V minulých dílech miniseriálu o přípravě směsi pro motory s vnitřním spalováním jsme probrali „první kapitolu“ čili karburátory. Elegantní a většinou čistě mechanický systém však na přelomu osmdesátých a devadesátých let minulého století definitivně narazil na své limity a byl nahrazen novým systémem přípravy směsi – vstřikováním paliva.
Nu, novým… V době masového rozšíření vstřikování benzinu byla tato obecná možnost přípravy zápalné směsi lidstvu známá již více než sto let a složitější přímé vstřikování oslaví kulatou stovku zanedlouho. Vývoj systémů vstřikování paliva je ale zajímavý a jeho principiální výhody tak výrazné, že se na něj opět podíváme poněkud podrobněji.
V minulých dílech jsme si řekli, že se nebudeme výrazněji zabývat přípravou směsi u vznětových motorů. Ty již z principu své funkce potřebují nějaký druh vstřikování paliva vždy, avšak v motorsportu se (opět díky inherentním charakteristikám konstrukce) až na výjimky nepoužívají. Avšak u výletu do historie vstřikování se u musíme u vznětových motorů zastavit – a to nejen u naftových!
První vstřikování paliva podobné dnes užívaným systémům vynalezl britský motorář[M1] a konstruktér Herbert Akroyd Stuart, šikula, kterému se v roce 1885 podařilo vylít baňku kerosinu do pánvice roztaveného cínu. Následný požár mu vnukl poznání, že na rozdíl od tekutého kerosinu, kterému se příliš ochotně hořet nechce, jeho rozžhavené výpary hoří naopak velice radostně, což by se jistě dalo nějak využít.
Laboratorní epizodka jej v konečném důsledku dovedla ke zkonstruování motoru s žárovou hlavou, který se podle jeho patentu začal od roku 1891 vyrábět. Tím předběhl Rudolfa Diesela, jehož prototyp se poprvé rozběhl až v roce 1894. Motory Stuartovy konstrukce se následně používaly v zemědělství i lodní dopravě, většinou šlo o jednoválce s dvoutaktním cyklem a nízkou kompresí mezi 3 : 1 a 9 : 1 (běžný vznětový motor má cca 15–23 : 1). V principu ale šlo o vznětový motor, jakkoli nevyužíval k zapálení směsi tlak, ale externě dodané teplo, které ohřívá žárovou komoru, do níž je zaústěn vstřikovač paliva.
První zážehový motor se vstřikováním paliva byl zkonstruován již v roce 1902 a začal se vyrábět sériově v roce 1906. A aby těch prvenství nebylo málo, jde také o historicky první produkční vidlicový osmiválec. Kdo by tipoval, že první V8 byla z USA, země této konstrukci zaslíbené, spletl by se. Jednalo se o leteckou jednotku Antoinette 8V, jejímž konstruktérem nebyl nikdo jiný než francouzský vynálezce a pionýr aviatiky Léon Levavasseur. Vodou chlazený osmiválec dával z osmi litrů objemu válců rovných padesát koní, což nebylo na svoji dobu vůbec špatné. Navíc byl díky úsporné V konstrukci relativně lehký, vážil jen 95 kg. Levavasseur mimo jiné později zkonstruoval také první vidlicový šestnáctiválec.
Další zajímavou kapitolou historie vstřikování paliva je Hesselmanův motor, což je v podstatě hybrid mezi benzinovým a naftovým motorem, kde sice k zapálení směsi slouží svíčka (jako u zážehového motoru), ale je konstruován pro spalování těžších paliv jako nafta nebo letecký petrolej, či dokonce mazut. Startuje a do ohřátí běží na benzin, následně se palivo přepne, avšak před ukončením provozu bylo třeba nechat motor opět chvíli běžet na benzin, aby se systém pročistil od usazenin z těžkých paliv.
Tento typ motoru byl vynalezen švédským inženýrem Jonassem Hesselmanem a poprvé uveden v roce 1925, využíval se v autobusech a těžkých nákladních vozech od druhé poloviny 20. do druhé poloviny čtyřicátých let 20. století (Volvo, Scania). Hesselmanův motor byl historicky prvním zážehovým motorem s přímým vstřikováním paliva použitým v silničních vozech (jakkoli spaloval naftu, konstrukcí byl „benzinový“).
Jeho hlavní výhoda spočívala kromě možnosti spalovat nepříliš jakostní, a tedy levnější paliva také v lehce nižší spotřebě ve srovnání s dobovými benzinovými motory podobných parametrů. Díky tomu, že nemusel odolávat tak vysokým tlakům jako diesel, však bylo poměrně obtížné dosáhnout a udržet ideální provozní teplotu, motor tak zhusta nespaloval směs ideálně, svíčky se zanášely a z výfuku šly mraky toxického kouře, z nichž by dnešním ekologům vstávaly vlasy hrůzou na hlavě.
K rozmachu vstřikování benzinu přispěl, stejně jako v mnoha dalších oborech, intenzivní vývoj techniky v průběhu druhé světové války. Tehdy se do (leckdy i bizarních) inovací sypaly peníze horem dolem, neb každá drobná technická novinka mohla znamenat získání cenného náskoku nad nepřítelem. Asi nejznámější takový příklad se odehrával na nebi nad Británií, kde měly jinak úžasně pokrokové stíhačky Supermarine Spitfire i Hawkery Hurricane britského letectva problémy ve vzdušných soubojích s Messerschmitty Bf 109. Jejich motory Rolls-Royce Merlin byly totiž osazeny karburátory, takže v negativním přetížení docházelo k přerušení dodávky paliva a vynechávaly, zatímco V12 Daimler-Benz 601 s přímým vstřikováním tímto neduhem netrpěl.
Vstřikováním byly osazeny mimo jiné také dvaačtyřicetilitrové, vzduchem chlazené hvězdicové čtrnáctiválce BMW 801 v obávaných Focke-Wulf 190 či Junkersech Ju 88 i vidlicové dvanáctiválce Junkers Jumo 210 (Ju-87 Stuka), 211 (Heinkel He 111) a 213. Verze britských Merlinů z druhé poloviny čtyřicátých let využívaly k vyřešení problému modernější varianty karburátorů, za oceánem se však již také začaly objevovat první vstřikované motory jako Wright R-3350 Duplex Cyclone.
Díky spojeneckému sdílení techniky se vstřikování paliva poprvé dostalo i do tehdejšího Sovětského svazu – v licenci vyráběný hvězdicový motor Švecov Aš-82 byl právě východní verzí jedné z iterací Wright Cyclone. Na druhé straně barikády se vstřikování paliva dostalo do Japonska, kde během války vznikly dva letecké motory Mitsubishi s touto technologií. Zajímavé je, že ve všech státech, jimž se pokročilá technologie přípravy směsi dostala během války do rukou, ji (většinou poměrně rychle) někdo adaptoval pro automobilový průmysl – s výjimkou Sovětského svazu, kde centrálně řízené hospodářství užívalo výdobytku karburátoru (v sériové produkci VAZ se udržel až do roku 2006).
