Воздушно-топливную смесь в бензиновых двигателях до середины XX века готовил карбюратор. Хотя впрыск был известен еще на самой заре автомобилизации.
Предысторию вопроса следует искать в патентных спорах между немцем Рудольфом Дизелем и англичанином Гербертом Акройд-Стюартом. Каждый в начале 1890-х годов защитил права на собственную схему двигателя внутреннего сгорания, работающего на мазуте. Такие моторы называли нефтяными. Они были громоздкими, порой величиной с дом! И очень тихоходными, что исключало их применение в автомобилях.
Однако именно в двигателе Акройд-Стюарта впервые возникает прообраз насос-форсунки — jerk pump. Правда в споре в конце концов оказалась на стороне Дизеля. Однако нашелся предприимчивый швед, объединивший идеи обоих спорщиков в одной конструкции.
В 1925 году он выпустил первый в истории транспортным двигатель с непосредственным бензиновым впрыском. Шведа звали Йонас Хессельман.
Его мотор запускался на бензине, а по достижении рабочих температур переходил на менее дорогие солярку или керосин. Никого не смущала заправка двух топливных баков разными видами топлива. На грузовики VOLVO такие ДВС устанавливав аж до 1947 года!
Земля и небо
Идея использовать впрыск для питания бензиновых моторов не оставляла инженеров. Первые эксперименты компании Robert Bosch GmbH в этой области датируются 1912 годом. Но опыты вскоре прекратились, так как фирме пришлось сосредоточиться на выполнении более насущных задач — разработке электрических устройств для повседневной жизни: от стартеров до стеклоочистителей и клаксонов.
В 1921 году компания провела первые испытания системы впрыска для бензиновых турбин — подачу топлива осуществлял модифицированный смазочный насос BOSCH.
По иронии судьбы именно отсутствие эффективной смазки оказалось ее слабым местом. Бензин, в отличие от солярки, не имеет смазывающих свойств, и насос заклинивало. Кроме того, он отличался шумностью и малой производительностью.
Те же трудности возникли и во время экспериментов 1927 года, когда попытались подавать бензин плунжерными насосами от дизелей, уже поступивших к тому времени в серийное производство.
С проблемой недостаточной смазки удалось справиться лишь в тридцатые годы. Однако система
бензинового впрыска тогда не выдержала соперничества с карбюратором — надежным и недорогим устройством для формирования воздушно-топливной смеси. Зачем тратить силы на решение задачи, уже решенной другим способом? Но тут в дело вмешались военные. Например, в авиации карбюраторы были источником постоянных проблем: они не выдерживали низких температур на высотах, а во время виражей самолета могли переполниться топливом и даже загореться! В таких условиях инжекторные двигатели оказались не только гораздо надежнее, но и мощнее. Испытания систем впрыска в авиамоторах BMW и Daimler-Benz впервые состоялись в 1932 году, а уже в 1937-м восьми-, девяти- и двенадиатиплунжерные насосы поступили в серийное производство.
В апреле 1939-го самолет с бензиновым впрыском BOSCH установил мировой рекорд скорости для поршневых двигателей — более 755 км/ч. Хваленые «мессершмитты» и «фоккевульфы» воевали на бензиновом впрыске.
К слову, первый отечественный истребитель, оснащенный подобной системой, Ла-5ФН (форсированный, непосредственного впрыска) появился в марте 1943года. Его 14-цилиндровый двигатель АШ-82ФН благодаря впрыску развивал на 150 л.с. большую мощность (1850 л.с.).
чем базовый карбюраторный мотор АШ-82Ф.
Забытый «Голиаф»
После Второй мировой войны оккупационная администрация запретила разработку впрыска для авиамоторов в Германии. В результате ведущие специалисты в этой области перешли в автомобильное производство.
Именно тогда обратили внимание еще на одно свойство впрысковых моторов — низкий расход горючего. Моторчики на немецкие микролитражки тогда устанавливати мотоциклетные, двухтактные. И потеря пятой части топлива в такте продувки считалась существенным недостатком.
Система механического непосредственного бензинового впрыска BOSCH для микролитражки Gutbrod Superior 600, впервые продемонстрированная на Франкфуртском автосалоне 1951 года, позволяла сэкономить до 20% бензина благодаря точному дозированию да еще увеличить мощность с 23 до 28 л.с.
Тогда же эту систему получил и автомобиль Goliath GP 700. Таким образом, сразу две легковые модели, оснащенные инжектором, появились за три года до Mercedes-Benz 300SL. То, что сегодня о них начисто позабыли, можно объяснить лишь энергичной деятельностью рекламного отдела фирмы Daimler-Benz. А ему всего-то и требовалось прибавить к слову «первый» слово «четырехтактный», и историческая справедливость была бы восстановлена. В 1950-е годы четырехтактные двигатели начали вытеснять двухтактные моторы — пусть и менее сложные и дорогие, но потребляющие больше топлива. В компании BOSCH эту тенденцию уловили.
Модное среди эстрадных и кинозвезд спорткупе Mercedes 300SL стало первым в мире легковым автомобилем с четырехтактным бензиновым двигателем, оснащенным впрыском. Интересно, что прототипом этой машины выступила гоночная модель W196 1952 года, применить впрыск на которой так и не отважились!
Однако именно преимущество в мощности, важное для гонок, считалось главным достоинством новой технологии. Впрочем,к концу шестидесятых стали очевидны и другие плюсы — легкость запуска при низких температурах, снижение расхода топлива и еще, что важно сейчас, сокращение вредных выбросов.
Электроэпоха
В 1958 году на рынке появился продукт, ставший массовой альтернативой дорогого непосредственного бензинового впрыска Mercedes 300SL. В новой конструкции бензин подавался не напрямую в камеру сгорания, а во впускной коллектор.
Вместо громоздкого плунжерного насоса для доставки топлива в каждый цилиндр теперь использовался небольшой насос. Новая технология центрального впрыска уступала в мощности впрыску прямому, но превзошла карбюраторные системы в экономичности и эксплуатационных характеристиках. Эта новая система способствовала росту популярности бензинового впрыска в среднем и верхнем сегментах авторынка. И все же распространение инжекторов еще долго сдерживалось ее относительно высокой стоимостью. Решающий прорыв наступил в 1967 году, когда в США приняли строгие законы о выхлопных газах и стало очевидно, что в ближайшее время подобное произойдет и в Западной Европе.
В новых условиях затраты на впрыск оправдывали себя. Компания BOSCH еще в 1959-м экспериментировала с электронным управлением питанием, и к 1965 году устройство было почти готово пойти в серию.
Появившись в 1967-м, электронная система бензинового впрыска BOSCH-Jetronic на некоторое время стала единственным продуктом на рынке, позволявшим автомобилям соответствовать требованиям калифорнийского закона о выхлопных газах Clean Air Act. Одной из первых моделей с D-Jetronic стал Volkswagen 1600Е, а к 1972 году новую систему использовали уже 18 фирм, в том числе BMW, Citroen, Mercedes-Benz, Opel, Porsche, Renault, Saab, Volkswagen и Volvo. Судьба карбюратора была предрешена.
Новый век
Однако прогресс семимильными шагами двигался дальше. В 1973 голу дебютировала система BOSCH L-Jetronic, подававшая во впускной коллектор точно отмеренное количество бензина для каждого такта в зависимости от объема впущенного воздуха.
В 1981-м появились KE- LE 1_Е- и LH-Jetronic, умевшие взаимодействовать с каталитическим нейтрализатором и лямбда-зондами, что позволило сократить токсичность выпускных газов почти на 90%. А еще чуть раньше, в 1979-м, — -революционная система Motronic. Ее блок управления учитывал уже целый ряд параметров, от температуры мотора до износа свеч, и обеспечивал синхронное регулирование впрыска и зажигания.
В восьмидесятые годы функции впрыска и зажигания объединились с компонентами ходовой части: по сигналу датчиков пробуксовки систему Motronic научили снижать число оборотов двигателя, пока пробуксовка не прекращалась.
Функции самодиагностики, распознающие и устраняющие сбои в рабочих процессах, добавились в 1987-м. Вдобавок электронные системы впрыска не требовали обслуживания весь срок службы автомобиля!
А в девяностых годах в инженерных кругах появились новые термины:«послойное смесеобразование» и «сверхобедненные смеси». Непосредственный, прямой впрыск сулил решение непростой задачи.
Неудачную попытку выпустить мотор, укладываюшийся в самые жесткие нормы токсичности, в 1973 году предприняла American Motors.
Однако в 1996-м новую технологию CDI (Gazoline Direct Injection) внедрила в моторы своих легковых моделей Mitsubishi, за ней последовали Nissan и Toyota.
В 2000 голу к концепции прямого впрыска вернулась и компания BOSCH, создав систему DI-Jetronic, На этот раз главной задачей стало сокращение расхода топлива. При послойном смесеобразовании идеальная для воспламенения пропорция воздуха и бензина 14,7:1 образуется только в зоне свечи зажигания (среднее соотношение в камере сгорания 40:1), что позволяет сократить потребление топлива на 10%.
Сегодня разработчики топливной аппаратуры шагают еще дальше в направлении экономии горючего и уменьшения вредных выбросов, вспоминая, насколько удивительным это не покажется, бензо-дизельный принцип работы двигателя Хессельмана. Не одними же гибридами живо человечество!
АВТОМИР №2.2011