Я познаю мир. Автомобили.

Введение. Наш друг автомобиль

«Смотрите — лошадь!» — удивляемся мы, глядя, как по городской улице не спеша движется конная повозка. Среди потока мчащихся автомобилей всевозможных марок и расцветок животное, запряженное в повозку, кажется нам чем-то странным и неестественным.

«Роллс-ройс Сильвер Гоуст». 1907 г.

Подробнее в комментариях.

Лесовозный автопоезд с тягачом НАМИ-012.
Максимальная скорость — 42 км/ч, запаса дров в бункерах хватало на 80 км пробега.

Вернемся во Францию конца XIX в. Здесь в это время паровые автомобили пережили свое второе рождение. Двигатели оснастили керосиновыми горелками вместо угольных топок, теперь они не нуждались в запасе угля и долгом разогреве. Леон Серполле (1858—1907) в своей модели парового экипажа заменил водяной котел длинной многократно изогнутой трубой — змеевиком. Это была настоящая удача, поскольку такая замена позволила уменьшить объем используемой воды. Кроме этого, на повозке Серполле были установлены эластичные шины, повышающие комфорт поездки, и специальный механизм, соединяющий вал паровой машины и ведущие колеса — кардан. Он получил свое название от имени итальянского изобретателя Джероламо Кардано и позволял передать вращение от неподвижно закрепленной паровой машины к покачивающимся на рессорах колесам повозки.
Аналогичным образом были построены паровые экипажи отца и сына Болли. Занимаясь литьем колоколов, Болли-отец увлекся изучением технологии обработки металлов, а затем и устройством различных машин. На выставке в Париже, проходящей в 1867 г., двадцатилетнего юношу поразили велосипеды и паровые омнибусы.
У Амадея Болли зародилась идея создать паровую повозку личного пользования, которая, как писал сам мастер, «предоставила бы удобства велосипеда людям пожилого возраста и далеким от спорта». Начало франко-прусской войны на время отодвинуло реализацию этой идеи, но уже в 1875 г. первая паровая машина Болли была продемонстрирована в Париже. Она представляла собой паровой дилижанс, рассчитанный на 12 мест, и получила название «Послушная». Имея общую массу 5 т, паровик расходовал на 1 км пути 2,5 кг угля и 14 л воды. По этим показателям Болли удалось опередить подобные паровые омнибусы англичан в 1,5—2 раза. Впереди сидел управляющий поездом (по терминологии тех лет — кондуктор), а сзади — кочегар (шофер), который обслуживал паровой котел. Четырехцилиндровая паровая машина (точнее, две двухцилиндровые) давала возможность на ровной горизонтальной дороге развивать скорость до 40 км/ч.
Болли продолжал совершенствовать свою паровую повозку и через некоторое время придал ей более традиционный вид. Его новая модель, изготовленная в 80-х гг. XIX в. и получившая название «Новая», имела еще более высокие показатели. Масса омнибуса составляла 3,5 т, при этом на 1 км пути ей требовалось 1,5 кг угля и 7 л воды. По своим скоростным характеристикам машина Болли могла соревноваться даже с только что появившимися бензиновыми автомобилями. Кстати, если отбросить паровой двигатель, то по конструкции и внешнему виду повозка Болли больше была похожа на современный автомобиль, чем первые бензиновые «безлошадные экипажи», официально считающиеся автомобилями. В ее конструкции присутствовали даже такие элементы, как независимая подвеска колес и металлический кузов, получившие распространение на автомобилях лишь в середине 30-х гг. XX в.
В дальнейшем часто использовали паровую машину в качестве двигателя легких трех- и четырехколесных повозок. Во Франции этим занимались Леон Серполле и фабрика «Де Дион-Бутон и Трепарду». Использование вертикального трубчатого котла намного меньшего размера, чем обычные, позволило уменьшить массу двигателя, упростить обслуживание и устранить опасность взрыва. Получившиеся в результате усовершенствования небольшие, похожие на брички четырехместные паровые экипажи были очень популярны в начале XX в. во Франции и особенно в США, где паровые автомобили выпускались до начала 30-х гг.

Омнибус — ногоместная карета, совершавшая регулярные рейсы в городах и между ними. Один из первых образцов общественного транспорта.

В 1533 г, еще будучи студентом медицинского университета, итальянский математик и философ Джероламо Кардано (1506-1576) предложил способ соединения двух вращающихся валов, находящихся под углом друг к другу. Благодаря этому открытию вотуже пятое столетие человечество использует карданную передачу.
Паровая машина «Послушная», построенная Амадеем Болли в 1875 г.

Трехколесный паровик Серполле. 1891 г.

Модель первого российского паровоза, построенного механиками отцом и сыном Черепановыми в 1833 г.

Но несмотря на все усовершенствования, паровые автомобили второй половины XIX в. оставались весьма неудобными для эксплуатации. Водитель должен был владеть теми же знаниями и сноровкой, что и машинист на
железной дороге.
Это привело к тому, что паровая машина была практически недоступна массовому потребителю. Несмотря на это, именно она сыграла важную роль в развитии автомобильной техники. Благодаря этой машине была доказана реальная возможность механического передвижения экипажа, опробованы и усовершенствованы различные механизмы будущего автомобиля. Со времен паровых автомобилей нам осталось и слово «шофер» (его раньше писали через два «ф»), что в переводе с французского означает «кочегар». И хотя на автомобиле давно уже нет ни котла, ни топки, часто современного водителя называют шофером.
К началу XX в. паровые двигатели могли достигать мощности 15 млн. Вт, а скорость вращения их вала составляла 1000 об/мин. На одной из своих поздних машин Серполле в 1902 г. установил мировой рекорд скорости автомобиля — 120 км/ч. Годом позже он установил еще один рекорд — 144 км/ч. А еще через два года, в 1905 г., американец Ф. Мариотт на паровом автомобиле превысил скорость 200 км/ч.
Казалось, еще чуть-чуть и паровой автомобиль будет признан всеми и завоюет себе будущее. Усилия Серполле и других автомобильных конструкторов вызывали одобрение, и люди мирились с хлопотами, связанными с обслуживанием паровых машин.
В 80-х гг. XIX в. появились автомобили с бензиновыми двигателями. Их главное преимущество заключалось в малой массе и быстром запуске, хотя они были не лишены ряда недостатков, от которых уже «вылечились» паровые машины.
Несмотря на все старания ученых и инженеров спасти паровики, они уже не соответствовали современным требованиям. Паровые двигатели были тяжелыми, громоздкими, требовали большого количества топлива и воды и не обещали дальнейшего повышения экономичности. На транспорте их все больше вытесняли появившиеся в конце XIX в. двигатели внутреннего сгорания.

Один из первых омнибусов на улицах Нью-Йорка.

ЗАРОЖДЕНИЕ ДВУХКОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТА

Параллельно с развитием первых автомобилей изобретатели продолжали совершенствовать конструкции мотоциклов и установленных на них моторов. Наиболее интересными работами в этой области были аппараты французского инженера Луи Гийома Перро, который создал собственный паровой мотоцикл. Начал он, как и его соотечественник Эрне Мишо, с велосипеда, оснастив его в 1868 г. большим маховиком, благодаря чему ездок мог определенное время двигаться по инерции. Через год Перро стал применять в своих конструкциях одинарную трубчатую раму.

Революционным стал велосипед, разработанный Луи Перро, с электроприводом на заднем колесе. А ведь это было во времена, когда электротехника только зарождалась и хороших электромоторов не существовало, поэтому фантастический для того времени проект тик и остался на бумаге.

Итогом всех этих изобретений стала паровая машина для велосипеда, разработанная Перро в 1871 г. Через некоторое время мотоцикл был изготовлен и опробован на ходу. Топливом для горелки должны были служить винный спирт, керосин или растительное масло. Двигатель — одноцилиндровая паровая машина. Вдоль рамы крепился рабочий цилиндр, а бачки для топлива и воды располагались поперек рамы. С помощью специального регулятора можно было менять количество подаваемого в цилиндр пара, изменяя тем самым скорость мотоцикла. Тормоза на машине Перро не было.
Основой рамы была толстая изогнутая труба, которая крепилась к рулевой колонке и проходила к заднему колесу. Обода колес были деревянными, заделанными снаружи металлом. Металлическими были и спицы. Седло крепилось на длинной рессоре и могло перемещаться вдоль машины — вперед летом, дабы отодвинуться от горячего мотора, а зимой назад, чтобы согреться от него. Перро предлагал свое детище за три тысячи франков. Но, к сожалению, накануне франко-прусской войны его изобретение не смогло завоевать поклонников и принести прибыль.

Мотоцикл Перро имел трубчатую раму с закрепленным на ней рабочим цилиндром и бачками для топлива и воды.

«Моторный велосипед» с деревянной рамой.

тоит упомянуть еще об одном изобретателе «пароциклов» — американце Луисе Копленде. В 1884 г. он поставил провой мотор впереди водителя над маленьким передним колесом, чтобы разгрузить заднее (масса водителя плюс масса двигателя). Этот мотоцикл мог разогнаться до 18 км/ч, несясь по улицам, как «исчадие ада», и пугая граждан. Позднее Копленд основал собственную фирму по производству мотоциклов.
В дальнейшем развитие мотоциклов приостановилось. Люди, занимавшиеся их изготовлением, столкнулись с той же проблемой, что и автомобильные мастера, — с отсутствием легкого и экономичного двигателя. Лишь появление двигателя внутреннего сгорания в корне изменило ситуацию, дав мощный толчок дальнейшему развитию этого оригинального вида транспорта.

000 лет до н. э. — человек изобрел колесо.
3000 лет до н. э. — в Древнем Риме появились первые дороги.
2000 лет до н. э. — колесо приобрело более привычный для нас вид. У него появились ступица, обод и соединяющие их спицы.
1700 г. до н. э. — появились первые дороги, мощенные деревянными брусками.
312 г. до н. э. — в Древнем Риме построены первые дороги с каменным покрытием. Толщина каменной кладки достигала одного метра.
1405 г. — появились первые рессорные конные экипажи.
1510 г. — конный экипаж приобрел кузов со стенами и крышей. Пассажиры получили возможность защититься от непогоды во время поездки.
1526 г. — немецкий ученый и художник Альбрехт Дюрер разработал интересный проект «безлошадной повозки», приводимой в действие мышечной силой людей. Люди, идущие сбоку экипажа, вращали специальные рукоятки. Это вращение с помощью червячного механизма передавалось колесам экипажа. К сожалению, повозка не была изготовлена.
1600 г. — Симон Стевин построил яхту на колесах, двигающуюся под действием силы ветра. Она стала первой конструкцией безлошадной повозки.
1610 г. — кареты претерпели два существенных усовершенствования. Во-первых, ненадежные и слишком мягкие ремни, укачивающие пассажиров во время поездки, были заменены стальными рессорами. Во-вторых, была усовершенствована конная упряжь. Теперь лошадь тянула карету не шеей, а грудью.
1649 г. — прошли первые испытания по использованию в качестве движущей силы пружины, предварительно закрученной человеком. Карету с приводом от пружины построил Йоханн Хауч в Нюрнберге. Однако историки эти сведения ставят под сомнение, поскольку существует версия, что вместо большой пружины внутри кареты сидел человек, который и приводил механизм в движение.
1680 г. — в крупных городах появились первые образцы конного общественного транспорта.
1690 г. — Стефан Фарффлер из Нюрнберга создал трехколесную повозку, передвигающуюся с помощью двух ручек, вращаемых руками. Благодаря этому приводу конструктор повозки мог перемещаться с места на место без помощи ног.
1698 г. — англичанин Томас Севери построил первый паровой котел.
1741 г. — русский механик-самоучка Леонтий Лукьянович Шамшуренков послал в Нижегородскую губернскую канцелярию «доношенье» с описанием «самобеглой коляски».
1769 г. — французский изобретатель Кюньо построил первый в мире паровой автомобиль.
1784 г. — Джеймс Уатт создал первую паровую машину.
1791 г. — Иван Кулибин сконструировал трехколесную самоходную коляску, вмещавшую двух пассажиров. Привод осуществлялся с помощью педального механизма.
1794 г. — паровую машину Кюньо сдали в «хранилище машин, инструментов, моделей, рисунков и описаний по всем видам искусств и ремесел» в качестве очередной механической диковинки.
1800 г. — существует мнение, что именно в этом году в России был построен первый в мире велосипед. Его автором был крепостной Ефим Артамонов.
1808 г. — на улицах Парижа появился первый французский велосипед. Он был изготовлен из дерева и состоял из перекладины, соединяющей два колеса. В отличие от современного велосипеда, у него не было руля и педалей.
1810 г. — в Америке и странах Европы начала зарождаться каретная промышленность. В крупных городах появились целые улицы и даже кварталы, заселенные мастерами-каретниками.
1816 г. — немецкий изобретатель Карл Фридрих Драйз построил машину, напоминающую современный велосипед. Едва появившись на улицах города, она получила название «беговой машины», так как ее хозяин, отталкиваясь ногами, фактически бежал по земле.
1834 г. — в Париже проводились испытания парусного экипажа, сконструированного М. Хакуетом. Этот экипаж имел мачту высотой 12 м.
1868 г. — считается, что в этот год французом Эрне Мишо был создан прообраз современного мотоцикла.
1871 г. — французский изобретатель Луи Перро разработал паровую машину для велосипеда.
1874 г. — в России построен паровой колесный тягач. В качестве прототипа был использован английский автомобиль «Эвелин Портер».
1875 г. — в Париже прошла демонстрация первой паровой машины Амадея Бдлли.
1884 г. — американец Луис Копленд построил мотоцикл, на котором паровой мотор был установлен над передним колесом. Такая конструкция могла разогнаться до 18 км/ч.
1901 г. — в России построен легковой паромобиль московского велосипедного завода «Дукс».
1902 г. — Леон Серполле на одном из своих паровых автомобилей установил мировой рекорд скорости — 120 км/ч.
Годом позже он установил еще один рекорд — 144 км/ч.
1905 г. — американец Ф. Мариотт на паровом автомобиле превысил скорость 200 км

Вместо пара - газ

К середине XIX в. были все предпосылки для создания и развития механических транспортных средств, однако не хватало самого главного — компактного, легкого, мощного и надежного двигателя. Еще французский физик Дени Папен, тот самый, который первым решил использовать силу пара, пытался построить двигатель, использующий взрывчатую энергию пороха. Это было в 1687 г., но дальше экспериментов дело не пошло.
Лишь через 100 лет изобретатели вернулись к идее «взрывчатого» мотора. Бензин в то время еще не был известен, единственно пригодным горючим считался светильный газ, поэтому первые двигатели должны были стать газовыми.

Патент — документ, удостоверяющий государственное признание технического решения изобретением и закрепляющий за лицом, которому он выдан, исключительное право на изобретение.

ВМЕСТО ПАРА — ГАЗ

Считается, что первые попытки создать новый двигатель были предприняты в 1799 г. Именно тогда француз Филипп Лебон высказал идею о том, что в цилиндры паровой машины можно впускать не пар, а горючий газ, который в нужный момент поджигался бы электрической искрой. Несколько позже он разработал конструкцию двухтактного двигателя, которую запатентовал в 1801 г. К сожалению, смерть изобретателя в 1804 г. не позволила воплотить его идеи в жизнь.
Следующие разработки в этой области можно отнести к 1807 г., когда швейцарец Исаак де Риваз подал заявку на «использование взрыва светильного газа или иных взрывающихся материалов как источника энергии в двигателе». Однако и эта конструкция не была реализована из-за отсутствия средств и технических возможностей.
Первым, кто изготовил технологичный, пригодный для производства двухтактный газовый двигатель, был французский механик Жак Ленуар. Это произошло в 1860 г.
История этого изобретения, совершившего настоящий революционный переворот в технике, началась, как это ни удивительно, в зале старинного ресторана в парижском предместье Сен-Дени, где работал в то время молодой Ленуар. Завсегдатаями этого ресторана были начинающие промышленники и ремесленники, которые между сменой блюд имели обыкновение оживленно обсуждать различные виды машин и удивительные изобретения. Работая официантом, Ленуар не только раньше других узнавал о технических новинках, но и старался разобраться в том, как они устроены. Вскоре он сменил смокинг официанта на рабочую блузу, а его способности к изобретательству помогли сколотить небольшой капитал для собственного дела.
Чтобы не разориться в жесткой конкурентной борьбе с крупными фабрикантами, необходимо было заменить лишние рабочие руки механическим двигателем. Но каким? Паровой не подходил для небольшой мастерской, к тому же для его обслуживания нужны были кочегары и машинисты, а это опять лишние расходы. Уже известный в те годы электродвигатель был тоже отвергнут из-за отсутствия мощного источника энергии.
Ленуар поставил перед собой задачу избавить паровую машину от наиболее громоздких ее деталей — котла и топки. Не имея специальных знаний, он стал искать ответ в архивах, изучая патенты на всевозможные виды двигателей, среди которых наиболее выгодным и перспективным ему показался газовый.

«Де Дион-Бутон D» с двигателем внутреннего сгорания. 1899 г.

Конструируя свой двигатель, Ленуар взял у предшественников самое лучшее. Для зажигания смеси светильного газа и воздуха служили две электрические свечи, ввернутые в крышки цилиндра. В двигателе Ленуара двойного действия полный цикл работы поршня длился в течение двух его ходов. При рабочем ходе поршня происходят впуск, воспламенение и расширение смеси в цилиндре, а при втором ходе — выпуск отработанных газов. Впуском и выпуском управляла задвижка-золотник, а золотником — эксцентрик, вмонтированный на валу двигателя. Котла и топки, так же как и кочегаров, не было, но на этом преимущества нового двигателя заканчивались. Его масса была ненамного меньше существующих паровых двигателей. А единица выработанной таким двигателем мощности обходилась в семь раз дороже, чем у парового собрата. Только одна двадцать пятая часть теплоты сгоревшего газа совершала полезную работу. Несложно подсчитать, что коэффициент полезного действия (КПД) такого двигателя равнялся всего 4%. Остальное тепло уходило с отработанными газами, нагревало корпус и выводилось в атмосферу. При частоте вращения вала 100 об/мин зажигание действовало ненадежно, двигатель работал с перебоями, хотя и развивал мощность, равную 1 л. с.
Причиной низкой производительности ленуаровского двигателя было недостаточное давление воспламенившейся смеси. Однако он работал и был признан пригодным для производства, а относительно небольшие размеры мотора устраивали хозяев. В конечном итоге это обеспечило высокий уровень продаж; двигателей и коммерческий успех ленуаровского предприятия.

Рабочий цикл — совокупность процессов, периодически повторяющихся в определенной последователъности

По-новому четырехтактный, но по-старому газовый

Продажа газовых двигателей Ленуара сопровождалась мощной рекламой и невероятной газетной шумихой. Известия о перспективной машине дошли до немецкого города Кельна, где в это время жил тридцатилетний продавец Никола-ус Отто. Узнав из газет о ленуаровском изобретении, он задался целью создать универсальный газовый двигатель, способный вытеснить парового собрата. Взвешивая днем в лавке макароны и пряности, Отто обдумывал конструкцию своего двигателя, а по вечерам экспериментировал с самодельной газовой машиной. После многочисленных опытов Отто смог усовершенствовать мотор Ленуара так, что его мощность существенно возросла.
Основная идея Отто состояла в том, что перед зажиганием смесь необходимо подвергать сжатию, а взрыв выгоднее всего производить в крайнем верхнем положении поршня. Однако, чтобы сконструировать экономичный двигатель с КПД, достигающим хотя бы 15%, Отто понадобилось 15 лет. Изготовленный двигатель назвали четырехтактным, так как процесс в нем совершался в течение четырех ходов поршня и, соответственно, двух оборотов коленчатого вала.

Схема работы четырехтактного двигателя.

Вначале, при движении поршня вниз, смесь воздуха и горючего газа через открытый впускной клапан поступала в цилиндр, происходил первый такт работы двигателя — впуск. После этого поршень поднимался вверх, впускной клапан закрывался и смесь, не имея выхода наружу, сжималась, происходил второй такт — сжатие. Далее смесь воспламенялась от запальной камеры, где постоянно горел газ. Происходило зажигание смеси, и расширяющиеся во время горения газы толкали поршень вниз, совершая механическую работу третьего такта — рабочий ход. После этого поршень вновь поднимался вверх, выталкивая через открывшийся выпускной клапан продукты горения наружу. Это был четвертый такт двигателя — выпуск.
Зажигание горелкой не применяется в современных двигателях, но рабочий цикл двигателя Отто полностью сохранился до наших дней. По четырехтактному циклу работает подавляющее большинство современных автомобильных двигателей.
К недостаткам двигателя Отто относились его тихоход-ность и большая масса. Увеличение числа оборотов вала до 180 об/мин приводило к перебоям в работе и быстрому износу золотника. Большое давление в цилиндре требовало крепких кривошипного механизма и стенок цилиндра. Для размещения газа нужен был огромный резервуар, так что такой двигатель был еще непригоден для установки на автомобиле, но получил широкое распространение в стационарных условиях — на заводах и фабриках.
В начале 1864 г. Отто при поддержке Ойгена Лангена, члена богатой семьи, извлек материальную выгоду из своего изобретения. Организованная им компания «Отто и К°» в 1867 г. продемонстрировала публике «кельнский моторчик», который в жесткой конкурентной борьбе с 14 подобными конструкциями выиграл состязание на экономичность.

1 июля 1811 г, немецкому инженеру-изобретателю Николаусу Аугусту Отто был выдан патент на четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания конструкции Отто.

Постепенно небольшая фирма Отто расширялась благодаря возросшему числу заказчиков и финансовой помощи семьи Лан-генов. В 1872 г. она превратилась в «Акционерное общество газомоторной фабрики Отто-Дойц», в котором вскоре пересеклись судьбы талантливых изобретателей, предопределивших судьбу автомобиля, — Николауса Отто, Готлиба Даймлера и Вильгельма Майбаха. Именно Даймлер и Майбах, приглашенные работать к Отто, а впоследствии основавшие собственную фирму, внесли наибольший вклад в создание компактного двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком топливе и пригодного для применения на транспорте.
Конструктор двигателя, работающего по четырехтактному циклу, Николаус Отто умер в 1891 г. Его здоровье было подорвано бесконечными судебными процессами по обвинению в плагиате и клеветой со стороны конкурентов.

ПРОДОЛЖАЯ ДЕЛО ОТТО

Готлиб Даймлер родился в 1834 г. в семье пекаря из маленького селения недалеко от Штутгарта (Германия). Получив образование в Высшем политехническом училище в Штутгарте, он стал инженером. В течение пяти лет Даймлер занимал должность технического директора на заводе в Карлсруэ, который выпускал паровозы и мостовые конструкции. Там он познакомился с Вильгельмом Майбахом, имевшим незаурядные способности в черчении и рисовании, чем привлек внимание технического директора. В дальнейшем их разлучила только смерть Даймлера.
Вскоре Даймлер и Майбах получили приглашение работать на заводе Отто для организации серийного производства газовых двигателей. Спустя некоторое время Майбах посетил Америку, где прошел практический курс машиностроительного искусства. По возвращении он возглавил конструкторское бюро завода. Несмотря на выгодные условия контракта, разногласия в руководстве по поводу работы над небольшим бензиновым двигателем, пригодным для лодки, дрезины, воздушного шара, мотоколяски, стали настолько сильными, что Даймлер и Майбах оставили в 1882 г. фирму Отто и начали самостоятельную работу над компактным двигателем внутреннего сгорания.
Первый двигатель, разработанный Даймлером, годился и для транспортного, и для стационарного применения. Работал он и на газе, и на бензине (чтобы ознакомиться со свойствами этого легкого топлива, Даймлер совершил путешествие в Россию, где существовал завод по перегонке сырой нефти в керосин и бензин). Все дальнейшие конструкции Даймлера были рассчитаны исключительно на жидкое топливо. Для этого он применил специальное устройство — карбюратор. В нем бензин испарялся, пары смешивались с воздухом и поступали в цилиндры двигателя.
Почтенных немцев пугали взрывы паров бензина, происходящие в двигателе внутреннего сгорания Даймлера. Поэтому изобретателю приходилось испытывать свои повозки тайно, по ночам, на загородных дорогах. Однажды ему даже пришлось пуститься на хитрость. Установив на лодку бензиновый двигатель, Даймлер укрепил вдоль ее бортов огромные изоляторы с натянутыми на них проводами. Это позволило ему убедить сограждан в том, что лодка приводится в действие электричеством, которое обывателям казалось менее опасным по сравнению с бензином.


Вильгельм Майбах (1846-1929). 9 февраля 1846 г. родился выдающийся авто-конструктор Вильгельм Майбах, друг и помощник Готлиба Даймлера, изобретателя одного из первых автомобилей.
1882 г. — Даймлер и Майбах начали работу над компактным двигателем внутреннего сгорания.

Двигатель, установленный на первом автомобиле Готлиба Даймлера. 1886 г.

Первый V-образный двигатель Майбаха.

25 ноября 1844 г. в немецком городке Ланденбург близ Мангейма родился Карл Бенц — известный всему миру создатель работоспособного автомобиля и основатель одноименной фирмы.

Основным показателем работы двигателя на транспортной машине Даймлер справедливо считал большую частоту вращения его вала, обеспечиваемую интенсивным воспламенением смеси. Частота вращения вала у двигателя Даймлера была в 4—5 раз больше, чем у газовых двигателей, и достигала 450—900 об/мин, а мощность на литр рабочего объема — вдвое больше. Соответственно могла быть уменьшена масса всего механизма. Кроме этого, картер двигателя, заполненный смазочными маслами, защищал подвесные части от пыли и грязи. Охлаждению воды в окружающей двигатель водяной рубашке способствовал пластинчатый радиатор. Для пуска двигателя служила заводная рукоятка.

ДВИГАТЕЛЬ БЕНЦА

Одновременно с Готлибом Даймлером похожим путем шел к созданию своего двигателя другой немецкий изобретатель — Карл Бенц. Он родился в 1844 г. в семье паровозного машиниста и в детстве мечтал продолжить дело отца. Свою инженерную деятельность после окончания политехникума Бенц начал на паровозостроительном заводе в Карлсруэ. Но идея передвижения по рельсам к тому времени уже перестала его привлекать. Молодой инженер занялся проектированием городского паромобиля, опыт работы над которым окончательно разочаровал его в идее паровозного транспорта.
В 1871 г. он купил небольшие механические мастерские, где решил изготовлять и ремонтировать приобретающие все большую популярность двигатели внутреннего сгорания. Посоветовавшись со специалистами, Карл Бенц выбрал в качестве основного двигателя внутреннего сгорания газовый, двухтактный. Выбор оказался точным. Небольшие мастерские через двенадцать лет превратились в солидную фирму «Бенц и К°», выпускающую двигатели различного назначения. К этому времени Бенц решил построить легкий трехколесный экипаж с двигателем внутреннего сгорания. Однако двигатели, выпускаемые предприятием Бенца, не подходили для этой цели: они были сложны, тяжелы и неэкономичны. «Затруднения в осуществлении проблемы заключаются в моторе. Добыть годный мотор — все добыть», — так в то время сформулировал сорокалетний инженер свою задачу. «Добыть» для него значило «создать».
Мысль о том, что газ — не совсем подходящее топливо для самоходного экипажа, пришла Бенцу практически сразу. Сто лет назад сколько-нибудь значительные его запасы нельзя было разместить на небольшой машине. Затем изобретателю предстояло решить задачу — двух- или четырехтактным проектировать двигатель? Хотя двухтактный цикл позволял в то время получить большую мощность, правильно оценив будущие особенности эксплуатации, Бенц решил, что двигатель его машины должен быть четырехтактным — более простым и надежным.
В 1885 г. Карл Бенц построил четырехтактный бензиновый одноцилиндровый двигатель с искровым зажиганием. На испытательном стенде он развил 300 об/мин и показал мощность около 2/3 л. с.
Далее предстояло решить вопросы передачи движения от двигателя к колесам и управляемости самоходного экипажа. Как писал сам Бенц, сложности управления четырехколесной машиной вынудили его принять трехколесную схему с передним управляемым колесом и двумя задними ведущими. Привод от двигателя к колесам осуществлялся металлической роликовой цепью и включал в себя дифференциал. Летом 1885 г. состоялись первые испытания самохода, изготовленного изобретателем.
В 1886 г. Карл Бенц подал заявку на оформление патента на самодвижущийся экипаж с двигателем внутреннего сгорания. До 1886 г. изобретатель не мог использовать на своем детище четырехтактный двигатель, так как он охранялся патентом, выданным 1 июля 1877 г. Николаусу Аугусту Отто.
29 января 1886 г. Бенц получил патент на свою самоходную машину. Но понадобилось еще около десяти лет, чтобы сделать ее практически пригодной для широкого потребления и коммерчески рентабельной. Немалая заслуга в том принадлежала жене и сыновьям изобретателя, которые летом 1888 г. втайне от главы семейства, не располагая специальными знаниями и оборудованием, отважились совершить на автомобиле путешествие из Мангейма в Пфорцгейм. Они успешно преодолели расстояние 180 км, выявив ряд слабых мест машины и опробовав на практике простейшие способы ремонта.

«Даймлер Вагонетт» 1897 г.

Первый трехколесный автомобиль Карла Бенца. 1885 г.

Фрау Бенц во время своего путешествия не раз проявила смелость и находчивость. Однажды ей пришлось заново обивать кожей тормоз у деревенского сапожника, другой раз — укорачивать с помощью кузнеца растянувшуюся цепь, прочищать трубку подачи топлива шляпной булавкой и даже изолировать поврежденный электрический провод чулочной подвязкой.
Заявки на патенты Бенц и Даймлер подали почти одновременно, однако в разные патентные бюро. И в каждом чиновники, выдававшие изобретателям привилегии, искренне думали, что регистрируют самую первую конструкцию механического экипажа с двигателем внутреннего сгорания.
Механизмы, приводившиеся в движение двигателем внутреннего сгорания, были созданы задолго до 1886 г., но Бенц был первым, кто предложил покупателю годный для эксплуатации прообраз современного автомобиля, а Даймлер первый запустил в производство функциональный автомобильный двигатель.
Весть о появлении на немецких дорогах бензиновых легких, простых и хорошо работающих автомобилей быстро разлетелась по свету. В это же время почти одновременно Даймлер и Бенц начали продавать свои автомобили за границу. Автомобили Бенца благодаря Эмилю Роже, его парижскому представителю, стали известны во Франции столь же хорошо, как и в Германии. Однако их производство еще не было массовым — это были лишь малые серии наиболее удачных конструкций. Например, первый автомобиль Бенца, известный как «Патент Моторваген», с 1888 по 1893 г. был изготовлен в количестве всего 15 экземпляров.

Автомобиль «Мерседес Симплекс». 1902 г.

Лишь в начале 90-х гг. XIX в. производство бензиновых автомобилей начало интересовать другие фабрики в Германии и за ее пределами. Так, французские фабрики «Пежо» (производившая велосипеды) и «Панар-Левассор» обратились к Даймлеру с просьбой о продаже лицензии на производство его двигателей для самоходных экипажей. Сделка была совершена, и первые автомобили известных в будущем марок «Пежо» и «Панар-Левассор» были оснащены двигателями конструкции Даймлера (причем до этого на автомобили «Пежо» устанавливались двигатели, произведенные «Панар-Левассором»). Лицензии на производство двигателей Даймлера купили и другие фирмы в Италии, Англии и Франции.

8 марта 1858 г. родился еще один немецкий изобретатель, сделавший для автомобилестроения не меньше, чем Карл Бенц или Готлиб Даймлер. Звали этого человека Рудольф Дизель. Он появился на свет в немецкой семье, эмигрировавшей во Францию. В 1870 г. из-за начавшейся франко-прусской войны (1870—1871) семью будущего изобретателя выслали в Англию. Для получения образования родители отправили Рудольфа в Германию, сначала в Аугсбург, а затем в Мюнхен в Высшую техническую школу, которую он окончил с отличием. Большой удачей для него стало покровительство известного инженера Карла фон Линде, устроившего Дизеля в 1880 г. на работу в парижское отделение своей фирмы.
Долгие годы Рудольф работал над созданием двигателя, в котором, по его замыслу, воздух должен был сжиматься таким образом, чтобы при соединении его с топливом создавалась необходимая для воспламенения температура. Такой двигатель, по расчетам изобретателя, смог бы работать не только на дорогом и редком бензине, но и на других видах топлива — керосине, солярке, нефти. В 1890 г. Дизеля перевели в берлинское отделение фирмы. Здесь он закончил расчеты и теоретическое обоснование своей идеи нового двигателя. Логическим завершением его исследований стал патент от 28 февраля 1892 г. на «метод работы машины и способ изготовления двигателей внутреннего сгорания». Казалось, что речь идет о какой-то модернизации известных тогда двигателей этого типа. На самом деле это был патент на первый в мире двигатель с самовоспламенением топливной смеси от сжатия, названный впоследствии именем Дизеля.

14 января 1896 г. была основана одна из первых автомобильных фирм Англии — «Даймлер Мотор Компани». Этот день считается днем рождения английской автомобильной промышленности.
Вначале компания импортировала немецкие машины, а спустя год занялась самостоятельной сборкой. Уже через пять лет из ворот английского «Даймлера» выходил и машины, на которые устанавливались десятки различных моторов — от 2- до 4-цилиндровых.

Дизельный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Работает на дизельном топливе.

Дизельное топливо — жидкое нефтяное топливо: керосиновые, газойлевые и соляровые фракции прямой перегонки нефти.

Путь от идеи до создания работающего образца оказался долгим. В апреле 1893 г. в специально оборудованном помещении фирмы «Машиненфабрик Аугсбург» Рудольф Дизель вместе со своими помощниками Фогелем и Линдером начал постройку своего «рационального мотора». В конце июля 1893 г. первый в мире дизельный двигатель был готов, но еще почти год понадобился для его доработки. Первые испытания агрегата, можно считать, завершились удачно, так как никто не был убит или даже ранен, когда опытный образец разлетелся под давлением на части.
Дату 17 февраля 1894 г. можно считать днем рождения двигателя, работающего на дешевых видах топлива. Именно в этот день в мастерской, принадлежавшей Дизелю, в течение одной минуты проработал второй опытный образец двигателя, совершив при этом 88 оборотов. И что интересно — сам Дизель этого события не заметил. То, что мотор внезапно ожил, увидел монтер, служивший у изобретателя и отвечавший за работу клапана впрыска топлива. Рабочий от изумления лишился дара речи и молча снял шапку. По этому движению Дизель понял, что событие, которого он ждал столько лет, произошло. Все также молча инженер и монтер пожали друг другу руки. В эти дни в дневнике Дизеля появилась такая запись: «Первый двигатель не работает, второй работает невжно, третий будет хорош». Это был итог нескольких десятков лет напряженного труда.
В 1897 г. Дизель продемонстрировал двигатель мощностью 25 л.с. Высокоэффективный и экономичный двигатель заинтересовал фирму крупного немецкого промышленника Круппа, а также владельцев машиностроительных заводов Аугсбурга и многих других. Вскоре патент Дизеля был куплен крупнейшими германскими фирмами, а также многими компаниями Франции, Англии, Бельгии, Швейцарии. Даже американский магнат Рокфеллер предлагал Дизелю свою помощь.
В 1898 г. две машиностроительные фирмы, на одной из которых работал Дизель, объединились в компанию «Машиненфабрик Аугсбург—Нюренберг» (МАН), которая производит ныне мощные дизельные двигатели и тяжелые дизельные грузовики. В то время фирма МАН заключила с Дизелем договор о дальнейших работах над многообещающим двигателем. Последующие годы прошли для изобретателя в работе над совершенствованием двигателей, за которые он получил первые призы на всемирных выставках и миллионные доходы от продажи патентов, а также в постоянных распрях и судебных тяжбах с покупателями, возвращавшими фирме неспособные к работе экземпляры, и с патентовладельцами, обвинявшими Дизеля в использовании их идей. До конца своей жизни ему так и не удалось построить работоспособный двигатель, который можно было бы использовать на автомобиле.
29 сентября 1913 г. Рудольф Дизель погиб. Вокруг его смерти ходит столько легенд, что трудно определить, как это произошло на самом деле. Точно известно лишь то, что погиб Дизель во время морского путешествия из Франции в Англию через пролив Ла-Манш. По одним данным, его смерть произошла во время крушения почтового парохода «Дрезден», по другой версии, изобретатель покончил жизнь самоубийством из-за финансовых неудач.
Некоторые историки придерживаются другого мнения о причинах смерти Рудольфа Дизеля. В сентябре 1913 г. он должен был отправиться в Лондон, чтобы проконсультировать британское адмиралтейство по вопросам работы нового мотора. Вечером 29 сентября он поднялся на борт парохода, а утром его каюта оказалась пуста. Поиски изобретателя на корабле не увенчались успехом. Считают, что в смерти Дизеля виновны агенты тайной службы Германии, устранившие талантливого изобретателя, чтобы он не смог продать свои открытия Англии или Франции накануне первой мировой войны (1914—1918).
Для того чтобы не тратить время на излишние технические подробности, остановимся на основных моментах, связанных с работой дизельного двигателя. Разговор об автомобиле редко обходится без упоминания о бензине. Понятия «бензин» и «автомобиль» тесно связаны в нашем сознании, ведь до сих пор большинство автомобилей работает на бензине. Бензин, как известно, получают в результате довольно сложной переработки нефти, после которой остаются тяжелые виды жидкого топлива. В силу своих физико-химических свойств они воспламеняются не так легко, как бензин.

10 августа 1893 г. немецкий изобретатель Рудольф Дизель, посвятивший всю свою жизнь единственному творческому «детищу», доказал принципиальную возможность самовозгорания бензина в сжатом до 34 атмосфер воздухе. Когда внутри цилиндра произошла вспышка топлива, индикатор давления разлетелся на куски, едва не пробив голову изобретателю. Первый двигатель так и не заработал. Второй эксперимент состоялся через шесть месяцев и закончился рождением дизельного двигателя.

Дешевизна потребляемого топлива — не единственное достоинство дизельного двигателя. Он расходует в IS раза меньше топлива, чем карбюраторный бензиновый двигатель. Экономия достигается за счет вдвое более высокой степени сжатия.

Главное отличие в работе бензинового и дизельного двигателей состоит в том, что в последнем в цилиндр засасывается не горючая смесь, а воздух. Поршень сжимает воздух, при этом его температура повышается. В момент наибольшего сжатия насос впрыскивает в цилиндр порцию топлива. От нагрева оно самовоспламеняется. Такой способ работы позволяет отказаться от сложной конструкции электрического зажигания. Топливо подается в цилиндр под давлением, а его испарению способствует высокая температура в цилиндре, поэтому оно может быть более низкого качества.
Однако наряду с преимуществами дизельный двигатель имеет и ряд недостатков. От карбюратора он избавился ценой использования очень дорогих насоса и форсунок. Высокое давление потребовало прочной и тяжелой конструкции. Тяжелые детали ограничивали частоту вращения вала двигателя, что делало его не таким быстроходным, как бензиновый. Запуск дизельного двигателя в холодную погоду был затруднен и требовал установки на автомобиль мощных и тяжелых стартера и аккумуляторов. Кроме этого, дизельные двигатели оказались более шумными, чем карбюраторные. Эти недостатки длительное время задерживали применение дизельных двигателей на легковых автомобилях, однако к 30-м гг. XX в. их широко начали использовать на большегрузных автомобилях и многоместных автобусах.