Khi bật khóa điện, rơle GDI đóng mạch khi đó sẽ có điện đến ECU động cơ, ECU động cơ được đặt vào chế độ làm việc, khi khởi động động cơ tín hiệu từ máy khởi động kết hợp với tín hiệu của cảm biến lưu lượng khí nạp hoặc tín hiệu Ne của cảm biến trục cơ làm bơm xăng hoạt động, xăng được bơm từ thùng qua bơm, qua lọc xăng theo đường ống đẩy lên bơm cao áp nhiên liệu áp suất cao, khi động cơ quay cơ cấu dẫn động làm bơm cao áp nhiên liệu hoạt động (bơm cao áp thường nhận truyền động từ 2 hoặc 3 vấu cam trên trục cam) nhiên liệu có áp suất cao được cung cấp đến giàn phân phối nhiên liệu (common rail) ở áp cao, tại đây ECU động cơ sẽ căn cứ vào các tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến lượng khí nạp để đo lượng không khí xilanh 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 cần thiết, cảm biến vị trí bàn đạp ga giúp ECU
điều chỉnh lượng xăng phun vào khi đạp ga, cảm biến nhiệt độ nước làm mát gửi thông tin về ECU nhằm tăng thời gian phun để hâm nóng, cảm biến hiệu điện thế để ECU bù ga khi mở các thiết bị điện trong xe và cảm biến tốc độ động cơ để quyết định thời gian phun nhiên liệu. Tất cả các tín hiệu gửi về từ các cảm biến được bộ điều khiển trung tâm xử lý để đưa ra tín hiệu điều khiển vòi phun làm cho vòi phun hoạt động để phun nhiên liệu vào buồng đốt của động cơ đúng thời điểm và trật tự làm việc của động cơ.
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng trực tiếp
1.ECU động cơ 14.Cảm biến vị trí trục cam 2.Bộ tuần hoàn khí xả 15.Cảm biến vị trí bàn đạp ga 3.Cảm biến lượng khí và nhiệt độ 16.Cảm biến ôxy
4.Bướm ga có điều khiển điện tử 17.Bộ xử lý khí thải
6.Van thu hồi xăng 19.Cảm biến lamda đường xả 7.Hộp thu hồi xăng 20. Xử lý khí thải
8.Bơm cao áp 21.Cảm biến nhiệt độ động cơ 9.Dàn phân phối nhiên liệu cao áp 22.Vòi phun cao áp
10.Cảm biến và bộ ổn định thời gian 23.Cảm biến kích nổ động cơ 11.Trục cam biến thiên 24.Cảm biến tốc độ động cơ 12.Cuộn đánh lửa và bugi 25.Lọc xăng
13.Trục cam 26.Bơm chuyển tiếp nhiên liệu
Áp suất nhiên liệu được xác định bằng cảm biến áp suất cao và được điều áp bằng van điều khiển áp suất (hoặc van điều khiển cung cấp nhiên liệu). Áp suất phun ban đầu có thể điều chỉnh trong phạm vi giới hạn cho từng kim. Việc điều khiển kim phun và đánh lửa được thực hiện riêng lẻ. Tùy thuộc vào chế độ tải của xe mà có 2 chế độ nạp chính:
+ Phương pháp nạp phân tầng (Stratified Mixture Formation) [4]:
Ở chế độ tải vừa và nhỏ. Xăng sẽ được phun vào cuối kỳ nén tức là gần với thời điểm đánh lửa. Bản chất của phương pháp này này là bố trí một bugi đánh lửa trong buồng cháy của động cơ tại vị trí hỗn hợp có thành phần lambda nhỏ (hỗn hợp đậm = 0,85-0,9) để đốt hỗn hợp bằng tia lửa điện. Phần hỗn hợp này sau khi bốc cháy sẽ làm mồi để đốt phần hỗn hợp còn lại có thành phần lambda lớn (hỗn hợp nhạt). Như vậy hỗn hợp toàn bộ của động cơ là hỗn hợp nhạt. Để điều chỉnh tải ở chế độ này, người ta sử dụng phương pháp điều chỉnh chất, thay đổi lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy còn lượng không khí không đổi. Chế độ nạp phân tầng cũng giữ cho ngọn lửa cách xa thành xilanh, giúp giảm tổn thất nhiệt. Vì hỗn hợp hoà khí quá loãng không thể đánh lửa bằng bugi (do thiếu nhiên liệu), nên chế độ nạp cần phải được phân tầng.
Hình 2.3. Cơ chế hình thành hỗn hợp phân tầng [5]
1.Giọt bay hơi 4.Màng
2.Giọt chính 5.Màng bay hơi
3.Tương tác giọt với thành 6.Sự phân hủy giọt bởi các khí động lưc học
Để đạt được mức nạp như vậy, động cơ nạp phân tầng sẽ phun nhiên liệu trong giai đoạn sau của hành trình nén. Một “khoang xoáy” ở trên cùng của piston thường được sử dụng để dẫn nhiên liệu vào vùng bao quanh bugi, phần hỗn hợp giàu hơn sẽ được đốt cháy trước làm mồi cho phần hỗn hợp nghèo hơn để đảm bảo nhiên liệu được cháy hoàn toàn. Kỹ thuật này cho phép sử dụng hỗn hợp siêu nghèo không thể thực hiện được với bộ chế hòa khí hoặc phun nhiên liệu ống góp thông thường.
+ Phương pháp nạp đồng nhất [4]:
Ở chế độ tải lớn đến toàn tải, xăng được phun từ đầu quá trình nạp. Khi đó xăng bay hơi hòa trộn với không khí trong xilanh tạo thành hòa khí trong suốt quá trình nạp và nén nên có thể coi là đồng nhất.
Hình 2.4. Cơ chế hình thành hỗn hợp đồng nhất [5]
1.Giọt bay hơi 4.Màng
2.Giọt chính 5.Màng bay hơi
3.Tương tác giọt với thành 6.Sự phân hủy giọt bởi các khí động lưc học
Để điều chỉnh tải ở chế độ này người ta dùng van tiết lưu để điều chỉnh lượng hỗn hợp giống động cơ phun xăng gián tiếp. Ở chế độ nạp đồng nhất, động cơ hoạt động trên hỗn hợp không khí/nhiên liệu đồng nhất (= 1), nghĩa là có một hỗn hợp (gần như hoàn hảo) giữa nhiên liệu và không khí trong xilanh. Nhiên liệu được bơm vào ngay khi bắt đầu hành trình nạp để tạo cho nhiên liệu vào có thời gian hòa trộn với không khí nhiều nhất, để tạo thành hỗn hợp không khí/nhiên liệu đồng nhất. Chế độ này cho phép sử dụng chất xúc tác ba chiều thông thường để xử lý khí thải.
Nhiên liệu được phun vào xilanh theo kiểu phun dẫn hướng tường, khoảng cách giữa bugi và vòi phun tương đối cao. Để đưa nhiên liệu đến gần bugi, nó được phun vào một hốc xoáy trên đỉnh piston để dẫn nhiên liệu về phía bugi.