Электронная система впрыска топлива вовсе не новинка, как многие могли бы подумать. Одним из ранних примеров является электроинжекторная система Bendix, созданная еще в 1957 году. Позднее Bosch приобрела права на эту систему, доработав её до уровня D-Jetronic, что впоследствии эволюционировало в современные компьютеризированные системы, которые мы знаем сегодня. Однако до того, как системы Bosch Jetronic стали широко распространенными, использовались исключительно механические системы впрыска топлива. Это захватывающее направление технологии продемонстрировало настоящий скачок в развитии автомобильных систем управления топливом.
Механический впрыск топлива (и впрыск топлива в целом) восходит к зарождению автомобилестроения. Первые дизельные двигатели, которые были построены в конце 19 века, использовали простые механические системы впрыска топлива. Первый в мире авиационный двигатель V-8, Antionette 8V 1904 года выпуска, имел топливный насос с ременным приводом, который заполнял резервуары над впускными клапанами каждого цилиндра. Разрежение, создаваемое воздухом, поступающим в камеру сгорания через отверстия дроссельной заслонки, вытягивает топливо из резервуара.
Bosch
Именно Bosch разработала систему впрыска топлива для Daimler-Benz aero V-12 на основе технологии, поставляемой для дизельных двигателей Mercedes, поэтому было вполне естественно, что компания разработала первую успешную систему MFI для автомобилей, работающих на газе. Хотя система Bosch дебютировала на двух малолитражных двухтактных автомобилях в начале пятидесятых,но по-настоящему она себя зарекомендовала с Mercedes-Benz. В частности, она зарекомендовала себя на болиде Формулы-1 W 196, на котором Хуан Мануэль Фанхио доминировал в сезонах 1954 и 1955 годов. Затем эта система была адаптирована для Mercedes-Benz 300SL Gullwing.
В S.A.E. Journal В февральской статье 1956 года из the хорошо объясняется система. Топливный насос похож на миниатюрный двигатель рядом с настоящим двигателем. Он оснащен устройством, состоящим из плунжера, возвратной пружины и цилиндра для каждого цилиндра, которые прикреплены к эксцентриковому валу. Вал приводится в движение кривошипом двигателя, и диафрагма регулирует работу вала в зависимости от положения дроссельной заслонки, температуры окружающей среды, разрежения на впуске и атмосферного давления.
Mercedes разместил топливные форсунки 300SL там, где в противном случае в седане 300 S располагались бы свечи зажигания. Вся система рассчитана по времени вместе с двигателем, поэтому распыленное топливо для каждого цилиндра поступает точно в нужный момент, а диафрагма обеспечивает точное количество. Давление было огромным: топливо перемещалось по топливопроводам со скоростью 1700 фунтов на квадратный дюйм и впрыскивалось в камеру сгорания со скоростью 640 фунтов на квадратный дюйм.
В 300SL система была революционной. В оригинальном руководстве по эксплуатации говорилось о способности автомобиля разгоняться с 25 км в час на четвертой передаче до максимальной скорости 225 км в час. В карбюраторном автомобиле вы и мечтать не могли о таком, буксующем и заикающемся.
Хотя непосредственный впрыск бензина десятилетиями не пользовался популярностью, Bosch разработала систему, использующую портовый впрыск. Он нашел применение в различных двигателях Mercedes, включая топовые линейные «шестерки» и легендарный 6,3-литровый V-8. Был также Porsche 911, который внедрил впрыск топлива в серийные модели в 1968 году и поддерживал систему Bosch до 1973 года.
Как говорится в истории Porsche 911 Поля Фрера, система отличалась по применению от оригинальных моделей Mercedes 300SL. Для начала топливный насос приводился в действие от левого распределительного вала, а плунжеры приводились в действие более традиционным распределительным валом, чем эксцентриковый. Дозирование топлива осуществлялось вращением поршней, которые поворачивались различными рычагами в зависимости от положения дроссельной заслонки, частоты вращения двигателя, температуры двигателя и атмосферного давления. Существовал также соленоид холодного пуска, который обогащал топливовоздушную смесь, направляемую в камеру сгорания.
Лукас
Возвращаясь к середине пятидесятых, можно сказать, что крупнейшим конкурентом Mercedes в гонках на спортивных автомобилях был Jaguar, и у него тоже была механическая система впрыска топлива, в данном случае разработанная его коллегами-британцами из Lucas. Эта система была намного проще, чем то, о чем мечтала компания Bosch, и к тому же эффективна. В той же статье из S.A.E. Journal объясняется, что система впрыска Lucas сосредоточена вокруг втулки, приводимой в движение распределительным валом со скоростью 1: 1. Во втулке были просверлены отверстия по всей длине для каждого из цилиндров двигателя, а внутри нее находился поршень, который свободно перемещался взад-вперед между двумя упорами, закрывая и раскрывая отверстия. Один упор был неподвижным, но другой приводился в движение рычагом, прикрепленным к двум пружинам — одна автоматически регулировала давление смеси в коллекторе, другая — вручную регулировала обогащение смеси.
Mercedes вышел из гонок после катастрофы в Ле-Мане 1955 года, предоставив Jaguar и Ferrari бороться за славу спортивных автомобилей. Jaguar D-Type, оснащенный системой впрыска Lucas, выиграл Ле-Ман в 1957 году, и вскоре после этого этот MFI был принят на вооружение рядом гоночных автомобилей по всей Англии. Это было не так сложно, как то, что Bosch сделала с Mercedes, без регулировки атмосферного давления или температуры окружающей среды, но это очень хорошо подходило для гонок.
В статье от Motor Sport за декабрь 2000 года объясняется, что в шестидесятых годах система была модифицирована с помощью кулачка, который перемещал ограничитель подачи смеси, и она была принята на вооружение лучшими двигателями Гран-при того времени. Coventry Climax использовала его для своих V-8, как и BRM, и в конечном итоге он пробился к доминирующему Cosworth DFV. «Несмотря на дороговизну из-за прецизионной обработки, он был компактным, надежным, точным, намного проще в обслуживании, чем сложные в балансировке несколько карбюраторов, и выдавал больше мощности, а также экономил топливо», — заявили в Motor Sport . «В сочетании с бесконтактным зажиганием Lucas OPUS (система осциллирующего подбора), представленным позже, это сформировало полный комплект заправки и зажигания для высокопроизводительных шести- и восьмицилиндровых двигателей, которым привыкли пользоваться практически все в Формуле-1. Только после того, как в начале восьмидесятых годов стало возможным полное электронное управление искрой и рывком двигателя, он окончательно устарел. «
Но на практике серийных автомобилей было мало. Лукас разработал систему Mk II, которая использовалась в Triumph TR5. Втулка здесь снималась с распределителя на половине оборотов двигателя, а подвижный упор регулировался только в зависимости от разрежения на впуске. Сайт поклонников TR5 отмечает, что в свое время эта система считалась ненадежной — несмотря на ее механическую простоту. Вместо этого мы получили карбюраторный TR250, производительность которого, по общему признанию, была очень низкой по сравнению с TR5.
SPICA Inezione
В отличие от Triumph, Alfa Romeo поставляла в США автомобили только с впрыском топлива, сохранив карбюраторные автомобили для внутреннего рынка. Система впрыска топлива SPICA, названная в честь разработавшей ее компании Società Pompe Iniezione Cassani & Affini, изначально использовалась как гоночная альтернатива доминирующему Lucas Mk I. Но в конце шестидесятых его быстро адаптировали для использования в дорожных автомобилях, чтобы модели Alfa Romeo могли проходить испытания EPA.
Первым автомобилем Спадаро была Alfa Romeo GTV, оснащенная системой SPICA, и с тех пор он работал над этими системами на протяжении десятилетий. «Здесь есть трехмерный кулачок, который вращается в зависимости от положения дроссельной заслонки», — объясняет он. «И еще есть аспект скорости, когда при увеличении оборотов на рампе появляются шарикоподшипники, а при увеличении оборотов [двигателя] увеличивается центробежная сила, и шарикоподшипники перемещаются дальше по рампе, перемещая этот трехмерный кулачок внутрь и наружу».
Во избежание сомнений, кулачок считается трехмерным, потому что он движется в трех измерениях — он вращается в осевом направлении, и движется вперед и в обратном направлении. Толкатель на кулачке перемещает рейку, которая вращает плунжерные насосы, увеличивая или уменьшая количество впрыскиваемого топлива при каждом такте. Каждый поршень прикреплен к шатуну, который прикреплен к валу, приводимому в движение кривошипом на половине оборотов двигателя. Как и в более поздних примерах системы Bosch, в ней предусмотрены дополнительные рычаги, регулирующие положение стойки в зависимости от различных условий эксплуатации и атмосферных условий.
Примечательно, что система SPICA позволила Alfa Romeo соответствовать американским стандартам выбросов на протяжении семидесятых годов без ущерба для производительности. Но это было спорно. По какой-то причине Alfa Romeo не хотела, чтобы независимые механики возились с системой, поэтому она никогда не публиковала никакой технической документации. «Они не выдавали много информации. Информация, которой мы располагали в семидесятых и восьмидесятых годах, была в основном тем материалом, который мы разгадали самостоятельно «.
Эта разгаданная информация была собрана и распространена клубами Alfa Romeo, и в конечном итоге общественность получила доступ к утечке внутренних документов. Но долгое время SPICA было очень сложно ремонтировать, и поэтому многие механики и владельцы демонтировали систему и устанавливали вместо нее карбюраторы. Но это позор; при правильной настройке и обслуживании система SPICA работает великолепно.
Kugelfischer
Bosch был не единственным немецким поставщиком, предлагающим впрыск топлива. Дебютировав с Peugeot 404 в 1962 году, компания Schäfer Einspritztechnik создала систему под названием Kugelfischer, которая получила известность в BMW 2002tii примерно десять лет спустя. В принципе, он не отличается от описанных систем Bosch и SPICA, где подпружиненные плунжеры для каждого цилиндра приводятся в движение от общего распределительного вала. Но вместо вращения плунжеров для определения количества топлива, распыляемого по линиям впрыска, подача топлива определялась изменением хода плунжеров.
Это было достигнуто с помощью конусообразного устройства под распределительным валом, которое перемещалось назад и вперед в зависимости от частоты вращения двигателя. В техническом руководстве BMW, выпущенном в начале восьмидесятых, объяснялось, что он работает чем-то вроде спидометра: магнит передает частоту вращения двигателя на конус через набор шестеренок. Конус двигался назад и вперед в зависимости от положения дроссельной заслонки, в то время как его вращение определялось частотой вращения двигателя.
BMW была, пожалуй, самым известным пользователем, и хотя 2002tii был единственным дорожным автомобилем с Kugelfischer, большинство ее гоночных двигателей до середины восьмидесятых использовали эту систему. Ford также использовал Kugelfischer на Capri RS2600, а Porsche использовал его для своих гоночных двигателей в середине семидесятых.
Итак, что произошло?
По иронии судьбы, вероятно, именно Bosch уничтожил механический впрыск топлива. Chrysler был первым автопроизводителем, использовавшим электроинжекторную систему Bendix, но она слишком опередила свое время. Конец пятидесятых годов был началом использования твердотельных транзисторов, и они просто не справлялись с задачей запуска компьютеризированной системы впрыска. Но примерно десять лет спустя, когда Bosch выпустила D-Jetronic, технология значительно повзрослела.
Некоторое время более популярной была система Bosch K-Jetronic. Это чисто механическая система, но она впрыскивает топливо непрерывно и имеет гораздо более простую конструкцию насоса, чем другие описанные здесь системы. Но все это время впрыск, управляемый компьютером, становился все лучше и лучше.
Системы с компьютерным управлением были гораздо менее сложными с механической точки зрения, без всех рычагов, клапанов и датчиков, необходимых для составления топливных карт, и они обеспечивали еще большую гибкость. И как только Bosch разработал Motronic, систему, которая регулировала как подачу топлива, так и зажигание, дни MFI были сочтены. Теперь это что-то вроде темного искусства, которому способствуют такие механики, как Spadaro, которые ценят элегантность высокоточной аналоговой системы.