ИСТОРИЯ СИСТЕМ ВПРЫСКА. МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ВПРЫСКА ТОПЛИВА
Техника - Двигатель

Системы впрыска топлива изобретены практически одновременно с созданием автомобильного двигателя. Еще в 1881 году, когда большинство автомобилестроителей совершенствовали карбюратор, французский инженер получил патент на систему измерения массы сжатого воздуха. В 1883 году немецкий инженер Шпиль получил патент на метод впрыска топлива в камеру сгорания цилиндра двигателя. Примерно в то же время в Англии Эдвардом Буглером был создан двигатель, оборудованный системой впрыска топлива под давлением через впускной клапан с полым стержнем.

Первый двигатель с системой впрыска топлива, запущенный в серийное производство, был разработан Компанией Стерлинг (штат Иллинойс, США) в 1887 году (рисунок 1).

Первый двигатель с системой впрыска топлива под низким давлением

Рисунок 1. Первый двигатель с системой впрыска топлива под низким давлением

В основном этот двигатель работал в стационарном режиме. Топливо попадало в форсунку через клапан из топливного бака самотеком.

В Европе Дейтцем был разработан аналогичный стационарный одноцилиндровый двигатель с системой впрыска топлива под низким давлением, работавший на керосине. В период с 1898 по 1901 год было продано не более трехсот таких двигателей.

Орвилл Райт также заинтересовался этими системами и в 1903 году построил самолет с двигателем, имеющем такую же систему (рисунок 2).

Четырехцилиндровый двигатель мощностью братьев Райт

Рисунок 2. Четырехцилиндровый двигатель мощностью 28 л.с братьев Райт. Для подачи топлива использован шестеренный насос (1903 год)

Оборудованные такими двигателями самолеты меньше страдали от обледенения карбюратора и пожаров в карбюраторах, что резко повысило их надежность. Именно поэтому системы впрыска топлива наиболее быстро стали развиваться в авиастроении. В 1906 году Леоном Левавассором был создан насос высокого давления и введен принцип калиброванной форсунки. В 1912 году фирмой Bosch был создан двухтактный двигатель, в котором масляный насос был приспособлен для впрыска топлива.

Первая мировая война привела к быстрому развитию и совершенствованию карбюраторов. Их надежность в двигателях самолетов повысилась настолько, что идея впрыска топлива была забыта на несколько лет. В течение 30-х годов Немецкий авиационный испытательный центр, фирмы Bosch, БМВ и Мерседес-Бенц вели разработку авиационных двигателей с системой впрыска топлива под высоким давлением. Когда в 1937 году фирма Мерседес-Бенц представила авиационный двигатель DB-601 V-12 мощностью 1200 л.с., системы впрыска получили всеобщее признание. Однако большинство технических решений сводились к созданию дизельного двигателя с прямым впрыском топлива в камеру сгорания. В течение последних лет Второй Мировой войны английская фирма в Бирмингеме, специализирующаяся на карбюраторах, разрабатывала системы с впрыском топлива для авиационных двигателей фирмы Роллс-Ройс Мерлин.

Позднее, во время войны в Корее в 1950-53 годах, эта система была использована в американском танке Патон.

В период между 1930-50 годами системы впрыска топлива в основном применялись лишь на гоночных автомобилях Эдда Винфильда, получившего патент на систему многоканального впрыска топлива (рисунок 3).

Многоканальная система впрыска топлива (патент Эдда Винфильда, 1934 год)

Рисунок 3. Многоканальная система впрыска топлива (патент Эдда Винфильда, 1934 год). Шестеренчатый насос подает топливо к регулятору, который изменяет количество подаваемого к цилиндрам топлива в зависимости от положения дроссельной заслонки и разрежения во впускном коллекторе

В 50-х годах подобная система была установлена на роскошном автомобиле Индии Оффенхаузера. На этом автомобиле была установлена система впрыска топлива, разработанная Стюартом Хилборном. Топливо непрерывно подавалось под постоянным давлением к впускному клапану каждого цилиндра через форсунки в каналах. Система впрыска топлива Хилборна использовалась до конца 60-х годово и, вскоре, все европейские изготовители гоночных автомобилей начали применять эту систему.

Фирма Lucas развила эту систему для Ягуара 1956 (рисунок 4), которому удалось выиграть 24-часовую гонку в Ле-мансе.

Серийное производство двигателей с этой системой привело к экономическому кризису фирмы, но только из-за высокой стоимости двигателя. Единственные серийно изготовленные двигатели с системой впрыска топлива 3500GTI, окупившие себя, были созданы фирмой Maserati в 1961 году. Дальнейшее развитие системы Lucas получило в двигателях гоночных автомобилей Формулы 1, где она устанавливалась с 1960 по 1970 годы. Серийно производимые двигатели с этой системой устанавливались на некоторые модели спортивных автомобилей Триумф, однако эти двигатели заслужили репутацию очень ненадежных.

Система впрыска топлива Lucas

Рисунок 4. В системе впрыска топлива Lucas использован топливный насос с приводом от двигателя. Измеритель-распределитель топлива вращается вдвое медленнее коленчатого вала и подает отмеренные порции топлива к каждому цилиндру

Одновременно фирма Мерседес-Бенц, использовав свой обширный опыт создания авиационных двигателей с впрыском топлива, разработала двигатель 300SL для спортивного автомобиля, который начал серийно выпускаться с 1954 года (рисунок 5).

Схема двигателя с системой впрыска топлива, установленного на автомобиле Мерседес 220 SE

Рисунок 5. Схема двигателя с системой впрыска топлива, установленного на автомобиле Мерседес 220 SE (1958 год)

Дальнейшее усовершенствование эта система получила в двигателе W-196, устанавливаемых на спортивных автомобилях Формулы 1. Однако эти системы прямого впрыска топлива имели слишком много общего с дизельными двигателями и являлись слишком шумными для изысканных автомобилей Мерседес-Бенц. Начиная с 1957 года, фирмой устанавливалась усовершенствованная система с дробным впрыском топлива. В последующие десятилетия были выполнены различные доработки этой системы, направленные на повышение надежности и мощности двигателя.

Компания Шевроле экспериментировала с системой впрыска Рочестер, в свою очередь, базирующейся на системе Хилборна. В течение 1957 года двигатели с этой системой впрыска топлива устанавливались на модели Корвет в качестве дополнительного оборудования. Понтиак также применял несколько переработанную версию этой системы на модели Бонневилль. Однако, столкнувшись с проблемами высокой стоимости и ненадежности этих систем, обе фирмы к 1959 году отказались от их использования.

В конце 60-годов фирма Бендикс развивала систему впрыска топлива, конкурируя с ситемой Хилборна. К 1971 году из 33 гоночных автомобилей Индии 500 32 были оборудованы системой Бендикс. В течение 70-х годов эта система была бесспорным лидером на гоночных автомобилях.

В период с 1950 по 1986 год было разработано и забыто множество систем впрыска топлива, изготовленных небольшими фирмами. В настоящее время системы впрыска топлива изготовляются, наоборот крупными фирмами, а все меньшие изгнаны с рынка сбыта.

Из небольших фирм наиболее удачливой оказалась фирма Кугельфишер. Автомобили с системой впрыска этой фирмы широко применялись в Европе в 60-х годах (рисунок 6). В 1974 году эта фирма влилась в компанию Bosch.

Система впрыска топлива Kugelfischer (автомобиль Peugeot 404)

Рисунок 6. Система впрыска топлива Kugelfischer (автомобиль Peugeot 404): 1. Впускной коллектор; 2. Форсунка; 3. Топливная магистраль высокого давления; 4 – Коллектор; 5 – Корпус дроссельной заслонки; 6 – Насос.

В 1973 году фирмой Bosch была разработана система механического впрыска топлива K-Jetronic (рисунок 7). Системы серии «К» признаны наиболее удачными из механических систем по своей эффективности, так и по содержанию СО в выхлопных газах.

Система впрыска топлива Bosch K-Jetronic

Рисунок 7. Система впрыска топлива Bosch K-Jetronic с системой отсечки топлива при чрезмерно оборотах двигателя и системой экономии топлива

Система впрыска топлива Bosch K-Jetronic

Рисунок 8. Схема двигателя с системой впрыска топлива, установленного на автомобиле Мерседес 220 SE (1958 год)