Motory a zase jen motory: vstřikování kontra karburátor (3. díl)

Po mnoho desítek let v motorovém prostoru osobních vozů trůnil karburátor, ve kterém se směšoval vzduch s palivem. Jeho vládu však ukončil nástup systémů vstřikování v 70. a 80. letech.

Karburátory

Karburátor získal své pojmenování po procesu karburace, při němž dochází ke smíšení kapalného paliva (nebo jeho výparů) se vzduchem, karburace je tedy tvorba zápalné směsi. Ono slovo karburace pochází původně z francouzštiny, nicméně karburátor jako zařízení spatřil poprvé světlo světa v Itálii. Za vynálezce karburátoru je považován jistý milánský inženýr jménem Luigi de Cristoforis. Ten v roce 1876 popsal v článku uveřejněném v časopisu Lombarského královského institutu vědy, literatury a umění stroj, který poháněl motor využívající směs kapalného ropného derivátu a vzduchu. Později stroj i sestrojil a vytvořil tak první motor na kapalné palivo.

Nicméně Cristoforis při stavbě svého motoru vycházel z dřívějších poznatků profesora Eugenia Barsantiho a inženýra Felice Matteucciho, kteří v polovině 50. let 19. století sestrojili spalovací motor fungující díky zápalné směsi vodíku a atmosférického vzduchu. Na Cristoforise navázal další Ital, profesor padovské univerzity Enrico Bernardi, který v roce 1882 sestrojil karburátor pro svůj jednoválcový benzínový motor.

První, kdo použil karburátor v motorovém vozidle, byl Karl Benz. Ten si nechal v roce 1886 patentovat svou motorovou tříkolku včetně odpařovacího karburátoru vlastní konstrukce. Nicméně už rok před tím na patentový úřad přišla přihláška od Gottlieba Daimlera a Wilhelma Maybacha na povrchový karburátor, jenž použili ve svém motokole. Daimler podal několik žalob kvůli kopírování jejich výtvoru konkurencí. Ale například britský soudní dvůr šalamounsky rozhodl, že prvenství přináleží anglickému vynálezci Edwardu Butlerovi, který už v roce 1884 předvedl plány své motorové tříkolky Petrol Cycle na londýnské výstavě vozidel.

Aby těch patentů nebylo málo, v roce 1893 si maďarští inženýři János Csonka a Donát Bánki patentovali karburátor pro stacionární motor. Ve stejném roce, tedy 1893, pak Maybach přišel s karburátorem opatřeným plovákem a rozprašovací tryskou, který k tvorbě palivové směsi využíval podtlak. Princip tohoto Maybachova karburátoru pak vládl automobilovým motorům až do dvacátých let následujícího století.

Ale k dokonalosti bylo ještě daleko. Metody rafinace ropy byly velmi primitivní, k výraznému posunu v kvalitě automobilových paliv došlo až někdy kolem roku 1910. Do té doby si motoristé s sebou vozili kus jelenice, přes kterou nalévali palivo do nádrže, aby se tak zbavili nečistot. Palivo se běžně prodávalo v železářstvích a drogériích, doba čerpacích stanic měla teprve přijít. Nevalná kvalita paliva se samozřejmě projevovala i na spolehlivosti a funkčnosti karburátorů.

Maybachův podtlakový karburátor byl běžný do pozdních dvacátých let, tehdy se ale poprvé objevily mechanické palivové pumpy. Díky tomu se palivové nádrže u většiny nových automobilů přemístily dozadu a karburátory našly své místo v horní části motoru. Nicméně ani tak se motoristům neulevilo. Palivo putovalo z nádrže do motoru pomocí vzduchového přetlakového systému. Jeho pumpy však často selhávaly, takže výrobci své vozy vybavovali ručními pumpičkami. Ty tak sloužily nejen k nafoukání duší pneumatik, ale i k dopravě paliva do motoru. Postupným vývojem pak karburátory dostaly v 30. letech podobu, kterou známe i z pozdějších desetiletí.

V Evropě se nad karburátory stahovala mračna během 80. let minulého století, kdy je začaly rychle vytlačovat palivové vstřikovací systémy. Nejdříve se objevovaly v dražších a luxusních automobilech, od roku 1992 je ale legislativně ošetřeno, že všechny nové vozy musejí být vybaveny vstřikováním paliva. Posledními evropskými vozy s karburátory byly například Ford Fiesta Mk2 z roku 1989, levnější verze Nissanu Primera z roku 1990 a ještě pozdější Peugeoty 106 a 405.

Ve Spojených státech karburátory zpod kapot mizely pomaleji, výraznější nástup vstřikovacích systémů přišel až na přelomu 80. a 90. let. V takové Austrálii dokonce přežily i milénium, většina levných dodávek a vozů s pohonem 4x4 po celá 90. léta jezdila s karburátory, posledním mohykánem bylo Mitsubishi Express z roku 2003. Ruská automobilka VAZ dokonce do svých lad montovala karburátory ještě o tři roky déle.

Vstřikování paliva

Začátky expanze vstřikovacích systémů pod kapoty komerčních vozidel se datují do 70. let minulého století. Především v Japonsku a ve Spojených státech se v důsledku ropné krize (a také vznikajícího ekologického lobbingu či aktivismu) začalo více hledět na úspornost automobilových motorů a jejich ekologičnost. Z evropského pohledu je poněkud paradoxní, že tyto trendy vzešly ze zámoří, dnes japonští a američtí výrobci mnohé své modely do Evropy ani nedovážejí právě kvůli ekologické legislativě Evropské unie.

Ekologická horlivost státních úřadů měla nepřímo za následek masivní rozšíření vstřikovacích systémů u komerčních vozidel. Výrobci se snažili zpřísňujícím se normám čelit složitějšími karburátory, ovšem tím se zvyšovala i jejich cena. Tím ale pozbyly jednu ze svých výhod, tedy nízké náklady na výrobu. Na přelomu 70. a 80. let už bylo jasné, že stále přísnějších emisních limitů a nižší spotřeby se dá snadněji dosáhnout pomocí elekronického vstřikování paliva (EFI).

Nicméně z pohledu historie nepřinesla 70. léta na poli vstřikovacích systémů žádný technologický převrat. S prvním systémem vstřikování paliva přišel už v 80. letech 19. století anglický vynálezce a inženýr Herbert Akroyd-Stuart. Pokoušel se sestrojit olejový spalovací motor a úplnou náhodou přišel na to, že vhodným palivem může být petrolej využívaný pro svícení v petrolejových lampách. V případě petroleje však nemohl použít karburátor, proto vymyslel tlakový vstřikovací systém. V roce 1890 pak podal patent na první vznětový motor a předběhl tak i Rudolfa Diesela.

O rok později se spojil s podnikatelem a výrobcem parních motorů a zemědělských stojů Richardem Hornsbym, a tak se na svět dostal první komerčně vyráběný vznětový motor s přímým vstřikováním známý jako Hornsby-Akroydův motor. Jeho princip vlastně využívá i většina dnešních naftových motorů. K jeho zdokonalení pak přispěli i Robert Bosch a Clessie Cummins. Ovšem až do poloviny 20. let 20. století byly dieselové motory kvůli rozměrům a váze využívány pouze jako pohon statických zařízení v továrnách nebo velkých lodí. Až v v roce 1924 vyjel na silnici první nákladní vůz se vznětovým motorem s přímým vstřikováním – M. A. N. Saurer.

Co se týče benzínových motorů, první vstřikovací systém se neobjevil ve stacionárním nebo automobilovém motoru, ale v leteckém. V roce 1902 francouzský konstruktér a aviatik Leon Levavasseur sestrojil vodou chlazený vidlicový osmiválec vybavený zapalovacími svíčkami a systémem nepřímého vstřikování paliva. Ten se pak stal srdcem mnoha prvních francouzských létajících aparátů. V roce 1907 pak Levavasseur sestrojil první vidlicový dvanáctiválec na světě, který dokonce disponoval přímým vstřikováním benzínu. Velmi zajímavým byl i počin švédského inženýra Jonase Hesselmana. Ten v roce 1925 vynalezl tzv. Hesselmanův motor, který je jakousi kombinací vznětového a zážehového motoru s přímým vstřikováním paliva. Při startu a studeném chodu je do válců vstřikován benzín, pak přichází na řadu nafta nebo kerosin.

Tím, kdo poprvé vyzkoušel v praxi elektronické vstřikování paliva, byla italská automobilka Alfa Romeo. Šlo o systém Caproni-Fuscaldo, který byl použit v pohonné jednotce vozu Alfa Romeo 6C 2500 během závodu Mille Miglia v roce 1940. Nicméně první systém přímého vstřikování benzínu pro běžné komerční automobily vyvinula firma Bosch, v roce 1952 se uplatnil v motorech dnes polozapomenutých německých automobilů Goliath GP700 a Gutbrod Superior. Tento systém vlastně vycházel z principu přímého vstřikování paliva využívaného v leteckých pístových motorech za druhé světové války.

Záhy po výše zmiňovaných malých autech konstruktéři od Mercedesu v roce 1955 použili systém Bosch i v prvním komerčním sportovním voze Mercedes-Benz 300SL. V tom samém roce pak s typem 300SLR opatřeným opět systémem vstřikování Bosch zvítězil Striling Moss v Mille Miglia. Ve Spojených státech použila jako první mechanické vstřikování paliva v některých svých osmiválcových modelech pro rok 1957 automobilka Chevrolet. Nicméně to byl ojedinělý počin, za velkou louží se mechanické vstřikovací systémy uplatnily hlavně v závodních vidlicových osmiválcích.

Bosch ve vývoji systému vstřikování paliva pokračoval a koncem 60. let přišel se systémem nazvaným Jetronic. Sáhla po něm především automobilka Porsche a montovala jej od roku 1969 do svých modelů 911 a 911 Carrera 3.0. Porsche však Jetronic využívalo i ve svých závodních vozech, a to až do začátku 80. let. Ale Jetronic nebyl pouze výsadou Porsche, použily jej v některých svých modelech i Audi, Volvo, BMW i VW a další. Další mechanické systémy vstřikování paliva vedle Bosche vyvíjely například i britský Lucas nebo italská SPICA. Výtvory prvního jmenovaného výrobce využívaly v druhé polovině 60. let a na začátku následující dekády například Maserati, Aston Martin či Triumph, systém SPICA se zase montoval do některých modelů Alfa Romeo.

Ovšem už před tím, v roce 1957, přišel ve Spojených státech na svět první komerční elektronický systém vstřikovaní pojmenovaný Electrojector. Vyvinuli jej u Bendix Co. a už v letech 1957 a 1958 jej mohli zákazníci najít v motorech několika vozů vyráběných korporacemi AMC a Chrysler (např. Chrysler 300D, DeSoto Adventurer, Plymouth Fury atd.). Electrojector se ovšem dostal i do Evropy. Licenci na něj totiž nekoupil nikdo jiný než Bosch, jenž jej dále vyvíjel, a tak se na svět dostal první evropský elektronický systém vstřikování známý jako D-Jetronic. Jako první jej dostal VW 1600LE/TLE v roce 1967, pak následovaly další volkswageny, ale také mercedesy, porsche, citroëny, saaby či volva. Od 70. let pak Bosch nabízel několik verzí sytému Jetronic, z nichž některé se uplatňují až dodnes a dokonce je vyrábělo i několik dalších výrobců v licenci.

Postupem času a s rostoucími ekologickými limity nahradily jednoduché jednobodové senzoricky řízené vstřikovací systémy složitější vícebodové a do motorů se nastěhovaly i elektronické řídicí jednotky ECU, které mají na starosti mnohem více procesů. ECU ovládají práci motoru na základě informací z mnoha senzorů, systém vstřikování paliva tak je jen jedním z prvků celé mozaiky. Pro správné dávkování paliva a proces spalování existují předdefinované mapy, které se do ECU nahrávají a které můžou být měněny, což je například předmětem různých tuningových úprav a přemapovávání.

Je jisté, že elektronicky řízené vstřikování paliva dnes vládne světu automobilových spalovacích motorů a je otázkou, zda jej někdy nahradí něco zcela jiného. Spíše ale odejde do dějin spolu se spalovacími motory, které už čelí tlaku motorů elektrických.