Zanim jednak wprowadzono nowoczesne silniki dieslowskie prym wiodły jednostki benzynowe.

W ostatnich latach samochody wyposażone w silniki diesla cieszą się coraz większym uznaniem kierowców, a ich udział w rynku szybko rośnie zarówno w krajach Europy Zachodniej, jak i Polsce. Nic dziwnego. Wysoki moment obrotowy, kultura pracy i niskie zużycie paliwa przemawiają same za siebie. Zanim jednak wprowadzono nowoczesne silniki dieslowskie prym wiodły jednostki benzynowe. Bezpośredni wtrysk benzyny był już stosowany w 1937 r. w lotniczych silnikach wojskowych, do których firma Bosch, jako pierwsza na świecie, dostarczała pompy wtryskowe. Dzięki temu rozwiązaniu zachowano nieprzerwane zasilanie silnika samolotu w paliwo na różnych wysokościach i w niskich temperaturach, czego nie gwarantował gaźnik. Do pomysłu wtrysku bezpośredniego powrócono w latach 50. Ponownie firma Bosch w 1951 r. stała się dostawcą mechanicznej pompy wtryskowej do 2-suwowych silników małolitrażowych samochodów Goliath 700 GP i Gutbrod Superior 600. Po tych doświadczeniach inżynierowie Boscha opracowali mechaniczny, bezpośredni wtrysk benzyny do silnika 4-suwowego. Nowe rozwiązanie po raz pierwszy wykorzystano w 6-cylindrowym, 3-litrowym silniku samochodu Mercedes-Benz 300 SL, który produkowano seryjnie w latach 1954–57. Konstruktorom zależało na uzyskaniu jak najwyższej mocy, gdyż pojazd ten powstał jako samochód wyścigowy. W wersji wyścigowej auta silnik był zasilany gaźnikami, a jego moc wynosiła 128 kW/174 KM. Po zastosowaniu wtrysku paliwa moc silnika w szosowej wersji zwiększono do 142 kW/193 KM.



Fot. 1. Mechaniczna pompa wtryskowa firmy Bosch z 1952 r. i współczesny układ bezpośredniego wtrysku benzyny MED-Motronic. (Fot. Bosch)

Pośredni wtrysk benzyny
Bezpośredni wtrysk benzyny nie rozpowszechnił się w autach produkowanych masowo w latach 50., gdyż był zbyt kosztowny, a jego zastosowanie wymuszałoby konieczność przekonstruowania silników. Powszechnie stosowano więc gaźnik. Jednak nie długo, bowiem wprowadzenie norm ekologicznych ponownie zwróciło uwagę producentów samochodów na wtrysk paliwa. Ponieważ w dotychczas stosowanych silnikach mieszanka paliwowo-powietrzna tworzona była w kolektorze dolotowym, nie zmieniono tej koncepcji, ograniczając się do zastąpienia gaźnika układem wtryskowym. Pierwszy na świecie sterowany elektronicznie układ wtrysku pośredniego opracował Bosch. W 1967 r. wprowadzono układ D-Jetronic wykorzystany w samochodzie Volkswagen 1600 TL. Rozwiązanie to pozwalało na zwiększenie mocy silnika przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia paliwa i toksyczności spalin. W 1972 r. już 18 producentów samochodów wykorzystywało układ D-Jetronic. Urządzenie stale udoskonalano – w 1973 r. pojawił się K-Jetronic mechaniczno-hydrauliczny układ wtrysku benzyny i L-Jetronic – elektroniczny układ z pomiarem objętości powietrza. W 1976 r. układ wtryskowy współpracował z czujnikiem tlenu (sonda lambda), co pozwoliło na dalsze obniżenie toksyczności spalin. W 1981 r. opracowano układ LH-Jetronic (z pomiarem masy powietrza), a rok później – KE-Jetronic (K-Jetronic z dodatkowymi funkcjami).
W 1979 r. Bosch rozpoczął produkcję układu Motronic, zarządzającego jednocześnie procesami wtrysku i zapłonu paliwa. Dzięki Motronikowi średnie zużycie paliwa nowo rejestrowanych samochodów spadło o 35 proc., a emisja zanieczyszczeń – aż o 90 proc.
Połączenie układów wtryskowego z zapłonowym wydaje się rozwiązaniem naturalnym, szczególnie dla firmy Bosch, która była prekursorem nowoczesnego układu zapłonowego. Wynaleziony i wdrożony do produkcji przez założyciela firmy Roberta Boscha w 1902 r. iskrownikowy układ zapłonowy wysokiego napięcia wraz ze świecą zapłonową stał się przełomowym rozwiązaniem w rozwoju silnika z zapłonem iskrowym. W 1965 r. Bosch rozpoczął produkcję tranzystorowego układu zapłonowego (ZT). W rozwiązaniu tym wyeliminowano zużywający się mechaniczny przerywacz, lecz pozostawiono mechaniczny rozdzielacz wysokiego napięcia. Kolejnym krokiem było opracowanie zapłonu elektronicznego (ZE), w którym kąt wyprzedzenia zapłonu dobierał mikroprocesor na podstawie tzw. mapy zapłonu zapisanej w pamięci. W całkowicie elektronicznym układzie zapłonowym (ZCE), wprowadzonym do produkcji przez Boscha w 1983 r., nie występują żadne ruchome części, a mechaniczny rozdzielacz zastąpiono elektronicznym rozdzielaniem iskry.



Fot. 2 Mercedes-Benz 300 SL (1954 – 1957) był pierwszym samochodem produkowanym seryjnie z silnikiem 4-suwowym, w którym zastosowano bezpośredni wtrysk benzyny. 6-cylindrowy, 3-litrowy silnik zasilany gaźnikami osiągał moc 128 kW/174 KM, a z wtryskiem paliwa – 142 kW/193 KM. (Fot. Mercedes-Benz)

Połączenie układu wtryskowego Jetronic i elektronicznego zapłonu stało się kolejnym przełomem, gdyż po raz pierwszy udało się dostosować ilość wtryskiwanego paliwa do chwilowego obciążenia silnika i spowodować zapłon w optymalnym momencie. Układ Motronic zawiera sterownik złożony z mikroprocesora i pamięci, w której zapisany jest program pracy z danymi określającymi dawkę paliwa i kąt wyprzedzenia zapłonu. Tylko dla momentu zapłonu pamięć ma 4096 różnych możliwości. Pierwszy Motronic dysponował pamięcią 4 kilobajtów, obecny – 2000 kilobajtów. Dzięki temu można w sterowniku zintegrować funkcje dodatkowe, np. regulację spalania strukowego czy ciśnienia doładowania turbosprężarki.
Układ Motronic po raz pierwszy zastosowano w 1979 r. w samochodzie BMW 732i. By zapewnić niezawodność układu Motronic, Bosch rozpoczął produkcję wielu elektronicznych podzespołów we własnych fabrykach. Zdawano sobie sprawę, że Motronic będzie pracował podczas siarczystych mrozów i upałów, a także podczas wstrząsów i drgań. Niezawodny Motronic zaczęto wykorzystywać w sporcie samochodowym. W 1983 r. wtrysk Boscha zastosowała firma BMW w 4-cylindrowym silniku 1,5 l/485 kW/660 KM do samochodu Formuły 1 – Brabham-BMW BT 52. Na tym bolidzie mistrzem świata został Nelson Piquet.
Do końca 2003 r. fabryki Boscha wyprodukowały 67 milionów układów Motronic, który jest nieustannie modernizowany. Każdego dnia Bosch wytwarza 26 tys. systemów Motronic i co trzeci samochód wyprodukowany w Europie Zachodniej jest w niego wyposażony.

Bezpośredni wtrysk benzyny
W związku z nowymi oczekiwaniami w stosunku do silników z zapłonem iskrowym Bosch wprowadził do produkcji w 2000 r. układ bezpośredniego wtrysku benzyny do komory spalania pod wysokim ciśnieniem nazwany MED-Motronic. Powrót do wtrysku bezpośredniego umożliwił rozwój nowych technologii i elektroniki. Silnik z wtryskiem bezpośrednim zużywa o ok. 10 proc. mniej benzyny, dzięki możliwości pracy w trybie z ubogą mieszanką uwarstwioną. Jednym z pierwszych producentów, który zastosował układ MED-Motronic był koncern Volkswagen. Również koncern BMW korzysta z układów wtryskowych Boscha, a wkrótce dołączą: Mercedes-Benz, Fiat i Ford. Bezpośredni wtrysk benzyny jest szczególnie polecany do silników doładowanych turbosprężarką. Paliwo wtryskiwane bezpośrednio do komory spalania obniża temperaturę mieszanki, którą można sprężyć w większym stopniu niż w silnikach z wtryskiem do kolektora dolotowego. Powoduje to obniżenie zużycia paliwa przy znaczącej poprawie charakterystyki momentu obrotowego. Doładowany, 2-litrowy silnik z wtryskiem bezpośrednim Volkswagena (FSI) osiąga moc 147 KW/200 KM i maksymalny moment obrotowy 280 Nm już od 1800 obr/min. Ocenia się, że trzykrotne zwycięstwo, w roku 2000, 2001 i 2002 samochodów Audi R8 w arcytrudnym wyścigu 24 godziny Le Mans było możliwe, m.in. dzięki zastosowaniu bezpośredniego wtrysku paliwa MED-Motronic. Dzięki niemu osiągnięto wysoką moc i moment obrotowy silnika przy ograniczeniu zużycia paliwa. Audi R8 napędzane było 8-cylindrowym silnikiem w układzie V o pojemności 3,5 l o mocy 448 kW/610 KM (moment obrotowy – 700 Nm), który był doładowany dwoma turbosprężarkami. W 2004 r. firmy Bosch i Audi otrzymały w USA wyróżnienie organizacji SEMA (Specjality Equipment Market Association) i SAE (Society of Automotive Engineers) za system bezpośredniego wtrysku benzyny w modelu Audi R8.



Fot. 3 Dwa niezwykle istotne dla rozwoju motoryzacji rozwiązania opracowano w firmie Bosch – iskrownikowy układ zapłonowy wysokiego napięcia z 1902 r. i układ Motronic zarządzający jednocześnie procesami wtrysku i zapłonu paliwa z 1979 r. (Fot. Bosch)

Zasadę działania układu MED-Motronic firmy Bosch przedstawimy w następnej części.