Как работал «запрещенный» карбюратор Тома Огла

«Карбюратор Тома Огла» подавал в двигатель не распылённый жидкий бензин, а смесь воздуха с бензиновыми парами. В патенте US4177779A штатный карбюратор, обычный бензонасос и привычный топливный бак вообще убирались: вместо них работали герметичный резервуар, подогрев охлаждающей жидкостью, фильтры, заслонки и разрежение во впускном коллекторе.

Именно эта схема (см. в конце статьи) стала основой легенды о машине, которая якобы могла проезжать около 100 миль на одном американском галлоне бензина — это близко к 2,35 л/100 км. В 1977 году Том Огл действительно устроил публичную поездку на Ford Galaxie из Эль-Пасо в Деминг и обратно, а журналист El Paso Times ехал вместе с ним.

Но понять историю можно лишь после разбора самой конструкции: где там была нормальная инженерия, а где начинаются цифры, которые так и не получили полноценного независимого подтверждения.

Система Огла была больше карбюратора

Обычный карбюратор использует поток воздуха для распыления бензина на мелкие капли и приготовления горючей смеси. У Огла жидкое топливо сначала находилось в отдельном герметичном резервуаре, где из него получали пары, а уже они направлялись к впускному коллектору.

В патенте перечислен довольно большой набор деталей:

• герметичный резервуар для бензина и топливных паров;
• медный змеевик с горячей охлаждающей жидкостью двигателя;
• отдельный воздушный клапан на резервуаре;
• ещё один воздушный клапан возле впускного коллектора;
• магистраль для подачи паров к мотору;
• фильтрующие элементы с углём и неопреном;
• уравнительная камера над впускным коллектором;
• обратный защитный клапан от вспышки во впуске.

В нижней части резервуара находилось от 1 до 5 американских галлонов бензина. По змеевику проходила нагретая охлаждающая жидкость. Она подогревала топливо и ускоряла образование паров. Сам резервуар патент предлагал делать с толстыми стальными стенками, поскольку внутри создавалось сильное разрежение.

Как двигатель вытягивал пары бензина

Отдельного насоса для подачи топлива в схеме не было. Работающий мотор создавал разрежение во впускном коллекторе, и оно через систему каналов передавалось в резервуар. Воздух поступал внутрь, пары бензина проходили через фильтры и уходили к уравнительной камере над впуском.

Огл использовал фильтры не только для очистки. По описанию патента они должны были ограничивать поток паров и помогать менять количество топлива в зависимости от разрежения. Один из узлов внутри резервуара мог менять положение, влияя на подачу смеси.

Получался чисто механический регулятор. Никаких электронных форсунок, датчиков кислорода и блока управления двигателем: вакуум, заслонки, пружины, тросы и подобранные проходные сечения выполняли работу, которую сегодня берёт на себя электроника.

Две заслонки открывались не одновременно

Самая интересная часть патента — связь педали газа сразу с двумя воздушными клапанами. Один стоял возле камеры над впускным коллектором, второй управлял воздухом, поступавшим в топливный резервуар.

Патент прямо указывает, что клапан возле впуска должен начинать открываться раньше и открываться сильнее клапана резервуара. Эта разница помогала менять соотношение воздуха и топливных паров при разных положениях педали.

На холостом ходу и при ровном движении разрежение в резервуаре возрастало, а подача паров ограничивалась. При разгоне клапаны открывались, вакуум становился слабее, внутренний фильтрующий узел переходил в другое положение и к мотору поступало больше топлива.

На бумаге всё выглядело роскошно: много топлива при разгоне, мало топлива при спокойном движении и никакого сложного электронного управления.

Зачем Огл грел бензин охлаждающей жидкостью

Испарение жидкости требует энергии. Если бензин активно испаряется в резервуаре, его температура падает. В патенте прямо указано, что циркуляция горячей охлаждающей жидкости через медный змеевик должна была не давать резервуару сильно охлаждаться и одновременно помогать испарению бензина.

С инженерной позиции ход понятный. Чем теплее бензин, тем активнее образуются пары. Однако здесь появляется зависимость от температуры двигателя, температуры воздуха и свойств самого топлива. Один и тот же бензин при +30 °C и при зимнем морозе ведёт себя совершенно по-разному.

И это уже важный момент для понимания всей системы Огла: устройство должно было не просто испарить бензин, а давать подходящее количество паров при холодном пуске, прогреве, разгоне и многочасовом движении.

Огл не первым придумал питать двигатель бензиновыми парами

В самом патенте перечислены более ранние конструкции, где бензин тоже испаряли перед подачей в мотор. Среди них упомянута система с подогревом топлива водой и пропусканием воздуха через бензин, а также другие испарители и дополнительные резервуары.

Это не делает работу Огла бессмысленной. В патентном деле новая конструкция может опираться на старую идею и отличаться способом управления, компоновкой или набором узлов. У Огла интерес был как раз в согласованной работе двух воздушных клапанов, вакуумного резервуара, фильтров и уравнительной камеры.

Поэтому легенда о человеке, который первым догадался «сжигать пары вместо бензина», слишком упрощает историю. Испарительные системы существовали раньше, а Огл предложил собственный вариант управления ими.

Почему хорошо подготовленная смесь может экономить бензин

В старом карбюраторном моторе бензин после распыления не мгновенно превращается в однородный газ. Часть топлива остаётся каплями, часть оседает на стенках впускного тракта, а распределение смеси между цилиндрами может быть неравномерным.

Если топливо уже находится в паровой фазе и хорошо смешано с воздухом, крупных жидких капель становится меньше. Теоретический плюс понятен: смесь между цилиндрами можно распределить ровнее и приблизиться к режиму, в котором лишнего топлива подаётся меньше.

Но никакой дополнительной энергии при испарении бензина не возникает. Литр топлива не становится энергетически «сильнее» после превращения в пар. Экономия может появиться только за счёт режима работы двигателя, более точной подготовки смеси и уменьшения отдельных потерь.

Главная проблема: бензин испаряется не как одна чистая жидкость

Вот здесь система становится интереснее патентной схемы. Автомобильный бензин состоит из множества углеводородов с разной летучестью. Информация Агентства по охране окружающей среды США указывает, что состав бензина меняется от производителя к производителю и по сезонам, а в парах преобладают наиболее летучие компоненты.

Когда такая смесь испаряется, лёгкие компоненты уходят быстрее тяжёлых. По мере работы резервуара состав оставшейся жидкости постепенно меняется, вместе с ним меняются давление паров и скорость дальнейшего испарения. Исследования испарения бензина прямо описывают преимущественную потерю низкокипящих компонентов и последующее замедление процесса.

Для обычного водителя здесь самый интересный вопрос: одинаковой ли будет смесь в начале поездки и после того, как из резервуара ушла большая доля самых летучих фракций? Для точного дозирования топлива это серьёзная инженерная задача.

Фраза «бензин испарили — проблема смеси решена» слишком упрощает задачу. Нужно ещё контролировать, какие компоненты испарились, сколько пара образовалось и какое количество воздуха требуется мотору в эту секунду.

Летний и зимний бензин добавляют ещё одну переменную

Летучесть бензина специально регулируют. Агентство по охране окружающей среды США использует давление насыщенных паров по Рейду как один из показателей летучести и ограничивает этот параметр для летнего топлива, поскольку более летучий бензин даёт больше испарительных выбросов.

Старые технические материалы того же ведомства связывают летучесть и с эксплуатацией машины: менее летучему бензину сложнее испаряться при низкой температуре, из-за чего холодный запуск может становиться тяжелее.

Для системы Огла этот нюанс особенно важен. Её дозирование напрямую связано с образованием паров, вакуумом и подогревом резервуара. Топливо другого сезонного состава способно вести себя иначе даже при той же настройке заслонок.

Почему сверхбедная смесь не может становиться беднее бесконечно

Огл связывал высокий расход в милях на галлон с очень бедной топливовоздушной смесью. Сам патент несколько раз подчёркивает такой режим и утверждает, что на обычном американском автомобиле с V8 удавалось превышать 100 миль на галлон.

У бедной смеси есть физический предел устойчивого горения. Когда топлива становится слишком мало, фронт пламени распространяется хуже, появляются пропуски воспламенения.

Технические материалы Агентства по охране окружающей среды США указывают, что на границе бедного горения растут выбросы углеводородов и угарного газа, а для стабильной работы очень бедных смесей применяют специальные системы зажигания и конструкции камер сгорания.

Здесь и находится одна из главных трудностей. Экономичный крейсерский режим получить можно. Сделать его одновременно устойчивым при жаре, холоде, наборе скорости, сбросе газа и разном составе бензина намного сложнее.

В патенте даже предусмотрена защита от обратной вспышки

Между резервуаром и мотором Огл поставил односторонний защитный клапан. При нормальной работе разрежение открывало его и пропускало пары к двигателю. При обратной вспышке клапан должен был закрыться, чтобы пламя не прошло по магистрали к резервуару. Сам патент прямо связывает этот узел с защитой от возможного взрыва.

Эта деталь хорошо показывает цену работы с богатой бензиновыми парами средой. В обычном современном автомобиле пары топлива стараются удерживать в герметичной системе и направлять через адсорбер под контролем двигателя. Здесь же топливный пар был основным рабочим телом системы питания.

Поэтому повторять такую схему в гараже ради проверки легенды — плохая идея. Патент даёт описание конструкции, но не превращает самодельный бак с подогретым бензином и горючими парами в безопасный эксперимент.

Что произошло во время знаменитой поездки 1977 года

История, которая сделала Огла известным, произошла в конце апреля 1977 года. Молодой механик отправился из Эль-Пасо в Деминг, штат Нью-Мексико, и обратно на Ford Galaxie 1970 года. Вместе с ним ехал журналист El Paso Times. Поздний архивный материал этой газеты описывает поездку как около 200 миль на 2 галлонах бензина.

100 американских миль на галлон соответствуют около 2,35 л/100 км. Для тяжёлого американского автомобиля той эпохи цифра выглядит невероятно даже сейчас.

Публичная поездка важна тем, что рассказ самого изобретателя подтверждался присутствием журналиста. Журналист действительно находился рядом, маршрут действительно состоялся, а история попала в прессу. Но дорожная демонстрация не равна сертификационному испытанию.

Для жёсткой проверки потребовались бы повторные заезды на нескольких автомобилях, контроль точной массы топлива до и после, одинаковые режимы движения, измерение температуры и ветра, проверка мощности двигателя, выбросов и результатов на разных сортах бензина. Такой серии независимых испытаний, которая закрепила бы 100 миль на галлон как устойчивый результат системы, в доступной истории нет.

Есть ещё одна деталь, которую легко пропустить. Архивный материал о публичной поездке говорит о Ford Galaxie 1970 года, а в тексте патента Огл пишет о V8 на обычном американском автомобиле 1971 года. Поэтому дорожную демонстрацию и патентное заявление о расходе лучше не склеивать автоматически в один и тот же замер: сами первичные описания машин различаются.

Почему выданный патент не подтверждает расход 2,35 л/100 км

Патент US4177779A действительно существует. Заявку подали 20 июля 1977 года, документ выдали 11 декабря 1979 года, а сейчас его срок действия завершён. В патенте есть подробные схемы, описание клапанов, резервуара, фильтров и заявление самого Огла о расходе свыше 100 миль на галлон.

Но патентное ведомство не проводит сертификационный дорожный тест каждого заявленного устройства. Патентное ведомство США прямо объясняет, что рабочая физическая модель при обычной заявке обычно не требуется: описание и чертежи должны позволять специалисту понять изобретение без такой модели.

Поэтому патент подтверждает существование описанной конструкции и закреплённые автором технические притязания. Он не является лабораторным сертификатом расхода топлива.

Был ли карбюратор Тома Огла запрещён

В патентной истории запрета не видно. Система получила патент США, описание и чертежи были опубликованы, а документ прошёл обычный жизненный цикл и сейчас имеет статус завершившегося по сроку действия.

Нет и подтверждённого документа, который показывал бы государственный запрет на выпуск такой системы или приказ убрать её с рынка. Гораздо точнее говорить о технологии, которая не дошла до массового автомобильного производства.

Отсюда возникает важная разница. «Не стали серийно выпускать» и «запретили» — не одно событие. Для массового автомобиля мало продемонстрировать хороший расход на одном маршруте. Нужны стабильность зимой и летом, безопасность, ресурс, выбросы, повторяемость производства, гарантийное обслуживание и соответствие нормам.

Почему автопром выбрал электронный впрыск

Задачу Огла — подавать двигателю ровно столько топлива, сколько нужно в конкретный момент, — позже намного удобнее решила электроника. Распределённый впрыск дозирует жидкое топливо форсунками возле впускных клапанов, а современные системы опираются на информацию о нагрузке, температуре, составе выхлопа, положении дросселя и других параметрах.

Такой путь не требует заранее превращать весь рабочий поток топлива в пар. Электроника может обогащать смесь при запуске и большой нагрузке, обеднять её там, где конструкция двигателя это допускает, а затем быстро корректировать подачу по сигналам датчиков.

Отдельно решается вопрос бензиновых паров. Современная система улавливания испарений направляет пары из бака в угольный адсорбер, а затем двигатель контролируемо забирает их во впуск. Агентство по охране окружающей среды США описывает такие системы как средство удержания испарительных выбросов топлива.

Получилась любопытная развилка: Огл хотел сделать пары главным источником топлива, а серийный автомобиль оставил основную подачу жидкой и научился отдельно ловить и сжигать пары, которые раньше уходили наружу.

Что в конструкции Огла действительно заслуживает внимания

Если убрать легенды, перед нами остаётся интересная механическая система управления смесью:

В ней есть несколько идей, которые вполне понятны современному автомобилисту: лучшее перемешивание топлива с воздухом, дозирование по нагрузке, обеднение при небольшой мощности и возврат к более богатой смеси при разгоне.

Сильная сторона Огла — попытка добиться всего этого без сложной электроники 1970-х. Слабое место тоже видно: вся точность завязана на вакуум, температуру, свойства бензина и механику клапанов.

Поэтому история интересна не как доказательство существования спрятанного «вечного» карбюратора. Гораздо ценнее смотреть на неё как на необычную ветвь поиска экономичного бензинового двигателя в эпоху, когда электронное управление только готовилось стать массовым.

100 миль на галлон остаются самой громкой частью биографии системы Огла. Патент подтверждает устройство и собственные заявления изобретателя, пресса подтверждает знаменитую дорожную поездку, а физика объясняет, почему подача хорошо подготовленных паров могла помочь экономии. Но вопрос воспроизводимости экстремального результата остаётся открытым без независимой серии испытаний.

А вы доверились бы одной публичной поездке с расходом около 2,35 л/100 км или потребовали бы несколько одинаковых машин, независимый стенд и повторные дорожные тесты? Напишите в комментариях, какой эксперимент лично для вас поставил бы точку в истории карбюратора Тома Огла.