5.1.1. Lịch sử phát triển.
Vào thế kỷ 19, một kỹ sƣ ngƣời Pháp - ông Stevan - đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một ngƣời Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhƣng không mang lại hiệu quả. Đầu thế kỷ 20, ngƣời Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ bốn thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp). Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã đƣợc ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức. Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu đƣợc phun liên tục vào trƣớc xu páp hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K- Konstant – liên tục, Jetronic – phun). K – Jetronic đƣợc đƣa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau nhƣ KE –Jetronic, Mono- Jetronic, L-Jetronic, Motronic…
Tên tiếng Anh của K-Jetronic là CIS (continuous injection system) đặc trƣng cho các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K –Jetronic với cảm biến ôxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm). Do hệ thống phun cơ khí còn nhiều nhƣợc điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Có hai loại: hệ thống L-Jetronic (lƣợng nhiên liệu đƣợc xác định nhờ cảm biến đo lƣu lƣợng khí nạp) và D-Jetronic (lƣợng nhiên liệu đƣợc xác định dựa vào áp suất trên đƣờng ống nạp).
Đến năm 1984, ngƣời Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động cơ 4A – ELU). Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho bộ chế hòa khí của xe Nissan Sunny. Song song, với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chƣơng trình (ESA – electronic spark advance) cũng đƣợc đƣa vào sử dụng vào những năm đầu thập kỷ 80. Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – direct ignition system) ra đời, cho phép không sử dụng đen cô và hệ thống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới.
Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời. Đó là động cơ phun trực tiếp: GDI (gasoline direct injection). Trong tƣơng lai gần, chắc chắn GDI sẽ đƣợc sử dụng rộng rãi.
5.1.2. Phân loại và ưu nhược điểm.
Hệ thống phun nhiên liệu có thể đƣợc phân loại theo nhiều kiểu. Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun, ta có hai loại:
- Loại CIS (continuous injection system) Đây là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm 4 loại cơ bản:
+ Hệ thống K – Jetronic: việc phun nhiên liệu đƣợc điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí.
+ Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến ôxy. + Hệ thống KE – Jetronic: hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử.
+ Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử.
- Loại AFC (air flow controlled fuel injection). Sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Hệ thống phun xăng với kim phun điện có thể chia làm 2 loại chính:
D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lƣợng xăng phun đƣợc xác định bởi áp suất sau cánh bƣớm ga bằng cảm biến MAP (manifold absolute pressure sensor).
L-Jetronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí): với lƣợng xăng phun đƣợc tính toán dựa vào lƣu lƣợng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trƣợt. Sau đó có các phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU –Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm…
- Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC đƣợc chia làm hai loại:
+ Loại TBI (Throttle Body Injection) - phun đơn điểm. Hệ thống này còn có các tên gọi khác nhƣ: SPI (single point injection), CI (central injection), Mono – Jetronic. Đây là loại phun trung tâm. Kim phun đƣợc bố trí phía trên cánh bƣớm ga và nhiên liệu đƣợc phun bằng một hay hai kim phun. Nhƣợc điểm của hệ thống này là tốc độ dịch chuyển của hòa khí tƣơng đối thấp do nhiên liệu đƣợc phun ở vị trí xa xu páp hút và khả năng thất thoát trên đƣờng ống nạp.
+ Loại MPI (Multi Port Fuel Injection) - phun đa điểm. Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xy lanh đƣợc bố trí gần xu páp hút (cách khoảng 10 – 15 mm). Ống góp hút đƣợc thiết kế sao cho đƣờng đi của không khí từ bƣớm ga đến xy lanh khá dài, nhờ vậy nhiên liệu phun ra đƣợc hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc. Nhiên liệu cũng không còn thất thoát trên đƣờng ống nạp. Hệ thống phun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm cơ bản của hệ thống phun xăng đơn điểm. Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thống này có thể chia làm ba loại chính: phun độc lập hay phun từng kim (independent injection), phun nhóm (group injection) hoặc phun đồng loạt (simultaneous injection).
Ƣu điểm của hệ thống phun xăng
- Có thể đạt đƣợc tỉ lệ khí nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động cơ.
- Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bƣớm ga.
- Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng: có thể làm đậm hỗn hợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc.
- Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí – nhiên liệu cao.
- Do kim phun đƣợc bố trí gần xu páp hút nên dòng khí nạp trên ống góp hút có khối lƣợng thấp (chƣa trộn với nhiên liệu) sẽ đạt tốc độ xoáy lốc cao, nhờ vậy, nhiên liệu sẽ không còn thất thoát trên đƣờng ống nạp và hòa khí sẽ đƣợc trộn tốt hơn.