Hệ thống phun xăng điện tử

Xuất hiện sau kiểu phun nhiên liệu chế hòa khí khoảng 70 năm nhưng hệ thống phun nhiên liệu điện tử EFI nhanh chóng trở nên phổ biến bởi nó khắc phục được điểm yếu nhất của chế hòa khí. Hiện nay, trên thế giới, hệ thống này đã được các hãng xe nổi tiếng như Honda, Yamaha, Kawasaki áp dụng cho các dòng xe máy thể thao, xe máy off-road… Còn tại Việt Nam, một số mẫu xe như Future Neo FI, Lead, AirBlade… cũng đã được trang bị, nhưng chưa rộng rãi và chưa được người tiêu dùng coi là một yếu tố quyết định khi chọn mua xe.

Tiến trình phát triển
Giống như trái tim con người, hệ thống phun xăng điện tử là một bộ phận cung cấp nhiên liệu vào buồng đốt của động cơ, để duy trì “sự sống” cho xe máy. Hệ thống này đã bắt đầu manh nha từ những năm 50, và được sử dụng rộng rãi ở các xe ô tô có xuất xứ từ châu Âu vào năm 1980. Đến năm 1990, hệ thống phun xăng điện tử được đưa vào xe máy (hình1).

Hình1. Hệ thống phun xăng điện tử

Ban đầu nó được thiết kế phun xăng ngay tại họng khuyếch tán của đường nạp hỗn hợp, thông qua một vòi phun được điều khiển bằng điện tử (ngày nay chúng ta gọi là kiểu phun xăng Mono-Jetronic). 
Sau đó, nó được nâng cấp thành hệ thống phun xăng điện tử rẽ hai nhánh nhỏ: phun xăng K-Jetronic và L-Jetronic.
l K-Jetronic sử dụng phun xăng bằng vòi phun có khí, việc điều khiển phun xăng thực hiện thông qua các thiết bị điều khiển của: bộ đo lưu lượng khí nạp và nhờ độ chân không trên đường nạp để tác động phun xăng qua vòi phun (phương pháp phun liên tục điều khiển lưu lượng thủy-cơ).
l L- Jetronic sử dụng vòi phun xăng điều khiển bằng điện tử, phun gián đoạn.
Đến năm 2000, nó được “biến đổi” thành hệ thống phun xăng sau xu pap (GDI), gần giống với hệ thống phun nhiên liệu diesel.
Thời gian gần đây, nó tiếp tục được các công ty sản xuất xe máy cải tiến và tích hợp một số thiết bị, để trở thành hệ thống phun xăng thông minh, đảm bảo các yêu cầu về khí thải cũng như độ ô nhiễm môi trường. Theo chuyên gia kĩ thuật của Honda, trong hệ thống phun xăng điện tử ngày nay, nhiên liệu được nén bằng bơm xăng và cấp vào buồng đốt thông qua các kim phun. Có 5 cảm biến trong hệ thống phun xăng điện tử, chúng có nhiệm vụ giám sát các thông số vận hành của xe như tình trạng động cơ, nhiệt độ và áp suất không khí. Tất cả những thông tin này sẽ được gửi qua một máy vi tính siêu nhỏ gọi là bộ điều khiển trung tâm. Tại đây những tham số này được xử lý và tính toán ra lượng khí cần nạp, định lượng và thời điểm cần bơm nhiên liệu vào buồng đốt, thời điểm đánh lửa, đảm bảo quá trình đốt cháy nhiên liệu đạt hiệu quả tối ưu.

Phân loại hệ thống phun xăng điện tử
Tuy nhiên, do vận hành tự động nên hệ thống EFI cần có các thông số để điều khiển kim phun đóng mở trong khoảng thời gian sao cho lượng nhiên liệu vừa đủ để tạo nên hỗn hợp lý tưởng. Các thông số cần thiết để EFI hoạt động ổn định là góc quay và tốc độ trục khuỷu, lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, tỷ lệ hỗn hợp, nồng độ oxy ở khí thải….
Phân loại theo vị trí đặt kim phun, EFI được chia thành loại phun đa điểm MFI (Multiport Fuel Injection) và phun xăng tập trung (kim phun đặt trước bướm ga). Ở MFI, mỗi xi-lanh sẽ có một kim phun tức động cơ V6 sẽ có 6 kim phun và V8 sẽ có 8 kim. Không khí và nhiên liệu sẽ hòa trộn ngay tại xi-lanh. Trong khi đó, loại phun xăng tập trung chỉ có một kim phun đặt trên ống nạp cho các xi-lanh.
Ưu nhược điểm của phun xăng điện tử
Khác với chế hòa khí, EFI mà đặc biệt là loại đa điểm MFI có thể tạo nên những hòa khí có tỷ lệ gần ngưỡng lý tưởng ở tất cả các xi-lanh, tùy theo điều kiện vận hành của chúng. Điều này có nghĩa hòa khí ở các buồng đốt đều cháy hết, qua đó sinh công tối đa trong khi lượng nhiên liệu tiêu thụ ở mức vừa đủ.
Ngoài ra, EFI có thể điều chỉnh lượng xăng theo từng chế độ vận hành của động cơ. Chẳng hạn như khi khởi động, hòa khí cần giàu xăng để cháy, hệ thống sẽ phun xăng nhiều hơn. Khi động cơ đã ổn định, máy tính điều khiển sao cho nhiên liệu ở mức vừa đủ. Như vậy, xét trên phương diện sử dụng nhiên liệu, EFI rõ ràng có nhiều ưu điểm hơn so với chế hòa khí.
Tuy nhiên, rắc rối của EFI bắt nguồn từ chính sự phức tạp của nó. Do cần quá nhiều thông số để tối ưu hóa quá trình phun nhiên liệu nên EFI rất dễ gặp sự cố. Chỉ cần một cảm biến nào đó hoạt động không bình thường, gửi sai thông tin sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống. Nếu cảm biến "chết" hoặc thiết bị nào đó hỏng, thông số mà nó chịu trách nhiệm thu thập sẽ không tồn tại và ECU sẽ báo lỗi lên đồng hồ "check engine".
Những sự cố của EFI
Nằm dưới sự kiểm soát của ECU nên hệ thống điện ảnh hưởng lớn đến mức độ hiệu quả của EFI. Bên cạnh đó, thiết bị chính, ống phun nhiên liệu cũng đóng vai trò khá quan trọng. Tiến sĩ Sebastian Schilling, Giám đốc Kỹ thuật của Continental (đơn vị kinh doanh & cung cấp các hệ thống điều khiển điện tử cho động cơ xăng và diesel) cho biết: “Do tỷ lệ hòa trộn nhiên liệu đã được tính chính xác nên cặn bẩn trong nhiên liệu và chất lượng nhiên liệu kém là nguyên nhân chính ảnh hưởng đến hệ thống phun nhiên liệu điện tử. Trong quá trình phun xăng, nếu chất lượng nhiên liệu không tốt, bộ lọc làm việc không hiệu quả sẽ rất dễ dẫn tới việc kim phun bị tắc, đóng cặn. Khi kim bị tắc, lượng xăng cung cấp không đủ theo nhu cầu thực tế nên xe yếu và thường xuyên chết máy. Những yếu tố khác ảnh hưởng tới hoạt động của kim phun còn có thể do dòng điện không đáp ứng yêu cầu.”

Hình2. EFI hoạt động dưới sự kiểm soát của một ECU

Thêm vào đó, khi hoạt động, EFI cần nhiều thông số như lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, tỷ lệ hỗn hợp, nồng độ oxy ở khí thải... được cung cấp từ các cảm biến (hình2).
Sự cố gặp phải đối với ECU cũng là một vấn đề đối với xe có trang bị hệ thống phun xăng điện tử vì rất khó phát hiện “bệnh” xuất phát từ bộ điều khiển này. Với ECU, các thông số, kể cả các kết cấu vi mạch và dữ liệu chuẩn được lưu trong bộ nhớ nên người sử dụng không thể biết. Vì vậy, khi xảy ra hỏng hóc chỉ có thể kiểm tra các thông số vào và ra của ECU để đánh giá tình trạng hoạt động của nó. Nếu các cảm biến đều hoạt động tốt nhưng thiết bị điều khiển như kim phun xăng không kích hoạt chứng tỏ ECU bị hỏng.
Giảm đáng kể lượng khí thải ra môi trường, tiết kiệm nhiên liệu, khởi động tốt, vận hành êm ái. Đó là những ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử (Electronic Fuel Injection - EFI) được trang bị trên xe máy. Phun xăng điện tử không chỉ góp phần đẩy mạnh đổi mới công nghệ cho các doanh nghiệp sản xuất xe máy mà còn mang lại độ an toàn cho người sử dụng.                                                                                             

Anh Thư
Số 122 (12/2010)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay