Александр Навагин
Пастор секты свидетелей Xiaomi, любитель металла, футбола, рыбалки, истории. Почти инженер и историк по образованию, шут по призванию, чудак по жизни

Экономично и экологично: как создавался инжектор для авто

Экономично и экологично: как создавался инжектор для авто
История инжектора в автомобилях © CarsGuide

История активного использования инжекторных систем подачи топлива в авто насчитывает около трех десятилетий. Переход от карбюратора к впрысковому питанию начали активно осваивать в связи с ужесточением экологического законодательства, повышением требований к полноте сгорания бензина в двигателе. Однако сама история инжектора гораздо длиннее.

Первые эксперименты в области создания инжектора проводились в авиации еще около 100 лет назад. Нет ничего удивительного в том, что именно самолеты стали первым типом техники с впрысковой подачей топлива. Ведь карбюратор, во-первых, обеспечивает меньшую полноту сгорания топлива, во-вторых, на разных высотах ведет себя немного по-разному, а в-третьих – нормально работает только в положении, близком к вертикальному.

Если первые два минуса еще можно было потерпеть, пытаясь компенсировать увеличением расхода топлива, то третий был весьма коварным. Ведь если карбюратор при большом наклоне перестанет подавать горючее – мотор самолета, резко набирающего высоту или выполняющего фигуру высшего пилотажа, может заглохнуть, что приведет к авиакатастрофе.

Понимая об этом, еще в 1916 году российские инженеры А. Микулин и Б. Стечкин (дядя известного советского оружейника И. Стечкина) создали первый прототип ДВС с инжектором. Но Первая мировая война, а потом Октябрьская революция и гражданская война, остановили работы в этом направлении, в серию такие моторы не пошли. «Второе рождение» впрыску топлива дала знаменитая немецкая компания Bosch. Ее инжекторами к началу ВМВ оснащались многие самолеты Люфтваффе.

Messerschmitt Bf 109 - один из первых инжекторных самолетов © Plane-Encyclopedia
Messerschmitt Bf 109 - один из первых инжекторных самолетов © Plane-Encyclopedia

К началу 40-х в СССР смогли скопировать конструкцию немецкой системы подачи топлива и адаптировать ее к своим реалиям. Моторы с ней оборудовали знаменитые самолеты Ил-2, МиГ-3, Ла-5 и другие. Но до автомобильного применения инжектора оставалось еще немало лет.

Первые инжекторы: чистая механика

Первые инжекторные моторы имели систему питания, в чем-то схожую з дизельной. Для нагнетания топлива использовались насосы высокого давления (ТНВД), бензин в цилиндры подавался через форсунки. Управлялось все это чисто механическими узлами (как на дизелях), без использования электронных датчиков и приводов. Так как система требовала высокой точности изготовления деталей, была не слишком ресурсной и чувствительной к качеству бензина, сразу после войны инжектор не перекочевал в автомобили.

На смену поршневым авиационным моторам в послевоенные годы пришли реактивные и турбовинтовые, поэтому массовых работ по совершенствованию впрыска топлива в те годы не вели. Лишь в 50-х, с освоением новых технологий, а также возникновением потребности в создании еще более мощных двигателей, к теме впрыска топлива вернулись. Особенно активно над ней работали в США и Германии.

Goliath GP 700 Sport © Flickr
Goliath GP 700 Sport © Flickr

На базе разработок Bosch в 1952 году был создан спортивный вариант компактного немецкого автомобиля GP700 Goliath. В 1955 на свет появился легендарный спорткар Mercedes-Benz 300 SLR, который оснащался доработанным «формуловским» мотором W196, получившим систему впрыска. Она тоже была механической.

Mercedes-Benz 300 SLR © Top Gear
Mercedes-Benz 300 SLR © Top Gear

Дороговизна, сложность производства и обслуживания, не очень большой ресурс и другие недостатки побудили автопроизводителей искать альтернативные варианты подачи топлива.

Электронный впрыск: он старше, чем кажется

Параллельно с механическими системами впрыска велись эксперименты над электронным вариантом инжектора. Впервые такая система была испытана еще в 1940 году, на автомобиле Alfa Romeo 6C 2500 в кузове Ala Spessa. Спорткар, предназначенный для участия в гонках Mille Miglia, оснащался мотором с прообразом современного инжектора. Подача топлива в нем осуществлялась с помощью электрических форсунок, к которым бензин подавался циркуляционным насосом полу-высокого давления. Такая схема – далекий предок современных систем непосредственного впрыска.

Alfa Romeo 6C 2500 © COACHBUILD.com
Alfa Romeo 6C 2500 © COACHBUILD.com

Как бы необычно это ни звучало, в СССР разработки по электронному инжектору тоже велись. Несмотря на то, что серийное использование впрыска на отечественных машинах началось только в 90-х, уже после распада Союза, первые разработки датируются тремя десятилетиями ранее, рубежом 50-60-х годов.

ГАЗ-21Э – вариант знаменитой «Волги», оснащенный экспериментальным мотором ГАЗ 327 с электронным инжектором. Двигатель получил ряд улучшений и модификаций, позволяющих использовать новую схему подачи топлива. Так, мотор слегка «поджали», увеличив степень сжатия с 6,7 до 7,2, увеличили диаметр клапанов, в ГБЦ установили форсунки, а распределитель зажигания получил дополнительную систему импульсного управления форсунками, адаптирующуюся под обороты ДВС.

Некоторые из таких такси ГАЗ-21 имели инжекторный мотор ГАЗ 327 © rawcar.com
Некоторые из таких такси ГАЗ-21 имели инжекторный мотор ГАЗ 327 © rawcar.com

Система инжектора ГАЗ была относительно простой. Блок управления механизмом подачи топлива состоял из небольшого числа электронных компонентов, впрыск осуществлялся один раз на цикл, во все цилиндры. Однако даже в таком виде новая система повысила мощность ДВС почти на 20%, сократив расход топлива почти на 10%.

К сожалению, дальше экспериментов дело не пошло: малая партия ГАЗ-21Э работала в ленинградском такси, также в штучных объемах мотор ГАЗ 327 ставился на опытные и спортивные автомобили, но до серийных «Волг» инжектор добрался только в 90-х, вместе с двигателем ЗМЗ-406.

На Западе примерно в те же годы (1960-е) инжекторы получили боле активное развитие. В США первый вариант электронного инжектора Electrojector создан компанией Bendix в 1957 году. Он устанавливался в Rambler Rebel с мотором V8 на 5,4 литра. Но система была не очень надежной, автомобиль с ней стоил примерно на $400 (в современных ценах около $4 тыс.) дороже карбюраторного варианта, и популярностью не пользовался. То же самое касается и машин Chrysler, Dodge, Plymouth, оснащенных аналогичным инжектором.

1957 Rambler Rebel  - один из первых инжекторных автомобилей © Hemmings Motor News
1957 Rambler Rebel - один из первых инжекторных автомобилей © Hemmings Motor News

Первым вариантом серийного европейского инжектора электронного типа стал D-Jetronic компании Bosch, используемый Volkswagen с 1967 года. Система впрыска использовала электронные форсунки, дозирование топлива в которых осуществлялось путем отслеживания величины разрежения во впускном тракте. Первым авто с системой электронного впрыска стал VW Type 3 с мотором 1,6 литра.

После Volkswagen на использование инжекторов Bosch перешли и другие крупные производители. В их числе – Mercedes-Benz, Porsche, Citroen, Volvo, Jaguar, Saab и другие. Именно в те годы закладывался фундамент для гегемонии компании Bosch на рынке инжекторного оборудования.

Компоненты первого серийного электронного инжектора Bosch © TheSamba.com
Компоненты первого серийного электронного инжектора Bosch © TheSamba.com

В 1970-х свои инжекторные системы разработали и японцы. Первым серийным инжекторным авто стала Toyota Celica 1984 года с мотором 18R-E. Инженеры Nissan в то же время прибегли к использованию знаменитых систем «Бош».

Эволюция инжектора к современному виду

Первые системы электронного впрыска использовали аналоговые механические средства контроля работы ДВС. Дозирование топлива осуществлялось посредством мониторинга давления во впускном тракте, оборотов коленвала и других параметров. Такая схема была не самой надежной, поэтому она была со временем сменена на инжекторы с ДМРВ (датчиками массового расхода воздуха).

ДМРВ на основе нити накала © BMW K100 Forum
ДМРВ на основе нити накала © BMW K100 Forum

Инжектор с ДМРВ, появившийся в конце 70-х, отслеживает количество пропускаемого через двигатель воздуха, для формирования оптимального состава ТВС (топливо-воздушной смеси). Электронная управляющая система дозирования настроена таким образом, чтобы на 14,7 кг пропущенного воздуха было подано 1 кг бензина. Такой объем – оптимальный с точки зрения полноты сгорания, поэтому инжекторные моторы с ДМРВ получили прибавку к КПД и стали выбрасывать меньше несгоревших нефтепродуктов в атмосферу.

Последним усовершенствованием, которое привело инжекторные ДВС к современному виду, стало появление электронных блоков управления. Первый вариант ЭБУ был создан Motorola в 1980 году, и вскоре стал стандартом де-факто. Компьютер, которым комплектуется двигатель, отслеживает множество параметров мотора, читает данные с датчиков, и на их основании управляет впрыском топлива и зажиганием.

Благодаря возможности перенастройки, переключения режимов работы зажигания и топливной системы, в сочетание с VVT (изменяемые фазы ГРМ), инжекторные моторы вышли на современную ступень эволюции.