В 1950-х и 1960-х годах у американских автомобилестроительных фирм, и в особенности - General Motors, было всё, о чём только можно мечтать: огромный "премиальный" рынок в состоянии олигополии с фактически произвольно назначаемыми ценами, практически отсутствующей конкуренцией и абсолютным минимумом государственного регулирования; небывалая по меркам отрасли рентабельность вложений в 25% и более; великолепная материально-техническая база, включая свободный доступ к лучшим в мире специализированным производителям автомобильных компонентов и производственного оборудования...
С такими предпосылками американское автомобилестроение спокойно могло стать мировым лидером не только по количественным показателям, но и по техническому уровню продукции, не боясь никаких кризисов и продавая свои технологии всему остальному миру. Но вышло по другому - и уже к середине 1970-х сами американцы лихорадочно скупали по миру всё, что могло хоть как-то помочь им в создании современного автомобиля. И произошло это в первую очередь потому, что в течение предшествующих двадцати лет деньги и ресурсы вкладывались не в развитие, а главным образом в непрерывные рестайлинги, постоянное увеличение размеров автомобилей и рост их комфортабельности без внесения каких-либо принципиальных изменений в базовую конструкцию.
Пожалуй, наиболее характерными примерами здесь могут послужить два направления - системы впрыска топлива, о которых пойдёт речь в дальнейшем, и передний привод. По обоим пунктам американцы, с одной стороны, в какой-то момент были едва ли не впереди планеты всей... а с другой - с достойным лучшего применения упорством игнорировали их внедрение в массовом сегменте рынка, вместо этого сделав атрибутами дорогих спортивных и люксовых моделей. Между тем, впоследствии и то, и другое могло бы очень сильно облегчить американскому автопрому жизнь, а возможно - и спасти его от унизительной необходимости "идти на поклон" к европейцам и японцам, перенимая у них те же самые технологии в готовом виде.
В качестве исторической справки - первые эксперименты с впрыском бензина на автомобилях начались практически сразу после окончания Второй мировой войны, с опорой на использование механических систем непосредственного впрыска, происходящих из авиации и в целом напоминающих систему питания дизельного двигателя с плунжерным ТНВД. Однако очень быстро стала понятна бесперспективность такого решения для массовых моделей - непосредственный впрыск был попросту неконурентоспособен с карбюратором в силу высокой стоимости производства прецизионной топливной аппаратуры, ещё более сложной даже по сравнению с дизельной. В конечном итоге немцы из фирмы FAG-Kugelfischer довели этот принцип до ума, но применение он находил только на дорогих, преимущественно спортивных автомобилях; впоследствии права на систему впрыска Kugelfischer были выкуплены Robert Bosch GmbH. У нас ЦНИТА и заводом ФЭД (занимавшимся системами питания авиадвигателей) тоже была создана подобная система механического впрыска для двигателя "Москвич-412"; серийной перспективы она, естественно, не имела.
Системы впрыска топлива второго поколения стали появляться в начале 1950-х; они всё ещё использовали механическое управление дозированием, но впрыск осуществлялся уже не непосредственно в цилиндр, а во впускной коллектор в районе впускного клапана - что позволяло значительно уменьшить давление подачи топлива и в целом упростить топливную аппаратуру на порядок. Судя по всему, первой коммерческой системой такого типа была разработанная британской фирмой Lucas Mk 1 Petrol Injection System:
Аналогичная конструкция была разработана и американской фирмой Rochester (филиал GM) под названием Ramjet. Эта система с 1957 по 1965 год предлагалась в виде опции на модели Chevrolet Corvette, а в 1957-1959 - также и на некоторых вариантах обычных "Шеви", хотя широкого распространения и не получила. Подача топлива в ней осуществлялась простым и дешёвым шестерёнчатым насосом, а для управления впрыском использовалась вакуумная система с диафрагменным регулятором, отслеживавшим абсолютное давление во впускном коллекторе выше дроссельной заслонки:
Наиболее же проработанным и широко распространённым представителем этого направления стала система непрерывного механического впрыска Bosch K-Jetronic, в которой использовались электрический топливный насос, дозатор-распределитель, чем-то напоминающий распределитель системы зажигания, и управляющий его работой механический дисковый расходомер (своего рода очень дальний предок современных ДМРВ):
Однако уже тогда было понятно, что для массового применения оптимальным решением будет использование простых и относительно недорогих электронных управляющих систем с блоком управления на полупроводниковой элементной базе. Разумеется, аналоговым, то есть, с алгоритмом работы, заложенном на уровне схемотехники - цифровые компьютеры на момент начала работ в этом направлении были размером со шкаф.
Электронный впрыск топлива был практически одновременно разработан в США и СССР во второй половине 1950-х годов - хотя, судя по всему, первой была всё же фирма Bendix со своей системой впрыска Electrojector (1956), которая создавалась на основе патентов компании Chrysler, оставшихся от работы над впрысковыми авиамоторами для поршневой авиации (которые по понятным причинам оказались не востребованы). В полуэкспериментальном порядке она устанавливалась на некоторые модели фирм AMC и Chrysler (обратите внимание - второстепенных компаний, которые бросались на любую возможность заполучить хоть какое-то асимметричное конкурентное преимущество).
Однако эксплуатация продемонстрировала ряд проблем с надёжностью системы - в частности возникавших из-за расположенного под капотом электронного блока на основе плохо переносивших резкие перепады температур и постоянную вибрацию электронными компонентов тех лет. Что, в общем-то, вполне ожидаемо с учётом революционной новизны системы и общей незрелости использованных в ней технологий.
Ну, и на этом - как бы всё: ни у одной из американских автомобильных фирм желания финансировать дальнейшие разработки на тот момент не возникло. Ведь, как выяснилось, на это нужно было ухлопать целую кучу денег - а автомобили прекрасно покупали и с карбюраторами. Пока что... Следующие два десятилетия для развития массовых систем впрыска топлива в Штатах были по сути потеряны - из-за нежелания думать о чём-либо, кроме сиюминутной выгоды, и характерного для отрасли горизонта планирования не далее ближайших нескольких лет.
Зато и желание, и свободные деньги нашлись у копании Bosch, которая где-то в начале 1960-х приобрела у Bendix лицензионные права на принцип действия электронного впрыска, вместе со всеми патентами и "ноу-хау". И на их основе спроектировали свою, очень похожую систему, названную D-Jetronic:
То, что для американцев выглядело неликвидом, для немцев оказалось самым настоящим золотым дном. Начиная с 1967 года D-Jetronic серийно устанавливалась на множестве европейских автомобилей - включая и сравнительно "народные", вроде некоторых версий VW Typ 3 1600 (более "люксовой", чем "Жук", заднемоторной модели с более современным дизайном). Изначально она тоже не отличалась рекордной надёжностью, особенно по электронной части - но благодаря постоянной доработке применялась вплоть до самого конца 1970-х, когда для неё уже появились куда более интересные альтернативы. А к самой идее системы управления впрыском с управлением по ДАД бошевцы ещё вернутся в 2000-х годах.
Обратите внимание, что к середине 1960-х фирма Bosch объединила в своих руках работы по всем существовавшим на тот момент основным направлениям развития впрысковой топливной аппаратуры: непосредственный механический впрыск, механический впрыск во впускной коллектор и электронно-управляемый. Причём каждый из них был доведён до серийного производства и "обкатан" в условиях реальной эксплуатации. Удивительно ли, что именно её разработки со временем стали мировым стандартом в этой области ?..
В СССР система электронного впрыска с аналоговым управлением ЦНИТА АВТЭ после множества итераций разработки (1965-1968 гг.) была доведена до пригодного для эксплуатации вида и с 1971 года выпускалась Ленкарзом небольшой экспериментальной серией. Но с её широким внедрением особо не торопились - поскольку, как и обычно, отрасль не работала на опережение, а ожидала начала широкого появления впрыска в практике массового зарубежного автомобилестроения. Впрочем - могла себе позволить; никакой внутренней потребности в переходе на впрыск наш автопром не испытывал, а на внешних рынках наши автомобили в доступных им нишах до поры до времени были вполне конкурентоспособны и с карбюраторами. Впрыск заметно не повысил бы их конкурентоспособности, зато увеличил бы себестоимость (минус к прибыли) и, потенциально, снизил надёжность (плюс к рекламациям от дилеров). Но главное - у нас имелся непрерывно совершенствующийся задел на будущее, который впоследствии, когда такая задача была поставлена, очень пригодился уже при работе над более современными системами впрыска на основе микропроцессоров (КМПСУД).
А что же американцы ? Ну... они всё это время ставили карбюраторы. За редчайшим исключением, лишь подтверждающим общее правило. Насколько мне известно, никаких разработок в этой области с середины 1960-х по начало 1970-х годов не осуществлялось, а принципиально новых решений не появлялось и вовсе с самого конца 1950-х. Все проблемы решались за счёт повышения степени сжатия и "закармливания" двигателя топливовоздушной смесью при очень приблизительном управлении её составом. Много денег сэкономили на НИОКР, надо думать...
Понимаете, в чём проблема, да ? Когда немцы работали над непосредственным впрыском с ТНВД, американцы ставили карбюраторы. Когда в Европе ведущие производители топливной аппаратуры (Lucas, Bosch, SPICA и прочие) разрабатывали и внедряли системы механического впрыска во впускной коллектор - американцы ставили карбюраторы, иногда по две-три штуки на одном моторе, и в ус не дули. Когда Bosch и её лицензиаты начали устанавливать электронный впрыск на серийные модели, в том числе и среднего ценового диапазона... вы поняли закономерность. И вы знаете, обычно я хвалю американцев за повсеместную унификацию... но в данном случае она явно сработала против них - выбор в пользу одного-единственного варианта системы подачи топлива, адекватно выполнявшего свою задачу здесь и сейчас, при практически полном игнорировании работы на перспективу, сыграл с ними очень злую шутку.
Уже к середине 1970-х они получили на свою голову самую настоящую шоковую терапию в стиле "приспосабливайся или дохни". Которая, в свою очередь, породила так называемую "больную эпоху" американского автопрома, отметившуюся целым рядом "чудовищ Франкенштейна" - вроде "душащих" двигатель сложных, дорогостоящих и далеко не всегда надёжно работающих экологических приблуд, опутывающих моторный отсек километрами вакуумных шлангов и проводов, "смоговых помп" для подачи дополнительного воздуха во впуск - ну и, в виде "вишенки на торте", богомерзких карбюраторов с электронным управлением дозированием топлива, вроде Rochester Quadrajet E4ME или Ford 7200 Variable Venturi (которые по сути представляли собой унылую пародию на полноценный моновпрыск). Всё это, разумеется, сопровождалось падением удельной мощности на уровень довоенных нижнеклапанных моторов - что-то вроде 25 л.с. с 1 литра (т.е. с типовых для полноразмерных моделей 6...8 литров рабочего объёма снималось всего 150...190 л.с.) и целым рядом проблем в эксплуатации - вроде затруднённого холодного пуска, неровного холостого хода (особенно в диапазоне Drive со включенным кондиционером), провалов тяги при ускорении и внезапных поломок.
Вообще, невольно возникает вопрос о том, не была ли вся эта шоковая терапия со стороны агентств EPA (экологи) и NHTSA (транспортники, отвечают в т.ч. за экономию топлива) попыткой тогдашнего американского правительства в принудительном порядке раскачать ото сна и модернизировать национальное автомобилестроение, которое благодаря постоянной реализации принципа "рыночек порешал" могло самостоятельно так никогда и не выбраться из возникшего в послевоенные годы "заколдованного круга", "просидев" на технологиях 1950-х годов, включая карбюраторные моторы, чуть ли не до нашего времени. Потому что ну а чо - "пипл хавает", и вообще "колёса крутятся - лавэха мутится". Но это, как говорится, лирическое отступление...
Вот тут мы как раз и подошли к первой из предлагавшихся на крупносерийных американских автомобилях системе электронно-управляемого впрыска топлива, известной под названием Bendix-Cadillac. Впервые она была предложена публике в феврале 1975 года в качестве опции на обычных "Кадиллаках" - а вскоре после этого стала уже стандартным оснащением на представленном в мае 1975 года Cadillac Seville. Её появление стало не только реакцией на давно уже назревшие (и перезревшие...) проблемы снижения расхода топлива и уровня вредных выбросов без радикального проседания отдачи мотора, но ещё и запоздалым ответом на бошевские системы впрыска, к тому времени уже давно использовавшиеся на поставлявшихся в США "немцах".
Естественно, золотое время, когда подобными вещами можно было заниматься спокойно и без спешки, к тому времени уже давно прошло - а за душой ничего, кроме старых разработок Bendix, при этом не имелось. Поэтому на основе патентов двадцатилетней давности, палок, желудей и частично позаимствованной у всё того же "Боша" элементной базы на скорую руку ("на всё про все" контрактом отводилось всего 18 месяцев) было состряпано нечто более или менее способное управлять подачей топлива, и при этом выдавать чуть лучшие показатели по мощности и уровню выбросов, чем карбюратор:
Конкретный характер взаимосвязи между разработками Bendix и Bosch выяснить довольно сложно, но очевидно, что некое сотрудничество между этими компаниями имело место; вместе с тем, полноценной лицензионной копией бошевского впрыска бендиксовский не был - видимо, сработало тогдашнее традиционное американское пренебрежительное отношение к иностранным разработкам (Not Invented Here). Наиболее реалистично выглядящая версия утверждает, что изначальный контракт между этими фирмами, заключённый ещё в 1950-х годах, предполагал последующее совместное использование наработок, самостоятельно сделанных немцами на основе патентов Bendix. Такой вот круговорот интеллектуальной собственности в мировом автопроме...
Вот только, удачно спихнув на немцев допиливание своей идеи, американцы как-то позабыли о том, что для того, чтобы превратить идею в коммерческий продукт, нужно наладить массовое производство готового изделия с приемлемым качеством и по вменяемой цене. И немецкий опыт в этом деле был практически неприменим, с учётом коренной разницы между принятыми в Европе и Штатах подходами и принципиального желания американской стороны делать всё по-своему. А значит, и все шишки на пути к серии "Бендиксу" и General Motors тоже предстояло набивать самостоятельно.
Разумеется, о такой роскоши, как работа по алгоритму "замкнутой петли" (сиречь - с обратной связью от кислородного датчика) не шло и речи; как и его предшественники, бендиксовский впрыск просто подавал топливо во впускной коллектор в соответствии с заранее "зашитыми" в его аналоговый ЭБУ на уровне схемотехники "топливными картами" (если это вообще можно так назвать), ориентируясь при этом на показания датчиков абсолютного давления, скорости (числа оборотов), положения дроссельной заслонки и температуры воздуха и охлаждающей жидкости.
Причём более совершенная система с обратной связью к тому времени уже существовала на уровне концепции и даже была детально описана в научной работе сотрудника Bendix Дж. Риварда; но General Motors, как и обычно, оказалась "умна на пенни - глупа на фунт" и отказалась от использования этих наработок в пользу удешевления (сами же по себе кислородные датчики использовались в авиации ещё в годы Второй мировой войны для контроля состава смеси на различных режимах работы двигателя)...
Впрыск осуществлялся попеременно двумя группами форсунок, 1-2-7-8 или 3-4-5-6 цилиндров. В качестве датчика положения коленвала, задававшего момент впрыска, использовался обычный "трамблёр" системы зажигания с индуктивным датчиком. Количество подаваемого топлива задавалось длительностью срабатывания форсунок при постоянном давлении в топливной рампе (39 PSI / 2,7 атм.), поддерживаемом механическим регулятором. Для подачи топлива в неё использовалось два электрических бензонасоса - расположенный в баке подкачивающий и прикрученный к шасси автомобиля основной:
Модуль дросселей со встроенным каналом регулятора холостого хода и датчиком положения заслонок больше всего напоминал до предела упрощённый двухкамерный карбюратор, установленный на одноуровневый впускной коллектор. Причём GM и здесь продешевила, применив не полноценный регулятор ХХ с управлением от ЭБУ по числу оборотов, а простейший механический термоклапан, работающий по принципу таймера; после пуска двигателя на него подавались постоянные 12 V, нагревавшие расположенный внутри корпуса термоэлемент и вызывавшие его деформацию, которая преобразовывалась в поступательное движение штока - что приводило в действие собственно клапан, постепенно перекрывавший канал пуска дополнительного воздуха в обход дросселя (примерно тот же принцип использовался на джи-эмовских карбюраторах для автоматического управления "подсосом"):
Производство 25-транзисторного ЭБУ наладили на собственном заводе компании Bendix в штате Вирджиния, который имел определённый опыт с выпуском электроники - но, как оказалось, и близко не был готов к массовому выпуску столь сложного по меркам тех лет устройства. Технология производства была полукустарной и очень медлительной. Из-за использования аналоговой логики, намертво "зашитой" в схемотехнике блока управления, под любое изменение алгоритма работы требовалось разрабатываться новый его вариант - не говоря уж об адаптации к другой модели двигателя.
Датчики и прочие компоненты по изначальному плану планировалось приобретать у немцев, однако вскоре выяснялось, что компания Bosch не имела необходимых для расширения их производства мощностей (или просто не особо горела желанием подкармливать заокеанских конкурентов больше предусмотренного имеющимися договорами). Поэтому поставщиков прошлось в срочном порядке искать по всему миру. Например, форсунки взялись изготовить японские фирмы Nippon Denso и Diesel Kiki, которые являлись держателями лицензии Bosch (первая из них к тому времени уже выпускала бошевские системы впрыска под обозначениями EFI-D и EFI-L для внутреннего японского рынка автокомпонентов). Некоторые механические компоненты, вроде корпуса дросселей, производились собственным джи-эмовским карбюраторным подразделением Rochester.
Вообще, одной из главных проблем системы было то, что практически все использованные в ней компоненты (кроме напрямую позаимствованных у Bosch, вроде поставлявшегося из Германии ступенчатого датчика положения дросселя и тех же форсунок) были полностью новыми - разработанными и внедрёнными в производство "в пожарном порядке" (или же просто криво скопированными у всё того же "Боша"). А значит - совершенно "сырыми". Это же сказалось и на себестоимости производства - по состоянию на 1976 год она составляла $327,85, или порядка 10% от розничной цены бюджетного автомобиля того времени. Для конечного же потребителя это выливалось в сумму порядка $650 - серьёзные деньги в середине 70-х. Надеюсь, теперь понятно, почему внедрение впрыска начали с самых дорогих "Кадиллаков"...
Именно тут в полной мере сказались упущенные американцами два десятилетия, в течение которых они могли бы спокойно "допиливать" систему впрыска, доводя до совершенства такие её ключевые элементы, как датчики и электронные "мозги", постепенно модернизируя их по мере развития электроники в целом. А также непрерывно снижать себестоимость и развёртывать всё более массовое производство. Если бы тот же "Кадиллак" начал использовать впрыск хотя бы на отдельных дорогостоящих моделях году этак в 1965 (приблизительно одновременно с немцами и чуть-чуть раньше японцев), когда американский автопром и экономика в целом всё ещё были на пике - вполне можно допустить, что к середине 1970-х система уже имела бы и вполне приемлемую надёжность, и достаточно низкую себестоимость производства для начала её массового внедрения. В том числе - и другими американскими производителями, которые понесли бы свои кровно заработанные в направлении General Motors.
А там, глядишь, и "больной эпохи" 1973-1983 годов удалось бы избежать как таковой - и за относительно короткой эрой аналогового электронного впрыска сразу последовал бы плавный переход на более современные системы с цифровым управлением, подобные Bosch L-Jetronic (первая система впрыска с управлением по показаниям нитевого ДМРВ, прослужившая до 2000-х годов).
Но увы - в реальной жизни делать всё приходилось практически "с нуля", и при этом очень быстро. Итог немного предсказуем...
Основные проблемы возникали с самим по себе ЭБУ - их в самом начале выпуска было сменено множество моделей, причём дилерам было предписано в ходе планового ТО заменять старые версии на доработанные просто для профилактики. Из-за постоянного внесения изменений в схемотехнику блока, ломавшего технологию производства, его выпуск поначалу происходил черепашьими темпами - а временами и вовсе вставало намертво. Срок службы многих датчиков изначально составлял что-то около года постоянной эксплуатации - после чего они начинали безбожно "врать", вызывая такие проблемы, как затруднённый пуск, высокий расход топлива, провалы тяги на резких переходных режимах и т.п. неприятности.
Также вся система очень любила подтекать, поскольку использованные в ней стандартные шланги и соединения, рассчитанные на карбюраторную систему питания, не выдерживали повышенного давления топлива; при этом его утечка через изготовленные из неподходящей резины уплотнительные кольца форсунок (с практически гарантированным попаданием прямо на расположенные чуть ниже раскалённые выпускные коллектора) вполне могла вызывать пожар в моторном отсеке. Добавлял проблем и дефицит у дилеров необходимого для диагностики неисправностей новой топливной аппаратуры оборудования и обученного персонала (подготовку всего этого - опять же - следовало бы начинать ещё лет за 10-15 до того). Не была предусмотрена и система самодиагностики - хотя бы в её самом примитивном виде, вроде диагностической колодки карбюраторных "Спутников", служившей для подключения к сервисному стенду.
Короче говоря - за свои кровные 650 баксов покупатель впрыскового "Кадиллака" в 1975-1976 годах получал довольно сомнительную привилегию стать испытателем его полуэкспериментальной системы подачи топлива, а также кучу потенциальных проблем на свою голову в придачу.
Разумеется, к 1978-1979 году значительная часть "багов" была отловлена - но, судя по всему, довести разработанную в спешке систему до полной беспроблемности так и не удалось; а возможно, это и просто оказалось никому не нужно по причине быстрого устаревания заложенных в неё принципов - как раз в то время происходило бурное развитие электронного впрыска нового поколения, с цифровым микропроцессорным управлением. Впрочем, если вспомнить, что она изначально опоздала с появлением на свет как минимум лет на 10 - ничего удивительного в этом нет.
В конечном итоге созданная в качестве "революционной" система на деле оказалась тупиковой и не получила дальнейшего развития: с начала 1980-х "Кадиллак" на большинстве своих моторов вернулся к карбюраторам - как раз в тот самый момент, когда остальные американские фирмы начали запоздалый переход на впрыск (включая и другие подразделения GM, причём снова победила экономия, из-за чего вместо полноценного распределённого впрыска освоение было начало с моновпрыска TBI - но на этот раз хотя бы с микропроцессорным управлением). На полноразмерных моделях (линейка Fleetwood Brougham) карбюратор продержится вплоть до начала 1990-х.
К великому сожалению, неудача с внедрением впрыска топлива стала для "Кадиллака" лишь началом - за ней последовали не менее громкие провалы, вроде отвратительного дизельного мотора, проблемной алюминиевой восьмёрки HT4100 или системы отключения цилиндров для экономии бензина, при уровне технологий того времени так нормально и не заработавшей. Такая длительная цепь неудач практически необратимо запятнала некогда безупречный имидж "патриарха" американского автопрома, окончательно превратив его из "первого среди равных" в просто "ещё один" люксовый бренд со всё более и более гериатрическим имиджем...