Двигатель не может гореть чистым бензином, жидкое топливо просто зальёт свечи, поэтому мотору нужна точная смесь бензина и воздуха.
Этим и занимается карбюратор, по сути обычный садовый опрыскиватель. Нажимаешь грушу, струя воздуха подхватывает жидкость и разбивает её в мелкую пыль, ровно то же самое происходит внутри.
Когда поршень идёт вниз, он работает как поршень шприца и засасывает воздух снаружи. Воздух проходит через узкое горло карбюратора, на сужении поток разгоняется, а давление, по эффекту Бернулли, падает.
В самую узкую точку выходит трубочка от бачка с бензином, и разрежение буквально высасывает топливо, разбивает его в туман и уносит в цилиндры. Жмёшь на газ, открывается заслонка, воздуха идёт больше, разрежение сильнее, бензина подаётся больше, машина едет быстрее. Чистая физика, никакого электричества.
Сила и слабость механики
Как раз за независимость от электричества карбюратор и любили. Сел аккумулятор, отказал генератор, машину всё равно можно толкнуть, и она заведётся с толкача.
Зачихал мотор на трассе, разбирающийся водитель оживит его подручными средствами прямо на обочине. Дорогих датчиков и микросхем тут нет, ломаться нечему, кроме прокладок и мембран по цене пары конфет.
Зальёшь в бак бензин пополам с чем попало, карбюратор покашляет, но переварит, тогда как инжектор от такого топлива сразу начнёт сбоить.
Перепады температур карбюратор не выносит. Летом в пробке бензин закипает и мотор глохнет, зимой приходится вручную тянуть подсос, греть машину и ловить обороты, а каналы внутри от влаги могут обмёрзнуть.
Сам карбюратор похож на музыкальный инструмент, который от вибраций постоянно расстраивается, раз в несколько месяцев нужно крутить винты и выставлять уровень поплавка.
Точно отмерить бензин на всех режимах механика не умеет, поэтому карбюратор обычно переливает, отсюда лишний расход и вонючий выхлоп. А на крутом подъёме или сильном крене на бездорожье бензин в поплавковой камере перетекает вбок, и мотор начинает захлёбываться.
Инжектор и хирургическая точность
Инжектор, или форсунка, это управляемый электроникой клапан, который впрыскивает топливо под давлением. Старый карбюратор смешивает бензин с воздухом на глаз, а инжектор делает это с хирургической точностью.
Держится всё на трёх частях, это насос, электронный блок управления и сама форсунка. Насос гонит бензин из бака и держит высокое давление в рампе.
Десятки датчиков замеряют, сколько воздуха зашло в мотор, какая температура за бортом и насколько сильно нажата педаль, а блок управления по этим данным за доли секунды считает нужную порцию топлива и подаёт импульс на форсунку.
Магнит приподнимает иглу, бензин вылетает мельчайшим облаком, клапан закрывается, и так несколько тысяч раз в минуту.
Лишнее топливо при этом не летит в трубу, расход падает, про подсос зимой можно забыть, сел, повернул ключ, и мотор сам знает, сколько дать на холодный старт. На ходу двигатель острее отзывается на педаль.
Кто появился раньше, курица или яйцо
Впрыск старше, чем думает большинство. Первые патенты на впрыск топлива относятся ещё к 1870-1880-м годам, тогда как привычный карбюратор венгры Донат Банки и Янош Чонка запатентовали лишь в 1893-м.
А уже в 1898 году немецкая Deutz, основанная Николаусом Отто, выпускала стационарные 4-тактные бензиновые двигатели с впрыском. Просто впрыск тех лет был дорогим и капризным, и простой карбюратор быстро стал стандартом на десятилетия.
К теме вернулись в 1951 году, когда Bosch показала бензиновый впрыск на двух маленьких 2-тактных машинах, Gutbrod Superior 600 и Goliath GP700. Расход у Gutbrod упал примерно на 20%, а мощность выросла с 23 до 28 л.с.
В 1954 году появился Mercedes-Benz 300 SL, первый серийный 4-тактный автомобиль с прямым впрыском бензина, и прибавка мощности стала его главной приманкой.
В конце 50-х Chrysler поставил на свои машины раннюю электронную систему Bendix Electrojector, и этот провал надолго отбил у всех охоту к впрыску. На бумаге прорыв, а в обычной езде система оказалась настолько капризной, что машины пришлось переводить обратно на карбюраторы.
Остальные посмотрели на это и решили повременить. Зато Bosch выкупила патенты, нарастила на них опыт, и из этой базы выросла по-настоящему рабочая система Jetronic.
Почему карбюратор держался так долго
Карбюратор был понятен всем. Чистая механика, ремонт руками, настройка на слух и по опыту. Не случайно ещё в 1986 году Los Angeles Times писала о фактической смерти дворовых механиков на фоне компьютерных моторов и жёсткой экологии.
К электронике производители долго относились с опаской, хотя в радио и телевизорах она работала давно. Bosch вела первые опыты так осторожно, что для испытаний купила служебный трёхсотый Mercedes, переделала его под электронный впрыск, а перед визитом к дилеру каждый раз возвращала штатный карбюратор, лишь бы на заводе не догадались.
Даже когда Jetronic пошёл в продажу всерьёз, рынок упирался, ведь первый Volkswagen 1600 с этой системой стоил на 600 марок дороже обычного, и желающих находилось немного.
Приговор подписала экология
Американский закон о чистом воздухе 1970 года потребовал к 1975 году срезать выбросы новых машин на 90%, и в 1975-м пришли первые каталитические нейтрализаторы, а к началу 80-х на большинстве новых автомобилей уже стояли трёхкомпонентные катализаторы с кислородными датчиками.
Катализатору мало, чтобы мотор просто ехал, ему нужна очень узкая смесь, примерно 14,7 части воздуха на одну часть бензина. Такую точность механика дать не могла, карбюратор делали для грубой работы, подать примерно сколько надо. Заставить его держать это соотношение было всё равно что вдеть нитку в иголку, надев боксёрские перчатки на ноги.
От безысходности инженеры начали лепить гибриды, где блок управления через соленоид подруливал смесью по датчикам, но реагировали такие компьютерные карбюраторы медленно.
Дошло до абсурда, у Honda CVCC середины 80-х под капотом сплёлся такой клубок вакуумных шлангов, что их пришлось маркировать цифрами, иначе человек терялся сразу. Рядом аккуратная схема впрыска Bosch смотрелась как образец порядка против карты токийского метро.
Почему электроники до сих пор боятся
Главная причина страха в том, что блок управления это чёрный ящик. Карбюратор или механический насос чинились отвёрткой и пассатижами прямо на дороге, а блоку нужны диагностический стенд, программы и узкий специалист, и обычному водителю не понять, врёт ли датчик, проводка или сами мозги.
Стоит новый оригинальный блок десятки тысяч руб., и при его смерти машина встаёт намертво. Платы он не прощает, хватает влаги, короткого замыкания или скачка напряжения, чтобы спалить её.
Одна из частых причин гибели, сварка на кузове без снятой клеммы, а кустарный чип-тюнинг или криво поставленная сигнализация тоже превращают блок в кусок оплавленного пластика.
Пугает и внезапность, механика изнашивается постепенно, со стуком и дымом, а электроника глохнет разом прямо на ходу из-за микротрещины или перегрева. На заре впрыска владельцы боялись ещё и угона, ведь через диагностический разъём можно было прописать чужой ключ в обход иммобилайзера.
Сама Bosch поначалу не знала, кто победит, и какое-то время выпускала и механический, и электронный варианты Jetronic, причём механики сперва продавалось больше. Но экология давила всё сильнее, катализатор требовал всё более точной смеси, и электроника вырвалась вперёд.
В 1979 году Bosch объединила управление впрыском и зажиганием в одном блоке Motronic, это стало одним из первых применений микропроцессора в автомобиле, а первой такой серийной машиной стала BMW 732i.
После этого карбюратору остались лишь дешёвые ниши и медленный уход со сцены, и в конце концов он всё-таки умер.