Động cơ kết hợp phun xăng trực tiếp (GDI) và phun xăng gián tiếp (MPI)

       Trong những năm gần đây, nhiều hãng xe tiên phong đã phát triển và ứng dụng công nghệ kết hợp hai hệ thống phun xăng: phun trực tiếp (GDI – Gasoline Direct Injection) và phun gián tiếp (MPI – Multi-Point Injection) trên cùng một động cơ. Ở hệ thống MPI truyền thống, nhiên liệu được phun vào ống góp nạp (intake manifold), hòa trộn với không khí trước khi đi vào buồng đốt. Điều này tạo ra hỗn hợp cháy khá đồng đều, động cơ vận hành êm và ổn định. Tuy nhiên, hệ thống MPI có hạn chế về khả năng điều khiển chính xác tỷ lệ hòa khí ở tải cao và khi cần tăng áp suất nén để cải thiện hiệu suất. Ngược lại, hệ thống GDI phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt với áp suất rất cao, giúp kiểm soát chính xác lượng nhiên liệu từng chu kỳ, tối ưu quá trình cháy và nâng cao tỉ số nén. Bằng cách kết hợp cả hai hệ thống, các nhà sản xuất tận dụng được ưu điểm của mỗi công nghệ, vừa đảm bảo hiệu quả nhiên liệu, vừa duy trì độ bền và giảm thiểu nhược điểm như muội than bám trên xupáp nạp – vấn đề thường gặp ở GDI thuần túy.
         Một động cơ GDI + MPI có hai hệ thống phun xăng độc lập cùng kết nối với ECU trung tâm. Hệ thống MPI bao gồm kim phun đặt tại từng ống góp nạp, hoạt động ở áp suất thấp khoảng 3 – 5 bar. Trong khi đó, hệ thống GDI có bơm cao áp và kim phun đặt trực tiếp trong buồng đốt, áp suất thường lên tới 150 – 250 bar. ECU nhận dữ liệu từ nhiều cảm biến (áp suất nạp, vị trí bướm ga, nhiệt độ động cơ, tốc độ vòng tua, tải động cơ) và quyết định hệ thống nào sẽ phun hoặc phối hợp cả hai. Ở tải thấp và chế độ không tải, ECU thường ưu tiên MPI để tạo hỗn hợp cháy đồng đều, giúp động cơ êm ái, giảm tiếng ồn và tránh hiện tượng gõ máy. Khi tải trung bình đến cao, ECU sẽ kết hợp thêm GDI để tăng độ chính xác của lượng nhiên liệu, nâng cao công suất và tiết kiệm nhiên liệu. Ở chế độ tải cực cao, chẳng hạn khi tăng tốc gấp, GDI sẽ hoạt động chủ yếu để bảo đảm đủ nhiên liệu và khai thác tối đa công suất động cơ.
 

Việc kết hợp hai hệ thống phun mang lại nhiều lợi ích vượt trội. Trước hết, động cơ duy trì được hiệu suất đốt cháy tối ưu trong hầu hết các dải tốc độ và tải, giúp cải thiện mức tiêu hao nhiên liệu từ 5 – 10% so với chỉ sử dụng MPI. Thứ hai, việc phun xăng gián tiếp ở một số chế độ giúp rửa sạch xupáp nạp, giảm hiện tượng đóng muội than – một nhược điểm của GDI đơn thuần. Thứ ba, hệ thống kết hợp còn góp phần giảm khí thải, đặc biệt là hạt bụi mịn (PM – Particulate Matter), vốn thường tăng cao ở các động cơ GDI khi không có biện pháp kiểm soát. Ngoài ra, động cơ trở nên linh hoạt hơn, mang lại trải nghiệm lái mượt mà trong đô thị nhưng vẫn mạnh mẽ khi cần tăng tốc. Đây là lý do nhiều hãng lớn như Toyota, Hyundai, Volkswagen… đã áp dụng công nghệ này trên các mẫu xe chiến lược nhằm đáp ứng tiêu chuẩn khí thải Euro 6 và nhu cầu tiết kiệm nhiên liệu ngày càng cao của người dùng.

Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm, hệ thống GDI + MPI cũng đi kèm những thách thức về chi phí sản xuất và độ phức tạp kỹ thuật. Việc trang bị hai hệ thống phun xăng đòi hỏi ECU mạnh mẽ hơn, phần mềm điều khiển phức tạp và nhiều cảm biến bổ sung. Chi phí bảo dưỡng và sửa chữa cũng có thể cao hơn do có thêm bơm cao áp, kim phun GDI và hệ thống đường ống áp suất cao. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ điện tử và sản xuất quy mô lớn, giá thành đang dần được tối ưu. Trong tương lai, các nhà sản xuất dự kiến sẽ tiếp tục cải tiến giải pháp phun kép, kết hợp với tăng áp (turbocharging) và công nghệ hybrid để đạt hiệu quả nhiên liệu tối đa mà vẫn giảm thiểu phát thải CO₂. Khi ngành công nghiệp ô tô đang chuyển dịch dần sang xe điện, những động cơ xăng còn lại sẽ cần hiệu suất cao và thân thiện môi trường hơn – và GDI + MPI được xem là một trong những giải pháp trung gian lý tưởng cho giai đoạn chuyển đổi này.