Động cơ phun xăng trực tiếp ( Gasoline Direct Injection Engine) sử dụng phương pháp hình thành hỗn hợp phân lớp ( Stratified Mixture Formation) ở chế độ tải nhỏ. Xăng sẽ được phun vào cuối kỳ nén. Bản chất của phương pháp này này là bố trí một bougie đánh lửa trong buồng cháy của động cơ tại vị trí hỗn hợp có thành phần lambda nhỏ (hỗn hợp đậm lambda = 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.
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 cylinder tạo thành hòa khí trong suốt quá trình nạp và nén nên có thể coi là đồng nhất. 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.
Mitsubighi là hãng đầu tiên trên thế giới sản xuất động cơ phun xăng trực tiếp dung cho ô tô vào năm 1995 với đỉnh piston có dạng lõm cong phù hợp với hướng và hình dạng tia phun:
Động cơ có 4 cylinder, tỷ số nén epsilon = 12, đốt hỗn hợp cực nghèo (Ultra-Lean Mixture) tỷ số A/F (Air/Fuel) = 40 (A/F = 14,3 ~ lambda = 1). Từ tháng 2/1998 động cơ này được bán hàng loạt tại Châu Âu.
Tham khảo: Lý thuyết Động cơ đốt trong - PGS.TS Phạm Minh Tuấn - NXB Khoa học Kỹ thuật 2008
Mô phỏng trên là động cơ làm việc ở chế độ tải lớn, xăng được phun vào từ đầu quá trình nạp.
Sau đây là một ví dụ điển hình về động cơ phân lớp của hãng Ford có tên là Ford Proco với buồng cháy thống nhất.
Nhiên liệu được vòi phun 2 phun vào gần tâm cylinder tạo thành tia phun có góc tia khoảng 100 độ. Do kết cấu đường ống nạp 5 có dạng xoắn tiếp tuyến nên trong cylinder vào thời điểm phun nhiên liệu vẫn còn dòng xoáy quay tròn của không khí quanh tâm cylinder. Nhiên liệu phun ra sẽ được cuốn theo và hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp. Do ảnh hưởng của lực ly tâm nên thành phần hỗn hợp càng xa tâm quay (càng sát thành buồng cháy) thì càng đậm. Bougie được đặt ở một vị trí nhất định so với tâm cylinder (dấu chữ thập trên hình vẽ). Khi bougie bật tia lửa điện, hỗn hợp sát bougie (có thành phần đậm) sẽ cháy và làm mồi để đốt phần hỗn hợp còn lại. Đối với loại hình thành khí hỗn hợp này, thời điểm phun và thời điểm đánh lửa có quan hệ mật thiết với nhau và được điều khiển bằng thiết bị điện tử.
Hệ thống GDI sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy với áp suất lớn.Như vậy hệ thống GDI, hỗn hợp (nhiên liệu, không khí) sẽ hình thành bên trong buồng cháy. Với việc lắp một vòi phun nhiên liệu bên trong xilanh (giống động cơ diesel) với áp suất phun cao, nhà sản xuất hoàn toàn có thể đẩy tỉ số nén của động cơ lên cao, giúp hỗn hợp không khí-nhiên liệu “tơi” hơn. Quá trình cháy diễn ra “hoàn hảo”, hiệu suất động cơ cao hơn, công suất lớn hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn và đặc biệt là giảm thiểu khí xả vào môi trường.Về cấu tạo của hệ thống nhiên liệu GDI khá phức tạp, nhưng nguyên tắc cơ bản vẫn sử dụng các tín hiệu từ động cơ (qua các cảm biến) rồi xử lý tại bộ xử lý trung tâm ECU để điều chỉnh vòi phun (thời điểm, lưu lương, áp suất). Dưới đây là một số cảm biến quan trọng:
- Cảm biến lượng khí nạp: đo lượng không khí xy lanh 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 khi cần thiết.
-Cảm biến vị trí xupap: giúp ECU điều chỉnh lượng xăng phun vào phù hợp khi đạp ga .
-Cảm biến nhiệt độ chất chất làm mát: đo nhiệt độ làm việc của động cơ.
-Cảm biến hiệu điện thế để ECU bù ga khi mở các thiết bị điện trong xe.
-Cảm biến áp suất ống tiết liệu: nhằm giúp ECU đo công suất động cơ.
- Cảm biến tốc độ động cơ: dùng để tính toán xung độ động cơ.
Hệ thống nhiên liệu GDI có nhiều ưu điểm hơn hệ thống EFI, nhưng để có thể trang bị hệ thống GDI, vật liệu sử dụng làm piston và xilanh phải có độ bền cao, do nhiệt sinh ra trong quá trình cháy cao hơn rất nhiều, ngoài ra việc chế tạo vòi phun cũng phức tạp hơn. Do vậy chi phí cho hệ thống nhiên liệu GDI cao hơn nhiều so với EFI. Có lẽ đây là một lý do quan trọng khiến hệ thống GDI không phổ biến như EFI.
Oto hui
Động cơ phun xăng trực tiếp GDI ( Gasoline Direct Injection Engine)
GDI là từ viết tắt của cụm từ Gasonline direct injection chỉ các loại động cơ phun xăng trực tiếp. Trong loại động cơ này, xăng được phun thẳng vào buồng cháy của các xi-lanh, khác hẳn nguyên lý phun xăng vào đường nạp của các động cơ phun xăng điện tử thông dụng.
Từ nhiều năm nay, con người luôn luôn ưu tiên hàng đầu đổi mới phát triển về kỹ thuật động cơ đốt trong. Các nhà chế tạo ô tô đã có nhiều cố gắng nổ lực tìm tòi, sáng tạo và thiết kế chế tạo ngày càng nhiều động cơ có hiệu suất cao, hoàn hảo hơn. Đó là nguồn động lực quan trọng để cho ra đời động cơ GDI. Trong nhiều năm nghiên cứu, các kỷ sư ô tô đều cho rằng “ GDI ” là mẫu động cơ ưu việt về sự cung cấp nhiên liệu và buồng cháy tối ưu nhất, công suất động cơ mạnh nhất, tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất và ô nhiễm môi trường ít nhất( hơn cả động cơ MPI: Multi Point Injection ). Động cơ này kiểm soát được thời điểm phun nhiên liệu một cách chính xác .
Động cơ GDI có những đặc tính nổi bật sau đây:
• Điều khiển được lượng xăng cung cấp rất chính xác, hệ số nạp cao như động cơ diesel và thậm chí hơn hẳn động cơ diesel
• Động cơ có khảnăng làm việc được với hổn hợp cực loãng( Air/Fuel) = (35¸-55) (khi xe đạt được vận tốc trên 120 Km/h).
• Hệ số nạp rất cao, tỉ số nén e cao (e =12). Động cơ GDI vừa có khả năng tải rất cao, sự vận hành hoàn hảo, vừa có các chỉ tiêu khác hơn hẳn động cơ MPI
Những đặc điểm chủ yếu của động cơ “ GDI”:
• Sự tiêu thụ nhiên liệu rất thấp. Tiêu thụ nhiên liệu còn ít hơn động cơ diesel.
• Công suất động cơ siêu cao, cao hơn nhiều so với các loại động cơ MPI đang sử dụng hiện nay.
Sơ đồ động cơ GDI:
Những đặc tính kỹ thuật của động cơ GDI :
• Đường ống nạp thẳng góc với piston, tạo được sự lưu thông của lưu lượng gió tối ưu nhất.
• Hình dạng đỉnh piston lồi, lõm như hình vẽ tạo thành buồng cháy tốt nhất, tạo được sự hòa trộn nhiên liệu + không khí tối ưu nhất (hơn cả loại phun xăng MPI ).
• Bơm xăng cao áp cung cấp xăng có áp suất cao đến kim phun và phun trực tiếp vào xi lanh động cơ.
• Kim phun nhiên liệu có áp suất phun cao (50 KG/cm2), chuyển động xoáy lốc kết hợp với không khí tạo thành hổn hợp hòa khí ( xăng + gió) tốt nhất .
• Ở chế độ tải nhỏ nhiên liệu được phun ở cuối quá trình nén. Ở chế độ đầy tải nhiên liệu được phun ở quá trình nạp.
• Tiêu hao nhiên liệu ít hơn 35% so với động cơ phun xăng “ MPI ” hiện nay.
Những đặc tính riêng biệt của GDI:
Tiêu thụ nhiên liệu ít hơn , tối ưu hơn và hiệu suất cao hơn . Thời điểm phun được tính toán rất chính xác nhằm đáp ứng được sự thay đổi tải trọng của động cơ.Ở chế độ tải trọng trung bình và xe chạy trong thành phố thì nhiên liệu phun ra ở cuối thì nén, giống như động cơ diesel và như vậy hổn hợp loãng đi rất nhiều.Ở chế độ đầy tải, nhiên liệu được phun ra cuối thì nạp, điều này có khả năng cung cấp 1 hổn hợp đồng nhất giống như động cơ MPI nhằm mục đích đạt được hiệu suất cao.
• Quá trình cháy với hổn hợp cực loãng : Ở tốc độ cao (trên 120 Km/h), động cơ “GDI” sẽ đốt 1 hổn hợp nhiên liệu cực loãng, tiết kiệm được lượng nhiên liệu tiêu thụ. Ở chế độ này, nhiên liệu được phun ra cuối kỳ nén và kỳ nổ: tỉ lệ hổn hợp là cực loãng , (Air/Fuel) = 30¸-40 (35¸-55 bao gồm EGR).
• Ở chế độ công suất cực đại : Khi động cơ GDI hoạt động ở chế độ tải lớn, toàn tải, tốc độ cao thì nhiên liệu được phun vào xi lanh động cơ trong suốt kỳ nạp, sự cháy hoàn hảo hơn, nhiên liệu được cháy sạch, cháy kiệt, động cơ làm việc êm dịu, không có tiếng gỏ.
Những ưu điểm kỹ thuật của động cơ” GDI”:
• Dòng khí chuyển động trong lòng xi lanh : Động cơ GDI có đường ống nạp thẳng góc với xi lanh. Không khí di chuyển trực tiếp vào đỉnh piston và sẽ tạo xoáy lốc rất mạnh, đó cũng là thời điểm tốt nhất cho việc phun nhiên liệu vào động cơ.
• Phun nhiên liệu: Các nhà chế tạo ô tô đã chế tạo ra những kim phun xăng có áp suất rất cao 50 KG/cm2, đây là loại kim phun lý tưởng. Ở cùng một thời điểm nó tạo được dòng xoáy lốc lớn nên phun ra những tia nhiên liệu rất mịn: đây cũng chính là đặc điểm về kim phun của GDI
Sự tăng giá đột biến của xăng dầu, và tiêu chuẩn về khí thải của động cơ ôtô ngày càng khắc khe buộc các nhà khoa học trên thế giới không ngừng nghiên cứu tìm ra biện pháp nhằm tiết kiệm nhiên liệu kèm theo giảm khí thải ở động cơ đốt trong.
Nhiều giảm pháp được đưa ra, một trong những giải pháp được xem là thành công nhất hiện nay (áp dụng cho động cơ sử dụng nhiên liệu xăng) đó là cho ra đời động cơ GDI (hỗn hợp được tạo bên trong buồng đốt của động cơ, với sự nạp và cháy phân lớp).
So sánh giữa động cơ sử dụng nhiên liệu xăng (tạo hỗn hợp bên ngoài) và động cơ sử dụng nhiên liệu Diesel (tạo hỗn hợp bên trong buồng đốt) ta thấy rằng: cùng một công suất phát ra nhưng suất tiêu hao nhiên liệu ở động cơ Diesel thấp hơn đối với động cơ xăng. Một phần là do đặc tính của nhiên liệu khác nhau, nhưng cái chính ở đây là quá trình tạo hỗn hợp và đốt cháy hỗn hợp của 2 loại động cơ này rất khác biệt nhau. Tuy nhiên, chúng ta chưa thể ứng dụng động cơ Diesel cho xe du lịch được là vì động cơ này có một số nhược điểm: tiếng ồn ở động cơ này cao so với động cơ xăng, khả năng tăng tốc của động cơ này thấp hơn động cơ xăng, và đặc biệt là khí thải ở động cơ này cao hơn đối với động cơ xăng.
Gần ba thập kỷ nay, người ta luôn tìm cách kết hợp những ưu điểm của động cơ xăng và Diesel để có thể cho ra đời một loại động cơ mới có thể đáp ứng được các nhu cầu về khí thải, suất tiêu hao nhiên liệu, khả năng tăng tốc, tiếng ồn, … như đã nêu trên. Khi xem xét quá trình tạo hỗn hợp và đốt cháy hỗn hợp ở động cơ Diesel ta nhận thấy có các ưu điểm: hỗn hợp được tạo bên trong buồng đốt, cũng nhờ vào sự tạo hỗn hợp này mà động cơ Diesel có thể hoạt động khi hệ số dư lượng không khí từ 1.4 – 1.8 (cũng là nguyên nhân nồng độ NOx ở khí thải của động cơ Diesel cao hơn của động cơ xăng). Do đặc tính của hai nhiên liệu khác nhau nên quá trình hình thành tâm cháy cũng khác nhau, vì vậy động cơ xăng PFI không thể hoạt động với tỷ lệ như trên. Cần phải có một phương pháp tạo hỗn hợp khác với phương pháp PFI, đó là vấn đề đặt ra.
Hình 1 Hệ thống buồng đốt
MAN – FM
Dựa trên cơ sở của các kiểu buồng cháy MAN – FM (Maschinenfabrik Auguburg – Nurnberg), PROCO (Ford programmed combustion control), hệ thống điều khiển TCCS (Texaco Controlled Combustion System) các nhà nghiên cứu cho ra đời kiểu buồng cháy phun nhiên liệu trực tiếp & phân lớp đầu tiên (DISC: direct – injection, stratified – charge). Với kiểu buồng cháy này, động cơ có thể hoạt động được khi tỷ lệ air/fuel vào khoảng 20:1. Đây quả là một bước tiến nhảy vọt cho động cơ xăng, và là tiền đề cho các thế hệ sau của động cơ GDI.
Nhờ vào sự phát triển của điện tử, tin học cách đây hơn hai thập kỷ thế hệ động cơ xăng PFI ra đời đã thay thế động cơ xăng sử dụng carburattor, và ưu điểm vượt trội của loại động cơ xăng PFI mà chúng ta đã biết. Cũng gần đây, sự xuất hiện của động cơ GDI cũng đã dần dần thay thế động cơ PFI. Về ưu nhược điểm của động cơ GDI so với động cơ PFI (hình 2) được khái quát như sau:
-
Nhờ vào khả năng tạo hỗn hợp bên trong buồng đốt nên ở động cơ GDI có thể kiểm soát được chính xác lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt trong mỗi chu trình hoạt động của động cơ, khắc phục được nhược điểm phun trên ống nạp nhiên liệu bị bám vào thành ống.
-
Cũng nhờ vào việc phun nhiên liệu trực tiếp và kết cấu của buồng đốt nên động cơ GDI có thể hoạt động với tỷ lệ air/fuel rất loãng đảm bảo cho động cơ cháy sạch, tiết kiệm nhiên liệu tối đa, giảm nồng độ khí thải ô nhiễm (nhờ phát huy được tác dụng bộ xúc tác dual – catalyst).
-
Tỷ số nén của động cơ GDI được nâng cao hơn so với động cơ PFI nên công suất của động cơ GDI lớn hơn 10% so với động cơ PFI cùng dung tích cylindre.
-
Kết cấu của hệ thống tăng áp cho động cơ GDI thiết kế được hoàn thiện hơn do động cơ có thể hoạt động với hỗn hợp cực nghèo.
-
Tuy nhiên, do nhiên liệu được phun vào buồng đốt nên đòi áp suất phun phải lớn hơn rất nhiều so với kiểu phun PFI, kết cấu kim phun phải đáp ứng được điều kiện khắc nghiệt của buồng cháy, hệ thống điều khiển phun nhiên liệu phức tạp hơn nhiều do hỗn hợp tạo ra phức tạp hơn ở động cơ PFI, kết cấu buồng đốt cũng phức tạp hơn do phải bảo đảm được điều kiện hỗn hợp có thể cháy được trong điều kiện cực nghèo…
Hình 2 Kết cấu buồng đốt PFI và GDI
Tăng công suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí xả độc hại vào môi trường là những vấn đề các hãng xe luôn vươn tới. Bởi vậy hệ thống nhiên liệu ngày càng được phát triển.
Với động cơ 3.6L V6 trên chiếc Cadillac CTS, khi sử dụng hệ thống phun xăng điện tử EFI công suất cực đại chỉ đạt 263 mã lực, mô-men xoắn cực đại đạt 253 lb/ft. Nhưng với hệ thống phun xăng trực tiếp GDI, công suất cực đại tăng lên 304 mã lực và mô-men xoắn cực đại 274 lb/ft. Ngoài ra mức tiêu thụ nhiên liệu cũng giảm xuống khoảng 0,5 lít cho quãng đường 100km.
Trong những động cơ hiện đại, chúng ta thường nghe tới hệ thống phun xăng trực tiếp GDI (Gasonline Direct Injection) hoặc hệ thống phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection). Vậy giữa 2 hệ thống nhiên liệu này có gì khác biệt?
Điểm khác biệt cơ bản nhất giữa GDI và EFI là vị trí của vòi phun nhiên liệu. Hệ thống GDI sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy với áp suất lớn, còn hệ thống EFI phun nhiên liệu bên ngoài buồng cháy - phun gián tiếp. Như vậy hệ thống GDI, hỗn hợp (nhiên liệu, không khí) sẽ hình thành bên trong buồng cháy, còn EFI, hỗn hợp sẽ hình thành bên ngoài rồi mới qua xupap nạp vào bên trong buồng cháy.
Hệ thống EFI được chia làm 3 loại chính:
- Hệ thống phun xăng đơn điểm (Single Point Injection - SPI): Hệ thống này chỉ dùng một vòi phun trung tâm duy nhất thay thế cho bộ chế hoà khí. Vòi phun nhiên liệu được đặt ngay trước bướm ga và tạo thành khí hỗn hợp trên đường nạp. Hệ thống có cấu tạo khá đơn giản, chi phí chế tạo rẻ, thường chỉ xuất hiện ở những xe nhỏ.
- Hệ thống phun xăng hai điểm (BiPoint Injection - BPI) được nâng cấp từ hệ phun nhiên liệu đơn điểm. Hệ thống này sử dụng thêm một vòi phun đặt sau bướm ga nhằm tăng cường nhiên liệu cho hỗn hợp. Thông thường hệ thống BPI ít được sử dụng do không cải thiện nhiều so với SPI.
- Hệ thống phun xăng đa điểm (MultiPoint Injection - MPI): Mỗi xi-lanh được trang bị một vòi phun riêng biệt đặt ngay trước xupap. Hệ thống vòi phun được lấy tín hiệu từ góc quay trục khuỷu để xác định thời điểm phun chính xác.
Trên thực tế, hệ thống phun xăng điện tử EFI đã xuất hiện từ những năm 1950, nhưng phải đến những năm 1980, hệ thống này mới thực sự phát triển rộng rãi tại Châu Âu. Trên những mẫu xe hiện tại vẫn sử dụng hệ thống nhiên liệu EFI, tuy nguyên lý cơ bản không thay đổi nhưng nhờ có công nghệ điện tử điều khiển phát triển đã giúp cho hệ thống này ngày càng hoàn thiện và đạt hiệu quả cao hơn rất nhiều.
Còn với hệ thống GDI thì phải tới tận năm 1996, hãng Mitsubishi mới chính thức sử dụng trên mẫu xe Galant Legnum. Đây là một bước đột phá trong lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Cho dù ý tưởng sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy cho động cơ xăng đã có từ rất lâu nhưng do quá nhiều yếu tố chủ quan - khách quan khiến cho nhiều hãng tên tuổi phải “lùi bước”. Với việc lắp một vòi phun nhiên liệu bên trong xilanh (giống động cơ diesel) với áp suất phun cao, nhà sản xuất hoàn toàn có thể đẩy tỉ số nén của động cơ lên cao, giúp hỗn hợp không khí-nhiên liệu “tơi” hơn. Quá trình cháy diễn ra “hoàn hảo”, hiệu suất động cơ cao hơn, công suất lớn hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn và đặc biệt là giảm thiểu khí xả vào môi trường.
Về cấu tạo của hệ thống nhiên liệu EFI hay GDI khá phức tạp, nhưng nguyên tắc cơ bản vẫn sử dụng các tín hiệu từ động cơ (qua các cảm biến) rồi xử lý tại bộ xử lý trung tâm ECU để điều chỉnh vòi phun (thời điểm, lưu lương, áp suất). Dưới đây là một số cảm biến quan trọng:
- Cảm biến lượng khí nạp: đo lượng không khí xy lanh 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 khi cần thiết.
- Cảm biến vị trí xupap: giúp ECU điều chỉnh lượng xăng phun vào phù hợp khi đạp ga .
- Cảm biến nhiệt độ chất chất làm mát: đo nhiệt độ làm việc của động cơ.
- Cảm biến hiệu điện thế để ECU bù ga khi mở các thiết bị điện trong xe.
- Cảm biến áp suất ống tiết liệu: nhằm giúp ECU đo công suất động cơ.
- Cảm biến tốc độ động cơ: dùng để tính toán xung độ động cơ.
Hệ thống nhiên liệu GDI có nhiều ưu điểm hơn hệ thống EFI, nhưng để có thể trang bị hệ thống GDI, vật liệu sử dụng làm piston và xilanh phải có độ bền cao, do nhiệt sinh ra trong quá trình cháy cao hơn rất nhiều, ngoài ra việc chế tạo vòi phun cũng phức tạp hơn. Do vậy chi phí cho hệ thống nhiên liệu GDI cao hơn nhiều so với EFI. Có lẽ đây là một lý do quan trọng khiến hệ thống GDI không phổ biến như EFI.
>> Gasoline direct injection system
Direct injection means injecting the fuel directly into the cylinder instead of premixing it with air in separate intake ports. That allows for controlling combustion and emissions more precisely. But it demands advanced engine management technologies. Mitsubishi, Toyota, and Nissan have introduced direct injection engines for gasolinepowered vehicles, and some European automakers have introduced gasoline direct injection engines since 2000.
The first commercial systems employed constant fuel pressure, but the industry is moving toward variable-pressure systems. Similarly, multiplunger designs are giving way to simpler, single-plunger designs in the high-pressure pumps. And automakers are shifting to variablevolume pumps, from constant-volume models, to accommodate their variable-pressure fuel systems.
Each automaker adopts unique spray characteristics in their highpressure injectors to accommodate the combustion concept of their engines. Injectors that form a cone-shaped spray are most common, though Toyota has begun using a fan-shaped spray.
We began limited production of components for gasoline direct injection engines in 1996 and have been mass-producing them since 1997. In 2000, we supplied components for about 120,000 gasoline direct injection engines. We strengthened our product line during the year by introducing lighter-weight, higher-performance components.
The low drive torque in our highpressure pumps is significantly lower than in competing products. And the single-plunger design makes the pumps smaller and less expensive than multiplunger models.
Our slit nozzles produce the first fan-shaped spray in the automobile industry. And our experience in mass-producing both slit and swirler nozzles equips us to satisfy a full range of automakers' needs.
Combining components in hybrid ICs has simplified and reduced the size of our electronic driver units for injectors. Our units are about 40% lighter than competing products.
Gasoline direct injection can help reduce the environmental impact of internal combustion power. By 2005, we expect more than 20% of the gasoline-powered new vehicles sold in Japan to have direct injection.
Reducing cost is a pressing issue in making direct injection available in a broadened range of vehicle models. We will cultivate economies of scale by standardizing component designs and installation methods for different engines.
Our common rail circuits allow for controlling the fuel-delivery amount to generate the fuel pressure required by the engine. Electronic control adjusts the amount of fuel delivery with reference to a fuel pressure sensor in the common rail.
We use a single-plunger design in our high-pressure injection pumps to provide high volumetric efficiency at low drive torque and at low cost. Our pumps have a built-in electromagnetic control valve, and the control function varies the fuel-delivery amount by adjusting the timing of the drive pulses sent to the valve. The drive torque and pulsation inside the highpressure lines are minimal, since our pumps supply only as much fuel as the engine actually requires.
Our high-pressure injectors are available with different nozzles for different spray configurations. We offer a swirler nozzle to produce a cone-shaped spray and a slit nozzle for a fan-shaped spray. Ultraprecise machining helps ensure a fine, highquality spray. We optimize injector performance with electronic driver units that incorporate original ICs.
>> High-pressure injection
Please choose your language
• Home
• Power Semiconductors
• High Power
• RF & Protection Devices
• Microcontrollers
• Automotive Power
• Sensors
• Wireless Control
• Wireless Communication
Automotive Power
TLE 6270R – for fuel efficiency and less CO2
The TLE 6270R is especially suited to gasoline direct injection systems in automotive applications. It is a quad low-side injection driver in Smart Power Technology with 80 V capability at the power outputs. The device controls the external high-side transistors to supply the injectors alternating with battery voltage and boosted high voltage.
The TLE 6270R provides a peak-and-hold current waveform with programmable current levels and programmable peak time.
This device is a green, RoHS-compliant product to meet worldwide customer demands for environmentally friendly products and to satisfy government regulations.
Gasoline Direct Injection System from
Bosch Motorsport
2001, 2002, 2003, 2004, 2005
These figures signify the success that gasoline direct injection has witnessed in motorsport, as in all these years the overall winners of the 24 Hours of Le Mans crossed the finishing line with the aid of a gasoline direct injection system from Bosch Motorsport. Our system was first introduced to the world of motorsport in 2001 and was an instant success from the very first race.
The gasoline direct injection system from Bosch Motorsport is based on series production Bosch products, which we have specially adapted for motorsport use. As such, the system utilizes the knowledge of one of the world's biggest original equipment manufacturers and every single component benefits from the expertise of Bosch development and prototyping departments.
Thanks to the close cooperation between Bosch Motorsport and the Bosch series development teams, we are now able to provide direct injection systems tailored to your individual requirements, in which all components interact perfectly with one another. As an additional service, we also offer individual spray designs for our high-pressure injection valves. So you receive a tailor-made valve, customized to meet the exact needs of your engine.
A selection of products for our direct gasoline injection system
Engine Control Units MS 5.0 and MS 4 Sport
High-Pressure Power Stage Unit HPI 5
High-Pressure Fuel Pumps HDP 5-FD and HDP 5
High-Pressure Injection Valve HDEV 5
High-Pressure Control Valve DSV
Pressure Sensors Fluid PSC 250-R and PSS 250-R
The HDEV 5 High-Pressure Injection Valve
The HDEV 5 high-pressure fuel injection valve with multi-hole technology prepares the fuel jet for optimized combustion. What's more, to a large extent we can adapt the spray pattern to suit the specific geometries of the combustion chamber within your engine.
The HDP 5 High-Pressure
Fuel Pump
The HDP 5, with simple connection to the cylinder head, produces a pressure of 200 bar in the fuel rail as standard, and is driven by an additional cam on the camshaft. We will happily supply you with different cam profiles, tailored to the needs of your engine.
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 cylinder tạo thành hòa khí trong suốt quá trình nạp và nén nên có thể coi là đồng nhất. 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.
Mitsubighi là hãng đầu tiên trên thế giới sản xuất động cơ phun xăng trực tiếp dung cho ô tô vào năm 1995 với đỉnh piston có dạng lõm cong phù hợp với hướng và hình dạng tia phun:
Động cơ có 4 cylinder, tỷ số nén epsilon = 12, đốt hỗn hợp cực nghèo (Ultra-Lean Mixture) tỷ số A/F (Air/Fuel) = 40 (A/F = 14,3 ~ lambda = 1). Từ tháng 2/1998 động cơ này được bán hàng loạt tại Châu Âu.
Tham khảo: Lý thuyết Động cơ đốt trong - PGS.TS Phạm Minh Tuấn - NXB Khoa học Kỹ thuật 2008
Mô phỏng trên là động cơ làm việc ở chế độ tải lớn, xăng được phun vào từ đầu quá trình nạp.
Sau đây là một ví dụ điển hình về động cơ phân lớp của hãng Ford có tên là Ford Proco với buồng cháy thống nhất.
Nhiên liệu được vòi phun 2 phun vào gần tâm cylinder tạo thành tia phun có góc tia khoảng 100 độ. Do kết cấu đường ống nạp 5 có dạng xoắn tiếp tuyến nên trong cylinder vào thời điểm phun nhiên liệu vẫn còn dòng xoáy quay tròn của không khí quanh tâm cylinder. Nhiên liệu phun ra sẽ được cuốn theo và hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp. Do ảnh hưởng của lực ly tâm nên thành phần hỗn hợp càng xa tâm quay (càng sát thành buồng cháy) thì càng đậm. Bougie được đặt ở một vị trí nhất định so với tâm cylinder (dấu chữ thập trên hình vẽ). Khi bougie bật tia lửa điện, hỗn hợp sát bougie (có thành phần đậm) sẽ cháy và làm mồi để đốt phần hỗn hợp còn lại. Đối với loại hình thành khí hỗn hợp này, thời điểm phun và thời điểm đánh lửa có quan hệ mật thiết với nhau và được điều khiển bằng thiết bị điện tử.
Hệ thống GDI sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy với áp suất lớn.Như vậy hệ thống GDI, hỗn hợp (nhiên liệu, không khí) sẽ hình thành bên trong buồng cháy. Với việc lắp một vòi phun nhiên liệu bên trong xilanh (giống động cơ diesel) với áp suất phun cao, nhà sản xuất hoàn toàn có thể đẩy tỉ số nén của động cơ lên cao, giúp hỗn hợp không khí-nhiên liệu “tơi” hơn. Quá trình cháy diễn ra “hoàn hảo”, hiệu suất động cơ cao hơn, công suất lớn hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn và đặc biệt là giảm thiểu khí xả vào môi trường.Về cấu tạo của hệ thống nhiên liệu GDI khá phức tạp, nhưng nguyên tắc cơ bản vẫn sử dụng các tín hiệu từ động cơ (qua các cảm biến) rồi xử lý tại bộ xử lý trung tâm ECU để điều chỉnh vòi phun (thời điểm, lưu lương, áp suất). Dưới đây là một số cảm biến quan trọng:
- Cảm biến lượng khí nạp: đo lượng không khí xy lanh 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 khi cần thiết.
-Cảm biến vị trí xupap: giúp ECU điều chỉnh lượng xăng phun vào phù hợp khi đạp ga .
-Cảm biến nhiệt độ chất chất làm mát: đo nhiệt độ làm việc của động cơ.
-Cảm biến hiệu điện thế để ECU bù ga khi mở các thiết bị điện trong xe.
-Cảm biến áp suất ống tiết liệu: nhằm giúp ECU đo công suất động cơ.
- Cảm biến tốc độ động cơ: dùng để tính toán xung độ động cơ.
Hệ thống nhiên liệu GDI có nhiều ưu điểm hơn hệ thống EFI, nhưng để có thể trang bị hệ thống GDI, vật liệu sử dụng làm piston và xilanh phải có độ bền cao, do nhiệt sinh ra trong quá trình cháy cao hơn rất nhiều, ngoài ra việc chế tạo vòi phun cũng phức tạp hơn. Do vậy chi phí cho hệ thống nhiên liệu GDI cao hơn nhiều so với EFI. Có lẽ đây là một lý do quan trọng khiến hệ thống GDI không phổ biến như EFI.
Oto hui
Động cơ phun xăng trực tiếp GDI ( Gasoline Direct Injection Engine)
GDI là từ viết tắt của cụm từ Gasonline direct injection chỉ các loại động cơ phun xăng trực tiếp. Trong loại động cơ này, xăng được phun thẳng vào buồng cháy của các xi-lanh, khác hẳn nguyên lý phun xăng vào đường nạp của các động cơ phun xăng điện tử thông dụng.
Từ nhiều năm nay, con người luôn luôn ưu tiên hàng đầu đổi mới phát triển về kỹ thuật động cơ đốt trong. Các nhà chế tạo ô tô đã có nhiều cố gắng nổ lực tìm tòi, sáng tạo và thiết kế chế tạo ngày càng nhiều động cơ có hiệu suất cao, hoàn hảo hơn. Đó là nguồn động lực quan trọng để cho ra đời động cơ GDI. Trong nhiều năm nghiên cứu, các kỷ sư ô tô đều cho rằng “ GDI ” là mẫu động cơ ưu việt về sự cung cấp nhiên liệu và buồng cháy tối ưu nhất, công suất động cơ mạnh nhất, tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất và ô nhiễm môi trường ít nhất( hơn cả động cơ MPI: Multi Point Injection ). Động cơ này kiểm soát được thời điểm phun nhiên liệu một cách chính xác .
Động cơ GDI có những đặc tính nổi bật sau đây:
• Điều khiển được lượng xăng cung cấp rất chính xác, hệ số nạp cao như động cơ diesel và thậm chí hơn hẳn động cơ diesel
• Động cơ có khảnăng làm việc được với hổn hợp cực loãng( Air/Fuel) = (35¸-55) (khi xe đạt được vận tốc trên 120 Km/h).
• Hệ số nạp rất cao, tỉ số nén e cao (e =12). Động cơ GDI vừa có khả năng tải rất cao, sự vận hành hoàn hảo, vừa có các chỉ tiêu khác hơn hẳn động cơ MPI
Những đặc điểm chủ yếu của động cơ “ GDI”:
• Sự tiêu thụ nhiên liệu rất thấp. Tiêu thụ nhiên liệu còn ít hơn động cơ diesel.
• Công suất động cơ siêu cao, cao hơn nhiều so với các loại động cơ MPI đang sử dụng hiện nay.
Sơ đồ động cơ GDI:
Những đặc tính kỹ thuật của động cơ GDI :
• Đường ống nạp thẳng góc với piston, tạo được sự lưu thông của lưu lượng gió tối ưu nhất.
• Hình dạng đỉnh piston lồi, lõm như hình vẽ tạo thành buồng cháy tốt nhất, tạo được sự hòa trộn nhiên liệu + không khí tối ưu nhất (hơn cả loại phun xăng MPI ).
• Bơm xăng cao áp cung cấp xăng có áp suất cao đến kim phun và phun trực tiếp vào xi lanh động cơ.
• Kim phun nhiên liệu có áp suất phun cao (50 KG/cm2), chuyển động xoáy lốc kết hợp với không khí tạo thành hổn hợp hòa khí ( xăng + gió) tốt nhất .
• Ở chế độ tải nhỏ nhiên liệu được phun ở cuối quá trình nén. Ở chế độ đầy tải nhiên liệu được phun ở quá trình nạp.
• Tiêu hao nhiên liệu ít hơn 35% so với động cơ phun xăng “ MPI ” hiện nay.
Những đặc tính riêng biệt của GDI:
Tiêu thụ nhiên liệu ít hơn , tối ưu hơn và hiệu suất cao hơn . Thời điểm phun được tính toán rất chính xác nhằm đáp ứng được sự thay đổi tải trọng của động cơ.Ở chế độ tải trọng trung bình và xe chạy trong thành phố thì nhiên liệu phun ra ở cuối thì nén, giống như động cơ diesel và như vậy hổn hợp loãng đi rất nhiều.Ở chế độ đầy tải, nhiên liệu được phun ra cuối thì nạp, điều này có khả năng cung cấp 1 hổn hợp đồng nhất giống như động cơ MPI nhằm mục đích đạt được hiệu suất cao.
• Quá trình cháy với hổn hợp cực loãng : Ở tốc độ cao (trên 120 Km/h), động cơ “GDI” sẽ đốt 1 hổn hợp nhiên liệu cực loãng, tiết kiệm được lượng nhiên liệu tiêu thụ. Ở chế độ này, nhiên liệu được phun ra cuối kỳ nén và kỳ nổ: tỉ lệ hổn hợp là cực loãng , (Air/Fuel) = 30¸-40 (35¸-55 bao gồm EGR).
• Ở chế độ công suất cực đại : Khi động cơ GDI hoạt động ở chế độ tải lớn, toàn tải, tốc độ cao thì nhiên liệu được phun vào xi lanh động cơ trong suốt kỳ nạp, sự cháy hoàn hảo hơn, nhiên liệu được cháy sạch, cháy kiệt, động cơ làm việc êm dịu, không có tiếng gỏ.
Những ưu điểm kỹ thuật của động cơ” GDI”:
• Dòng khí chuyển động trong lòng xi lanh : Động cơ GDI có đường ống nạp thẳng góc với xi lanh. Không khí di chuyển trực tiếp vào đỉnh piston và sẽ tạo xoáy lốc rất mạnh, đó cũng là thời điểm tốt nhất cho việc phun nhiên liệu vào động cơ.
• Phun nhiên liệu: Các nhà chế tạo ô tô đã chế tạo ra những kim phun xăng có áp suất rất cao 50 KG/cm2, đây là loại kim phun lý tưởng. Ở cùng một thời điểm nó tạo được dòng xoáy lốc lớn nên phun ra những tia nhiên liệu rất mịn: đây cũng chính là đặc điểm về kim phun của GDI
Sự tăng giá đột biến của xăng dầu, và tiêu chuẩn về khí thải của động cơ ôtô ngày càng khắc khe buộc các nhà khoa học trên thế giới không ngừng nghiên cứu tìm ra biện pháp nhằm tiết kiệm nhiên liệu kèm theo giảm khí thải ở động cơ đốt trong.
Nhiều giảm pháp được đưa ra, một trong những giải pháp được xem là thành công nhất hiện nay (áp dụng cho động cơ sử dụng nhiên liệu xăng) đó là cho ra đời động cơ GDI (hỗn hợp được tạo bên trong buồng đốt của động cơ, với sự nạp và cháy phân lớp).
So sánh giữa động cơ sử dụng nhiên liệu xăng (tạo hỗn hợp bên ngoài) và động cơ sử dụng nhiên liệu Diesel (tạo hỗn hợp bên trong buồng đốt) ta thấy rằng: cùng một công suất phát ra nhưng suất tiêu hao nhiên liệu ở động cơ Diesel thấp hơn đối với động cơ xăng. Một phần là do đặc tính của nhiên liệu khác nhau, nhưng cái chính ở đây là quá trình tạo hỗn hợp và đốt cháy hỗn hợp của 2 loại động cơ này rất khác biệt nhau. Tuy nhiên, chúng ta chưa thể ứng dụng động cơ Diesel cho xe du lịch được là vì động cơ này có một số nhược điểm: tiếng ồn ở động cơ này cao so với động cơ xăng, khả năng tăng tốc của động cơ này thấp hơn động cơ xăng, và đặc biệt là khí thải ở động cơ này cao hơn đối với động cơ xăng.
Gần ba thập kỷ nay, người ta luôn tìm cách kết hợp những ưu điểm của động cơ xăng và Diesel để có thể cho ra đời một loại động cơ mới có thể đáp ứng được các nhu cầu về khí thải, suất tiêu hao nhiên liệu, khả năng tăng tốc, tiếng ồn, … như đã nêu trên. Khi xem xét quá trình tạo hỗn hợp và đốt cháy hỗn hợp ở động cơ Diesel ta nhận thấy có các ưu điểm: hỗn hợp được tạo bên trong buồng đốt, cũng nhờ vào sự tạo hỗn hợp này mà động cơ Diesel có thể hoạt động khi hệ số dư lượng không khí từ 1.4 – 1.8 (cũng là nguyên nhân nồng độ NOx ở khí thải của động cơ Diesel cao hơn của động cơ xăng). Do đặc tính của hai nhiên liệu khác nhau nên quá trình hình thành tâm cháy cũng khác nhau, vì vậy động cơ xăng PFI không thể hoạt động với tỷ lệ như trên. Cần phải có một phương pháp tạo hỗn hợp khác với phương pháp PFI, đó là vấn đề đặt ra.
Hình 1 Hệ thống buồng đốt
MAN – FM
Dựa trên cơ sở của các kiểu buồng cháy MAN – FM (Maschinenfabrik Auguburg – Nurnberg), PROCO (Ford programmed combustion control), hệ thống điều khiển TCCS (Texaco Controlled Combustion System) các nhà nghiên cứu cho ra đời kiểu buồng cháy phun nhiên liệu trực tiếp & phân lớp đầu tiên (DISC: direct – injection, stratified – charge). Với kiểu buồng cháy này, động cơ có thể hoạt động được khi tỷ lệ air/fuel vào khoảng 20:1. Đây quả là một bước tiến nhảy vọt cho động cơ xăng, và là tiền đề cho các thế hệ sau của động cơ GDI.
Nhờ vào sự phát triển của điện tử, tin học cách đây hơn hai thập kỷ thế hệ động cơ xăng PFI ra đời đã thay thế động cơ xăng sử dụng carburattor, và ưu điểm vượt trội của loại động cơ xăng PFI mà chúng ta đã biết. Cũng gần đây, sự xuất hiện của động cơ GDI cũng đã dần dần thay thế động cơ PFI. Về ưu nhược điểm của động cơ GDI so với động cơ PFI (hình 2) được khái quát như sau:
-
Nhờ vào khả năng tạo hỗn hợp bên trong buồng đốt nên ở động cơ GDI có thể kiểm soát được chính xác lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt trong mỗi chu trình hoạt động của động cơ, khắc phục được nhược điểm phun trên ống nạp nhiên liệu bị bám vào thành ống.
-
Cũng nhờ vào việc phun nhiên liệu trực tiếp và kết cấu của buồng đốt nên động cơ GDI có thể hoạt động với tỷ lệ air/fuel rất loãng đảm bảo cho động cơ cháy sạch, tiết kiệm nhiên liệu tối đa, giảm nồng độ khí thải ô nhiễm (nhờ phát huy được tác dụng bộ xúc tác dual – catalyst).
-
Tỷ số nén của động cơ GDI được nâng cao hơn so với động cơ PFI nên công suất của động cơ GDI lớn hơn 10% so với động cơ PFI cùng dung tích cylindre.
-
Kết cấu của hệ thống tăng áp cho động cơ GDI thiết kế được hoàn thiện hơn do động cơ có thể hoạt động với hỗn hợp cực nghèo.
-
Tuy nhiên, do nhiên liệu được phun vào buồng đốt nên đòi áp suất phun phải lớn hơn rất nhiều so với kiểu phun PFI, kết cấu kim phun phải đáp ứng được điều kiện khắc nghiệt của buồng cháy, hệ thống điều khiển phun nhiên liệu phức tạp hơn nhiều do hỗn hợp tạo ra phức tạp hơn ở động cơ PFI, kết cấu buồng đốt cũng phức tạp hơn do phải bảo đảm được điều kiện hỗn hợp có thể cháy được trong điều kiện cực nghèo…
Hình 2 Kết cấu buồng đốt PFI và GDI
Tăng công suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí xả độc hại vào môi trường là những vấn đề các hãng xe luôn vươn tới. Bởi vậy hệ thống nhiên liệu ngày càng được phát triển.
Với động cơ 3.6L V6 trên chiếc Cadillac CTS, khi sử dụng hệ thống phun xăng điện tử EFI công suất cực đại chỉ đạt 263 mã lực, mô-men xoắn cực đại đạt 253 lb/ft. Nhưng với hệ thống phun xăng trực tiếp GDI, công suất cực đại tăng lên 304 mã lực và mô-men xoắn cực đại 274 lb/ft. Ngoài ra mức tiêu thụ nhiên liệu cũng giảm xuống khoảng 0,5 lít cho quãng đường 100km.
Trong những động cơ hiện đại, chúng ta thường nghe tới hệ thống phun xăng trực tiếp GDI (Gasonline Direct Injection) hoặc hệ thống phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection). Vậy giữa 2 hệ thống nhiên liệu này có gì khác biệt?
Điểm khác biệt cơ bản nhất giữa GDI và EFI là vị trí của vòi phun nhiên liệu. Hệ thống GDI sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy với áp suất lớn, còn hệ thống EFI phun nhiên liệu bên ngoài buồng cháy - phun gián tiếp. Như vậy hệ thống GDI, hỗn hợp (nhiên liệu, không khí) sẽ hình thành bên trong buồng cháy, còn EFI, hỗn hợp sẽ hình thành bên ngoài rồi mới qua xupap nạp vào bên trong buồng cháy.
Hệ thống EFI được chia làm 3 loại chính:
- Hệ thống phun xăng đơn điểm (Single Point Injection - SPI): Hệ thống này chỉ dùng một vòi phun trung tâm duy nhất thay thế cho bộ chế hoà khí. Vòi phun nhiên liệu được đặt ngay trước bướm ga và tạo thành khí hỗn hợp trên đường nạp. Hệ thống có cấu tạo khá đơn giản, chi phí chế tạo rẻ, thường chỉ xuất hiện ở những xe nhỏ.
- Hệ thống phun xăng hai điểm (BiPoint Injection - BPI) được nâng cấp từ hệ phun nhiên liệu đơn điểm. Hệ thống này sử dụng thêm một vòi phun đặt sau bướm ga nhằm tăng cường nhiên liệu cho hỗn hợp. Thông thường hệ thống BPI ít được sử dụng do không cải thiện nhiều so với SPI.
- Hệ thống phun xăng đa điểm (MultiPoint Injection - MPI): Mỗi xi-lanh được trang bị một vòi phun riêng biệt đặt ngay trước xupap. Hệ thống vòi phun được lấy tín hiệu từ góc quay trục khuỷu để xác định thời điểm phun chính xác.
Trên thực tế, hệ thống phun xăng điện tử EFI đã xuất hiện từ những năm 1950, nhưng phải đến những năm 1980, hệ thống này mới thực sự phát triển rộng rãi tại Châu Âu. Trên những mẫu xe hiện tại vẫn sử dụng hệ thống nhiên liệu EFI, tuy nguyên lý cơ bản không thay đổi nhưng nhờ có công nghệ điện tử điều khiển phát triển đã giúp cho hệ thống này ngày càng hoàn thiện và đạt hiệu quả cao hơn rất nhiều.
Còn với hệ thống GDI thì phải tới tận năm 1996, hãng Mitsubishi mới chính thức sử dụng trên mẫu xe Galant Legnum. Đây là một bước đột phá trong lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Cho dù ý tưởng sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy cho động cơ xăng đã có từ rất lâu nhưng do quá nhiều yếu tố chủ quan - khách quan khiến cho nhiều hãng tên tuổi phải “lùi bước”. Với việc lắp một vòi phun nhiên liệu bên trong xilanh (giống động cơ diesel) với áp suất phun cao, nhà sản xuất hoàn toàn có thể đẩy tỉ số nén của động cơ lên cao, giúp hỗn hợp không khí-nhiên liệu “tơi” hơn. Quá trình cháy diễn ra “hoàn hảo”, hiệu suất động cơ cao hơn, công suất lớn hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn và đặc biệt là giảm thiểu khí xả vào môi trường.
Về cấu tạo của hệ thống nhiên liệu EFI hay GDI khá phức tạp, nhưng nguyên tắc cơ bản vẫn sử dụng các tín hiệu từ động cơ (qua các cảm biến) rồi xử lý tại bộ xử lý trung tâm ECU để điều chỉnh vòi phun (thời điểm, lưu lương, áp suất). Dưới đây là một số cảm biến quan trọng:
- Cảm biến lượng khí nạp: đo lượng không khí xy lanh 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 khi cần thiết.
- Cảm biến vị trí xupap: giúp ECU điều chỉnh lượng xăng phun vào phù hợp khi đạp ga .
- Cảm biến nhiệt độ chất chất làm mát: đo nhiệt độ làm việc của động cơ.
- Cảm biến hiệu điện thế để ECU bù ga khi mở các thiết bị điện trong xe.
- Cảm biến áp suất ống tiết liệu: nhằm giúp ECU đo công suất động cơ.
- Cảm biến tốc độ động cơ: dùng để tính toán xung độ động cơ.
Hệ thống nhiên liệu GDI có nhiều ưu điểm hơn hệ thống EFI, nhưng để có thể trang bị hệ thống GDI, vật liệu sử dụng làm piston và xilanh phải có độ bền cao, do nhiệt sinh ra trong quá trình cháy cao hơn rất nhiều, ngoài ra việc chế tạo vòi phun cũng phức tạp hơn. Do vậy chi phí cho hệ thống nhiên liệu GDI cao hơn nhiều so với EFI. Có lẽ đây là một lý do quan trọng khiến hệ thống GDI không phổ biến như EFI.
>> Gasoline direct injection system
Direct injection means injecting the fuel directly into the cylinder instead of premixing it with air in separate intake ports. That allows for controlling combustion and emissions more precisely. But it demands advanced engine management technologies. Mitsubishi, Toyota, and Nissan have introduced direct injection engines for gasolinepowered vehicles, and some European automakers have introduced gasoline direct injection engines since 2000.
The first commercial systems employed constant fuel pressure, but the industry is moving toward variable-pressure systems. Similarly, multiplunger designs are giving way to simpler, single-plunger designs in the high-pressure pumps. And automakers are shifting to variablevolume pumps, from constant-volume models, to accommodate their variable-pressure fuel systems.
Each automaker adopts unique spray characteristics in their highpressure injectors to accommodate the combustion concept of their engines. Injectors that form a cone-shaped spray are most common, though Toyota has begun using a fan-shaped spray.
We began limited production of components for gasoline direct injection engines in 1996 and have been mass-producing them since 1997. In 2000, we supplied components for about 120,000 gasoline direct injection engines. We strengthened our product line during the year by introducing lighter-weight, higher-performance components.
The low drive torque in our highpressure pumps is significantly lower than in competing products. And the single-plunger design makes the pumps smaller and less expensive than multiplunger models.
Our slit nozzles produce the first fan-shaped spray in the automobile industry. And our experience in mass-producing both slit and swirler nozzles equips us to satisfy a full range of automakers' needs.
Combining components in hybrid ICs has simplified and reduced the size of our electronic driver units for injectors. Our units are about 40% lighter than competing products.
Gasoline direct injection can help reduce the environmental impact of internal combustion power. By 2005, we expect more than 20% of the gasoline-powered new vehicles sold in Japan to have direct injection.
Reducing cost is a pressing issue in making direct injection available in a broadened range of vehicle models. We will cultivate economies of scale by standardizing component designs and installation methods for different engines.
Our common rail circuits allow for controlling the fuel-delivery amount to generate the fuel pressure required by the engine. Electronic control adjusts the amount of fuel delivery with reference to a fuel pressure sensor in the common rail.
We use a single-plunger design in our high-pressure injection pumps to provide high volumetric efficiency at low drive torque and at low cost. Our pumps have a built-in electromagnetic control valve, and the control function varies the fuel-delivery amount by adjusting the timing of the drive pulses sent to the valve. The drive torque and pulsation inside the highpressure lines are minimal, since our pumps supply only as much fuel as the engine actually requires.
Our high-pressure injectors are available with different nozzles for different spray configurations. We offer a swirler nozzle to produce a cone-shaped spray and a slit nozzle for a fan-shaped spray. Ultraprecise machining helps ensure a fine, highquality spray. We optimize injector performance with electronic driver units that incorporate original ICs.
>> High-pressure injection
Please choose your language
• Home
• Power Semiconductors
• High Power
• RF & Protection Devices
• Microcontrollers
• Automotive Power
• Sensors
• Wireless Control
• Wireless Communication
Automotive Power
TLE 6270R – for fuel efficiency and less CO2
The TLE 6270R is especially suited to gasoline direct injection systems in automotive applications. It is a quad low-side injection driver in Smart Power Technology with 80 V capability at the power outputs. The device controls the external high-side transistors to supply the injectors alternating with battery voltage and boosted high voltage.
The TLE 6270R provides a peak-and-hold current waveform with programmable current levels and programmable peak time.
This device is a green, RoHS-compliant product to meet worldwide customer demands for environmentally friendly products and to satisfy government regulations.
Gasoline Direct Injection System from
Bosch Motorsport
2001, 2002, 2003, 2004, 2005
These figures signify the success that gasoline direct injection has witnessed in motorsport, as in all these years the overall winners of the 24 Hours of Le Mans crossed the finishing line with the aid of a gasoline direct injection system from Bosch Motorsport. Our system was first introduced to the world of motorsport in 2001 and was an instant success from the very first race.
The gasoline direct injection system from Bosch Motorsport is based on series production Bosch products, which we have specially adapted for motorsport use. As such, the system utilizes the knowledge of one of the world's biggest original equipment manufacturers and every single component benefits from the expertise of Bosch development and prototyping departments.
Thanks to the close cooperation between Bosch Motorsport and the Bosch series development teams, we are now able to provide direct injection systems tailored to your individual requirements, in which all components interact perfectly with one another. As an additional service, we also offer individual spray designs for our high-pressure injection valves. So you receive a tailor-made valve, customized to meet the exact needs of your engine.
A selection of products for our direct gasoline injection system
Engine Control Units MS 5.0 and MS 4 Sport
High-Pressure Power Stage Unit HPI 5
High-Pressure Fuel Pumps HDP 5-FD and HDP 5
High-Pressure Injection Valve HDEV 5
High-Pressure Control Valve DSV
Pressure Sensors Fluid PSC 250-R and PSS 250-R
The HDEV 5 High-Pressure Injection Valve
The HDEV 5 high-pressure fuel injection valve with multi-hole technology prepares the fuel jet for optimized combustion. What's more, to a large extent we can adapt the spray pattern to suit the specific geometries of the combustion chamber within your engine.
The HDP 5 High-Pressure
Fuel Pump
The HDP 5, with simple connection to the cylinder head, produces a pressure of 200 bar in the fuel rail as standard, and is driven by an additional cam on the camshaft. We will happily supply you with different cam profiles, tailored to the needs of your engine.
