Karburatorun son nəfəsi: Yanacaq püskürtmənin doğuluşu

Karburatordan elektronik yanacaq püskürtməyə keçid, daxili yanma mühərrikinin yüzillik tarixindəki ən səssiz, lakin ən həlledici texniki inqilabdır: yanacaq injeksiyası 1950-ci illərin əvvəlində sərnişin avtomobillərində tətbiq edildi, 1960-80-ci illər arasında Bosch-un Jetronic ailəsi karburatoru devirdi və 2000-ci illərin əvvəlində yeni istehsal olunan avtomobillərdən tamamilə yox oldu. Bu səhifə həmin keçidin necə yaşandığını, hansı rəqəmlərlə qazanıldığını və mühəndislikdə nəyi dəyişdirdiyini izah edir.

Təxminən 125 ildir dördtaktlı benzin mühərrikinin iş prinsipi dəyişməyib: hava, yanacaq, sıxılma, alovlanma. Dəyişən şey, bu cütün mühərrikə nə qədər dəqiq dozada verilməsidir. Karburator bir əsr boyu bu işi mexaniki zəkayla, emiş axınının çəkmə qüvvəsinə əsaslanaraq gördü. Elektronik yanacaq püskürtmə (EFI) isə eyni işi ölçməklə, hesablamaqla və hər silindr üçün ayrı-ayrı etməyi öyrəndi. Aradakı fərq yalnız səmərəlilik cədvəlində deyil, mühərrikin tarixinin istiqamətində həlledici oldu.

Karburator Niyə Yüz İl Dayandı?

Karburatorun gücü sadəliyində idi. Yanacağı emiş manifoldundakı hava axınına qarışdırmaq üçün hərəkətli bir diafqma, bir neçə jet və şamandıra anbarı kifayət edirdi; quraşdırılması asandı, baxımı əl aləti ilə aparılırdı və maya dəyəri aşağı idi. Bir əsrlik dövrdə bu sadəlik, karburatoru dördtaktlı benzin mühərrikinin faktiki standart yanacaq təchizatı həllinə çevirdi.

Amma karburatorun strukturu sərhədi də burada idi: yanacaq paylanmasında dəqiq deyildi. Hava/yanacaq nisbəti çəki ilə ölçülür; 15:1, yəni 15 funt havaya 1 funt benzin deməkdir. Həcm ilə baxsaq, bu nisbət təxminən 9.000 qalon havaya 1 qalon benzine bərabərdir - karburatorun bu tarazlığı hər fırlanmada, hər yükləmədə və hər temperaturda saxlaması gözlənilən mühəndislik fəndidir, zəmanət verilən ölçmə dəyəri deyil. Dördtaktlı benzin mühərrikləri ən zəngin 8:1-dən ən kasıb 18,5:1-19:1-ə qədər nisbətlərlə işləyə bilər; maksimum güc üçün ideal diapazon 12:1-13,5:1, ən yaxşı yanacaq iqtisadiyyatı üçün 15:1-16:1-dir. Karburator bu diapazonlar arasında gəlib getmək məcburiyyətində idi və emissiya dövrü gəldikdə bunu kifayət qədər dəqiqliklə edə bilmədi.

Yanacaq Püskürtmə Necə Doğuldu? Avtosporlardan Seriya İstehsalına

İnjeksiya ideyasının kökləri 1925-ə, isveçrəli mühəndis Jonas Hesselman'a qədər uzanır; lakin texnologiyanın yayılması üçün qırx ildən çox gözləmək lazım idi. İlk benzinli mühərrik yanacaq enyeksiyonu isə qeyri-adi bir yolla gəldi: yenidən düzəldilmiş dizel sistemi daşıyan, o dövrdə demək olar heç tanınmayan Goliath GP700 - 1952. Ardından Mercedes-Benz, efsanevi 300SL Gullwing idman avtomobilində birbaşa enyeksiyonlu ilk benzinli mühərriki təqdim etdi.

Əsl laboratoriya isə izlər idi. Stu Hilbornun Bonneville duz göllərində inkişaf etdirdiyi mexaniki enyeksiyon sistemi 1949 Indianapolis 500'də Meyer-Drake Offy mühərriklərində görünmüşdü; Hilborn enyektorları 1950-1970-ci illər arasında Indy 500-də 34-dən çox qələbə qazandı. Quruda, küçədə də erkən nümunələr var idi: 1957 Chevrolet Corvette'də Rochester Ramjet Fuel Injection sistemi istifadə edildi və klassik avtomobil dövrünün enyeksiyonlu nadir nümunələrindən biri oldu.

Bendix Electrojector: İlk Elektron Cəhd

İlk seriya istehsal elektron yanacaq enyeksiyonu sistemi Bendix Electrojector oldu. Chrysler, 1958 model ili üçün bu sistemi qısa müddətə təqdim etdi; həmin il Chrysler 300D, DeSoto Adventurer, Dodge D-500 və Plymouth Fury modellərində Electrojector var idi. Bunlar, elektron yanacaq enyeksiyonundan istifadə etdiyi bilinən ilk avtomobillərdir. Sistemin orijinal mühəndislik işinin əhəmiyyətli hissəsi 1950-ci illərdə ABŞ-da Bendix Corp.-da hazırlanmışdır - Bosch-un Jetronic ailəsi əslində bu Amerikan sələfinin varisidir.

Bosch Jetronic Ailəsi: Karburatoru Devirən Sistemlər

Bosch, 1959 tarixli bir elektron benzin enyeksiyonu sistem sxemi ilə Jetronic ailəsinin başlanğıc nöqtəsini qoydu. 1960-cı illərin əvvəlində inkişaf etdirilən D-Jetronic, şirkətin ilk seriya istehsal elektron yanacaq enyeksiyonu sistemi oldu və 1960-cı illərin ortasında karburatorun yerini alan ilk uğurlu elektron enyeksiyon sistemi kimi təqdim edildi. D-Jetronic ilk dəfə 1967'də VW 1600 TL üzerində görüldü; bəzi bazarlarda ilk istifadəçi 1968 model VW Type 3 kimi qeyd olunur. Mercedes-Benz isə D-Jetronic-i 1967-ci ildən etibarən sıralı altı silindrli və V8 mühərriklərində 1976'ya qədər istifadə etdi. Wikipedia-nın verdiyi istehsal aralığı aydındır: 1967-1979.

D-Jetronic-in işləmə məntiqi bugünkü terminologiya ilə "sürət-sıxlıq" (speed-density) yanaşmasıdır: emmə kollektorundakı hava təzyiqi (MAP sensoru) və mühərrik fırlanma sayı ölçülür, yanacaq bu iki məlumatdan hesablanır. Mühərrikə həqiqətən daxil olan havanı birbaşa çəkmək əvəzinə, onu iki ölçülə bilən dəyişəndən təxmin etmək - elektron enyeksiyonun ilk addımının məntiqi tam da budur.

Mexaniki Yol: K-Jetronic

Bosch, elektron D-Jetronic-in mexaniki qarşılığı olaraq K-Jetronic'i inkişaf etdirdi. Eyni ailənin növbəti üzvü L-Jetronic (L, Alman dilində "Luft", yəni hava) 1970-ci illərin ortasında təqdim edildi: kəpənək klapanın üstündə hərəkət edən flap sensoru ilə hava həcmini ölçürdü və Ford eləcə də bir çox Asiya və Avropa istehsalçısı tərəfindən mənimsənildi. 1974-cü ildə D-Jetronicin yerini K-Jetronic və L-Jetronic aldı; həqiqətən bəzi avtomobillər - məsələn Volvo 164 - D-Jetronicdən istifadə etməyə davam etdi. 1970-ci illərdə Bosch və BMW bu erkən sistemlərin öncülüyünü etdi; Ford isə 1980-ci ildə ilk rəqəmsal sistemini təqdim etdi.

Emisiya Standartları Keçidi Niyə Sürətləndirdi?

Karburatoru devirən tək şey performans və ya sərf deyildi; əsas hərəkətverici qüvvə ABŞ-da və dünyada sərtləşən emisiya standartları idi. Karburator hava-yanacaq qarışığını katalitik konvertorun və sərtləşən qanunvericiliyin istədiyi dar pəncərədə saxlaya bilmirdi. İnjeksiya qarışığa daha incə nəzarət təmin edərək daha təmiz yanma və daha aşağı emisiya təklif etdi - müasir mühərriklərdə məqsəd, emisiya ilə güc/iqtisadiyyat balansını quran 14,7:1 stoxiometrik nisbətdir və bu nisbətə yalnız kompüter nəzarətli injeksiyonun əlçata biləcəyi dəqiqliklə nail olunurdu.

Keçidin vasitəsi də maraqlı idi: TBI (drosel korpusu injeksiyası) sistemləri faktiki olaraq "elektron karburator" kimiydi - havalandırma qülləsi və float kamerası sökülüb yerlərinə bir-iki solenoidli injektor quraşdırılırdı. İqtisadi və effektiv keçid həlli idi, amma karburatorun zəifliklərini bölüşdüyü üçün 1990-cı illərin əvvəllərində böyük ölçüdə istehsaldan çıxarıldı. Əsl sıçrayış, 1980-ci illərin ortası və sonunda mühərrik nəzarət kompüterlərinin emal sürəti artanda gəldi: ardıcıl (sequential) injeksiya, yəni hər silindrənin emə vaxtına uyğun yanacaq püskürtmə mümkün oldu. 1990-cı illərin əvvəllərindəki Clean Air Act reviziyaları və OBD-II tələbləri hər emə klapanında yanacaq nəzarətini faktiki olaraq məcburi etdi. Bu nöqtədən sonra müzakirə bağlanmışdır: rəqəmsal kompüter nəzarəti karburatorun heç vaxt təmin edə bilməyəcəyi yanacaq ölçmə dəqiqliyini standart halına gətirdi.

İnjeksiyonmu Karburatormu? Rəqəmlərlə Müqayisə

İki sistemin fərqlərini tək cədvəldə toplamaq, mühəndislik balansını görməyin ən aydın yoludur:

Cədvəldən də oxunduğu kimi, karbüratorün enyektora uduzduğu yer ölçmə dəqiqliyi; qazandığı yer isə sadəlikdir. Erkən dövr EFI-nin zəiflikləri də inkar edilməməlidir: 1980-ci illərin ortasında, aşqarlı olmayan benzinlər səbəbindən tutulan port enyektorları və emə klapanı çöküntüləri ilk port enyeksiyalı sistemlərin məlum problemləri idi - yanacaq aşqarları və enyektor yerləşdirmə düzəlişləri ilə aşılıdı. MAF əsaslı sistemlər ən dəqiq yanacaq idarəetməsini təklif edərkən, elektron mürəkkəbliklərinə görə bir dövr ən problemli sistemlər arasında sayılırdı. Qısacası EFI birdən-birə mükəmməl olmadı; yetişdi.

Keçidin Temposu: On İldə Bütün Bazar

ABŞ istehsalçıları EFI-ni adi istehsal avtomobillərində 1980-ci illərin əvvəllərində genişləndirdi: Ford 1983-cü ildə, GM və Chrysler 1983-84-cü illərdə. Yapon istehsalçıları da 1970-ci illərin sonu və 1980-ci illərin əvvəllərində eyni istiqamətə döndə. Bu gün EFI, dünyadəki demək olar bütün avtomobil və yüngül ticarı nəqliyyat üçün universal standartdır; karbürator isə yeni istehsal olunan sərnişin avtomobillərindən 2000-ci illərin əvvəllərində tamamilə çıxdı.

Eyni keçid motosikletdə də yaşandı və proses orada gözə görünən şəkildə sənədləşdirildi: Harley-Davidson, EFI-ni 1980-ci illərdə polis modellərində sınadı; 1995 -ci ildə FLH touring modelləri zavod EFI-li ilk Harley-lər oldu; sistem 2002-ci ildə Touring seriyasında standartlaşdı və 2007-ci ildə bütün modellər EFI ilə gəldi - karbüratorlu motosikllər məhsul gammasında rəsmən tarixə qərq oldu. Ənənəçilər karbüratorun sadəliyini və mexaniki tənzimləmə çevikliyini hələ də müdafiə edir; amma hündürlük dəyişəndə karbüratorlu mühərrikin yenidən tənzimləmə tələb etməsi, EFI-nin avtomatik uyğunlaşması yanında praktik bir çatışmazlıq olaraq qaldı.

Səssiz İnqilabın Qoyduğu Miras

Karbüratordan elektronik yanacaq püskürtməyə keçid, bir hissənin digərinə çevrilməsi deyildi; mühərrikin "idarəetmə" anlayışının dəyişməsi idi. Karbürator, mühərrikin özündən davranışına güvənirdi; EFI isə mühərrikin nə etdiyini ölçən və buna görə qərar verən kompüter arxitekturası qurdu. Həmin kompüter zamanla mühərrik idarəetmə vahidinə evrildi və turboötvürücü idarəetməsindən zərbə (knock) strategiyasına qədər bu günün mühərrik texnologiyasının tamamilə bu infrastruktur üzərində yüksəldi.

Rəqəmlərlə xülasə etsək: 1958-ci ildə bir neçə yüz elit Chrysler modelində sınanmış elektron injeksiya, 1967-ci ildə VW 1600 TL ilə adi bir ailə avtomobilində legitim oldu, 1983-84-cü illərdə bütün böyük istehsalçıların standart keçid maddəsinə çevrildi və 2000-ci illərin əvvəllərində karbüratoru istehsal zolaqlarından silərək sona çatdırdı. Emil Hesselmanın 1925-ci il fikrindən müasir EFI-yə qədər uzanan yol təxminən 75 il çəkdi; amma son on ili - yəni əsl transformasiyanı - on il belə almadı. Mühəndislik tarixində bir texnologiyani həqiqətən öldürən şeyin daha yaxşı bir analoqun yetkinləşməsi olduğunu göstərən ən təmiz nümunələrdən biridir.

Mənbələr

• Mastering the Basics: Electronic Fuel Injection | MOTOR
• A backbone of Automotive Electronics - Bosch Stories
• Fuel injection - Wikipedia
• Electrojector and D-Jetronic: Early Electronic Fuel Injection - Ate Up With Motor
• Bosch D-Jetronic, K-Jetronic & KE-Jetronic Fuel Injection Systems - Hemmings
• The long, winding road to EFI - Hagerty
• A Song of Air and Fuel: How Fuel Injection Got into Cars - Škoda Motorsport
• D-Jetronic chapter 1: History - jetronic.org
• The transition from carburetors to fuel injection in Harley-Davidson - Caliente Harley
• Why Don't Modern Cars Use Carburetors Anymore? - Inmon Auto