Bezpośredni wtrysk paliwa to teraz standard - część 2

Pierwszą część historii rozwoju bezpośredniego wtrysku paliwa zakończyliśmy na latach 20/30 XX wieku. A oto dalsza część tej historii.

W sierpniu 1935 r. do zespołu konstrukcyjnego silników lotniczych w firmie Daimler-Benz dołączył 25 letni inżynier Hans Scherenberg z debiutanckim zadaniem włączenia się w projekt modernizacji istniejącego już silnika lotniczego DB600. Prace projektowe nad silnikiem BD600 (projekt początkowy F4 z 1929 r.) zakończono w 1932 r.i wykonano wtedy 6 pierwszych egzemplarzy.

Był to jednostka w odwróconym układzie V12, chłodzona cieczą i gaźnikowym układzie zasilania o pojemności skokowej 33,9 litra. W zależności wersji (A/B/C/D) moc wahała się od 986 KM/2400 obr./min do 1050 KM. Niby nic nadzwyczajnego!

Ktoś, kto produkuje np. silniki dąży do ich doskonałości…, tyle tylko, że przypomnijmy, iż był to czas, kiedy po złamaniu ustaleń dotyczących kwestii odbudowy przemysłu zbrojeniowego przez budującą Rzeszę nową ekipę rządzącą i mimo zakazów międzynarodowych, większość sił i środków w Niemczech przeznaczana była między innymi na rozwój konstrukcji okrętów (w tym podwodnych), broni pancernej i właśnie samolotów.

Dlaczego właśnie o tym? Ponieważ silniki DB600 były stosowane między innymi we wchodzących do eksploatacji w 1937 r. myśliwcach Messerschitt BF109 i Heinkel He 111, właśnie wtedy ktoś musiał chyba wspomnieć (a łase na nowinki techniczne Ministerstwo Lotnictwa Rzeszy szybko podjęło temat), że ze względu na trwałość i opanowana już technologie produkcji silnik DB600 jest konstrukcją kwalifikowaną do tzw. rozwojowych, co między innymi oznaczało, że poza walorami technicznymi ze względów na oszczędnościowych należało to wykorzystać również ekonomicznie.

Niektóre źródła historyczne wspominają wręcz, że warunkiem koniecznym realizacji zawartego jesienią 1934 r. przez firmę Daimler-Benz kontraktu na kontynuację produkcji jednostki DB600 było głównie opracowanie pod jej kątem nowego systemu zasilania opartego na zastąpieniu gaźników bezpośrednim wtryskiem paliwa!

Pierwszy prototyp takiego silnika (DB 601) przy współpracy ze ściśle współpracującą wówczas z Daimler-Benz firmą Bosch zbudowano jeszcze w 1936 r., a po serii testów już w 1937 r. trafił on do produkcji.

I faktycznie. Pod każdym względem zarówno Dailmler-Benz, jak i firma Bosch wywiązały się z zamówienia. Nowy silnikV12 ( 33,9 l.) nie tylko, że osiągał wyższą moc (ponad 1300 KM) i tym samym zwiększał możliwości taktyczne samolotów (w tym lot w pozycji odwróconej), ale przede wszystkim wskazał kolejny (po doładowaniu sprężarkowym) nowy kierunek rozwoju silników benzynowych oraz większe możliwości ich późniejszego wykorzystania.

A tak na marginesie! O zaletach „wtrysku” już w 1938 r. przekonali się piloci Messerschmittów ME109, którzy w pełni wykorzystywali ich techniczną przewagę w czasie Drugiej Wojny Światowej, ale również ME209, który w 1939 r. wyposażony w udoskonalony silnik DB602 o mocy 2700 KM (dodatkowy wtrysk metanolu) pobił światowy rekord szybkości dla samolotów śmigłowych (775 km/h).

Ale przecież my powinniśmy skupić się na samochodach! Bardzo proszę! Najpierw przymiarka, czyli niemal równolegle opracowywany z silnikiem lotniczym DB 601, kolejny prototyp DB603 V12 również z bezpośrednim wtryskiem paliwa, ale tym razem z ideą wykorzystania go do auta mającego pobić światowy rekord szybkości na lądzie.

Dokładnie tak! Chodzi o słynny Rekordwagen T80, w konstruowaniu, którego spory udział mieli nie tylko inżynierowie z Mercedesa i Boscha, ale także ówczesny guru w kwestii projektowania wyścigowych bolidów (głównie dla koncernu AutoUnion) – Ferdinand Porsche.

Ale to działo się jakby równolegle i miało wydarzyć się dopiero w styczniu 1939 r… i oczywiście do tego powrócimy, ale…! Propagandowe wykorzystanie fenomenu konstrukcji nowego układu zasilania należało wykorzystać jak najszybciej i dlatego zaraz po udanych testach lotniczego DB601 postanowiono zbudować pomniejszoną jego wersję możliwą do zastosowania w samochodach i wykorzystać ją jako cudowną broń DBAG w zawodach Grand Prix w 1938 r.

Chodzi o bolid oznaczony wg. nomenklatury Daimler- Benz symbolem Mercedes W25, napędzany wolnossącym silnikiem M25 V12 o pojemności skokowej 3.0 litra
To bardzo ważny fragment historii wtrysku paliwa w silnikach samochodowych i związana z tym pośrednio (aczkolwiek rzadko wspominana) postać Dr. Maruhn’a, który pracując w DBAG już w 1933 r. otrzymał zlecenie aby teoretycznie zgłębić temat benzynowych układów wtrysku w małych silnikach samochodowych.

Że wcześnie?! Oczywiście tak, ale właśnie wtedy, pracując na modelowym silniku jednocylindrowym o pojemności 420 ccm dokonywał swoich pierwszych doświadczeń. Aby wiedzieć nad czym masie skupić swój mikrosilnik oznaczył jako Mv25.

Pytanie, dlaczego właśnie na takim? Ponieważ wymiary średnicy cylindra (78 mm) i skoku tłoka (88 mm) były dokładnie takie jak w projektowanym równolegle, 8-cylindrowym silniku DB przeznaczonym do bolidu wyścigowego przygotowywanego na sezon GP w 1934 r.

Niestety! Mimo oczywistego zapału i tzw. parcia z zewnątrz ze względu na zbyt wiele niewiadomych natury technicznej Dr. Maruhn miał bardzo utrudnione zadanie. Chodziło bowiem nie o duży silnik lotniczy o stosunkowo niskich obrotach (w przypadku DB 600 było to ok. 2400 obr./min), ale o znacznie mniejszy, a przy tym bardziej „wymagający” pod względem specyfiki pracy… jak choćby np. o konieczność reakcji na zmieniające się podczas wyścigu na torze obciążenia i często wymagana zmiana zakresu obrotów z niskich do bardzo wysokich.

Analizując „za i przeciw” opracowania konstrukcji układu wtrysku paliwa i zastosowania go w silniku samochodu wyczynowego w sposób oczywisty pojawiły się ważne kwestie. Pierwsze pytanie dotyczyło liczby oraz rozmieszczenia wtryskiwaczy oraz ich rodzaju.

Mając do dyspozycji stosowane w silnikach wysokoprężnych wtryskiwacze Boscha jak i produkty firmy l’Orange w celu empirycznego określenia ich przydatności i dokonania porównań naukowiec stosował obydwa, umieszczając je zarówno w parach jak i pojedynczo.

Kolejne dylematy, to mające istotny wpływ na efektywność procesu spalania ustalenie optymalnej odległości wtryskiwanej dawki paliwa od świecy zapłonowej, właściwy dobór stopnia sprężania i skoordynowanie go z ciśnieniem wtrysku… oraz wiążąca się z tym dostępność odpowiednich pomp wtryskowych.

To oczywiście bardzo duży skrót tego z czym musiał mierzyć się konstruktor, a właściwie teoretyk nowej idei zasilania silnika. Skracając tę opowieść można posłużyć się stwierdzeniem, że kolokwialnie rzecz ujmując Dr. Maruhn „wymiękł z tematu”, a 8-cylindrowy, rzędowy silnik oznaczony symbolem M25 jak zdecydowali o tym prowadzący projekt inżynierowie Nibel, Fritz Nallinger, i Georg Scheerer i wyposażony w tę jednostkę model W25 doskonale pełnił powierzone mu zadanie godnej reprezentacji trójramiennej gwiazdy praktycznie aż do pojawienia się w 1938 r. „nowej gwiazdy” z Untertürcheim jakim był 3 litrowy, doładowany dwoma sprężarkami typu Roots silnik V12 o oznaczeniu M154 i równie charyzmatyczny bolid W154.

Problem w tym, że mimo wspomnianych prac dotyczących „wtryskowych obietnic” i odroczeniu kolejnych prób mniej więcej w połowie 1938 r. nadal były to jednostki z konwencjonalnymi, gaźnikowymi systemami zasilania.

Było blisko, kiedy przyglądający się postępowi prac konstruktorów zaangażowanych w projekt M154 pracujący u Boscha inżynierowie Heinrich i Lippard pod koniec 1938 r. nalegali na członków zarządu DBAG, aby zgodzili się oni wypróbować opracowaną właśnie nową pompę wtryskową pozwalającą na efektywną pracę w zakresie nawet do 10 000 obr./min!

Ofertę jednak pominięto zgadzając się jedynie (dla zachowania poprawnych stosunków między firmami) na próbne użycie jej w mniej prestiżowym projekcie M165 (silnik V8 o pojemności skokowej 1500 ccm).

Wspomnianą już wcześniej „pierwszą, dużą próbą” silników z wtryskiem benzyny zastosowanych w samochodach był niedoszły, rekordowy bolid Mercedes T80 zbudowany na początku 1939 r.

Zgodnie z planami rekord miał być ustanowiony w styczniu 1940 r. podczas tradycyjnie organizowanego przez niemieckich producentów samochodów „tygodnia rekordów”, ale jak wiadomo, mimo że zaprojektowany przez najsłynniejszych specjalistów (w tym Jospha Mickla, Ferdinanda Porsche i przy współpracy ze słynnym kierowcą wyścigowym Hansem Stuckiem) i zbudowany przy wykorzystaniu ogromnych funduszy ze względu na czas nie wykonał swojego zadania.

Dzięki mocy wbudowanego centralnie silnika lotniczego DB603 przewidywano, że mógł osiągnąć najwyższą wówczas prędkość na lądzie szacowaną na ok. 600 km/h! Jak wiemy nic z tego nie wyszło, a zrekonstruowany T80 jest dziś jednym z ciekawszych eksponatów muzeum Mercedesa w Stuttgarcie.

Lata wojny i kilka następnych, to zastój dotyczący nie tylko kontynuacji , ale również poważniejszych działań dotyczących wtrysku paliwa w silnikach benzynowych.
Z uwagi na swoje historyczne zaszłości z okresu wojny firma Daimler-Benz poddana została przez władze alianckie karze za współpracę z nazistami, co praktycznie oznaczało „szlaban na badania i innowacyjne konstrukcje”.

Mniej więcej od połowy kwietnia 1947 r. do polowy 1949 r. nieśmiało próbowano coś zdziałać w zakresie układów wtryskowych. Śmiałkiem okazał się inż. Heinz Hoffman, który wykorzystując odnalezione gdzieś dawne wtryskiwacze i fragmenty osprzętu układu próbował zastosować wtrysk w 4-cylindrowych silnikach modelu Mercedes 170V.

Efektem tego było to, że bez pogorszenia poziomu jednostkowego zużycia paliwa udało się zwiększyć moc silnika o ok.23,6%. Sukces… , ale ze względu na uwarunkowania organizacyjne wtedy jeszcze nie wykorzystany!

Polecamy także:

Bezpośredni wtrysk paliwa to teraz standard – część 1

Bezpośredni wtrysk paliwa to teraz standard – część 3