GDI sẽ xác định chế độ nạp cũng dựa trên tỷ lệ này. 

Các chế độ phun nhiên liệu của phun xăng trực tiếp 

Ở hệ thống phun xăng GDI này sẽ có các chế độ phun xăng khác nhau đang được áp dụng. Tùy vào nhà sản xuất và công nghệ động cơ mà các chế độ khác nhau. Hiện tại chế độ phun hướng tia đang được áp dụng nhiều hơn cả. Chúng ta cùng khám phá các chế độ phun nhiên liệu của hệ thống này nhé. 

Chế độ phun dẫn hướng tường 

Ở động cơ có kiểu phun dẫn hướng tường thì sẽ có khoảng cách giữa bugi và vòi phun lớn. Muốn đưa nhiên liệu đến gần bugi, nó được phun vào một hốc xoáy ở đỉnh pittông, dẫn nhiên liệu về phía bugi được hỗ trợ bằng cổng hút gió xoáy. Nhược điểm của hệ thống này là phát thải hydrocacbon cao nên hiện tại không được áp dụng nhiều. 

Chế độ phun dẫn dòng khí 

Giống như ở động cơ phun dẫn hướng tường, chế độ hướng dẫn dòng khí của phun xăng trực tiếp cũng có khoảng cách giữa bugi và vòi phun xa. Nhưng ở chế độ này nhiên liệu không tiếp xúc (tương đối) với các bộ phận động cơ nguội như thành xi lanh và pít-tông. 

Thay vào đó là phun có điều khiển bằng không khí, nhiên liệu chỉ được dẫn tới bugi. Nhưng chế độ phun này lại giảm hiệu suất nạp của động cơ và do đó ảnh hưởng công suất nên cũng không được sử dụng rộng rãi. 

Chế độ phun dẫn tia 

Trong các động cơ có hệ thống phun xăng dẫn hướng tia phun, khoảng cách giữa bugi và vòi phun là rất nhỏ. Khi đó nhiên liệu được phun vào trong giai đoạn sau của hành trình nén tạo ra hỗn hợp rất nhanh giúp quá trình  đánh lửa diễn ra gần như ngay lập tức giúp tăng hiệu suất động cơ. Đó là lý do chế độ phun dẫn tia này đang được sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất. 

Ưu và nhược điểm của hệ thống phun xăng trực tiếp 

Các bạn có biết vì sao hệ thống phụ xăng GDI lại được sử dụng nhiều trên ô tô thay vì phun xăng điện tử như trên xe máy không? Sau khi tham khảo nội dung phía dưới chắc chắn bạn sẽ có được câu trả lời. 

Ưu điểm của hệ thống phun xăng trực tiếp 

• Khi sử dụng hệ thống phun xăng GDI, cho phép kiểm soát chính xác hơn việc đo nhiên liệu. 
• Lượng nhiên liệu sẽ chính xác và thời điểm phun cũng được xác định tốt hơn để đưa vào xi lanh. 
• Vị trí kim phun của hệ thống này cho phép nó tạo ra kiểu phun tối ưu hơn giúp chia xăng thành những giọt nhỏ giúp hoạt động đốt cháy hoàn toàn. 

Nhược điểm khi sử dụng hệ thống phun GDI 

• Nhược điểm duy nhất phải nói đến đó là sự phức tạp của các chi tiết tạo nên hệ thống này. Phun nhiên liệu trực tiếp sẽ đắt hơn so với các hệ thống phun khác vì các thành phần nhiều hơn. 

So sánh phun xăng trực tiếp và phun xăng điện tử 

Hệ thống phun xăng trực tiếp và phun xăng điện tử có nhiều điểm chung về nguyên lý làm việc. Nhưng có thể so sánh được 2 hệ thống này thông qua các điểm giống và khác nhau: 

Giống nhau

Hai hệ thống phun xăng điện tử và phun xăng trực tiếp hoạt động phức tạp thông qua tín hiệu cảm biến. Bộ xử lý trung tâm ECU của động cơ sẽ nhận tín hiệu truyền về từ các cảm biến để xử lý thông tin rồi đưa ra lệnh điều chỉnh vòi phun nhiên liệu. 

Khác nhau 

• Cấu tạo: Hệ thống phun xăng điện tử EFI gồm ba hệ thống nhỏ: Điều khiển điện tử – nhiên liệu – nạp khí. Còn  phun xăng trực tiếp GDI  có một vòi phun trong xi lanh áp suất lớn là chính. 
• Nguyên lý hoạt động:  Phun xăng EFI dùng vòi phun gián tiếp bên ngoài buồn và qua xupap rồi mới được đưa vào bên trong buồng cháy. Còn phun xăng GDI dùng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt, hỗn hợp  không khí được hình thành bên trong buồng cháy.

Nên lựa chọn ô tô phun xăng GDI hay EFI? 

Nên chọn xe phun xăng trực tiếp hay phun xăng điện tử? Sau khi tham khảo bài viết, có các so sánh thì các bạn đánh giá thế nào? Đầu tiên đánh giá công suất  hệ thống phun xăng GDI vượt trội hơn so với hệ thống EFI. Ngoài ra phun xăng GDI cũng được đánh giá cao vì giảm ít khí thải ra môi trường hơn, đốt cháy nhiều xăng hơn. 

Tuy nhiên chi phí sản xuất hệ thống phun xăng GDI cao hơn hẳn hệ thống EFI. Đó là lý do duy nhất mà hệ thống EFI trước đây được áp dụng nhiều hơn còn hiện tại hệ thống GDI đang được áp dụng nhiều hơn so luật pháp của các chính phủ bắt buộc nhà sản xuất xe phải đảm bảo lượng khí thải phát ra thấp nhất. Vì thế hiện tại nếu bạn muốn chọn một chiếc ô tô phun xăng điện tử EFI có lẽ là rất khó. 

Kết luận 

Hệ thống phun xăng trực tiếp rõ ràng có nhiều ưu điểm hơn so với các hệ thống phun xăng khác. Sau khi tham khảo bài viết trên, khách hàng đã hiểu về hệ thống phun xăng hoạt động trên xe của mình. Honda Mỹ Đình sẽ cung cấp thêm nhiều thông tin bổ ích cho các bạn liên quan đến chiếc xế cưng ở các bài viết sau, hy vọng được quý bạn đọc đón nhận. 

• Đại lý Honda Mỹ Đình: https://hondaotomydinh.vn/
• Fanpage: Honda Ôtô Hà Nội – Mỹ Đình
• Youtube: Honda Ôtô Hà Nội – Mỹ Đình
• Hotline: 037 583 7979

Nguyễn Hậu

Với 6 năm kinh nghiệm Content Marketing trong lĩnh vực ô tô, tôi tự tin mang đến cho khách hàng những thông tin chính xác và đầy đủ, là nguồn tham khảo đáng tin cậy giúp khách hàng dễ dàng tìm kiếm các thông tin hữu ích.