3. «Ветераны» Механизмы — то простые, то сложные

Сложившаяся к началу XX века схема двигателя не претерпела коренных изменений. Собранный из отдельных цилиндров двигатель получался очень длинным. Сама по себе его длина, как уже сказано, не тревожила конструкторов. Но увеличивалась масса двигателя, длинные валы становились восприимчивыми к изгибу и вибрациям. Решили отливать цилиндры попарно, без промежутка между цилиндрами пары. При этом сохранялся принцип их унификации, поскольку одноцилиндровые двигатели выходили из употребления, а нечетные комбинации цилиндров почти не применялись.

За период «ветеранов» средняя и литровая (на 1 литр рабочего объема) мощность, частота вращения вала двигателя возросли вдвое, рабочий объем двигателя — в полтора раза. Затем объем уменьшился, а прочие показатели продолжали расти. Вдвое увеличились число цилиндров и степень сжатия, а средний объем одного цилиндра'уменьшился в 2 с половиной раза. Эти количественные изменения способствовали росту удельной мощности, бесперебойности и плавности работы, приемистости двигателя (см. график в конце четвертой главы). Но сами по себе количественные изменения не дали бы эффекта без устройств для своевременной подачи горючей смеси в должном объеме и составе, ее эффективного сгорания, очистки цилиндров.

3. «Ветераны» Облик автомобиля начала 20 века

У всех «предков» общие черты: спортивно-прогулочное назначение, внешнее сходство с конным экипажем, отсутствие комфорта, осветительных и сигнальных приборов. Вместе с тем великое разнообразие комбинаций механизмов: двигатель сзади, посередине, под кузовом, иногда спереди, с числом цилиндров от одного до четырех и всякими вариантами их расположения, системами зажигания, газораспределения, питания, смазки и охлаждения. Трансмиссия — от фабричных приводных ремней и велосипедных цепей до коробки с прямой передачей и карданного вала и т. д.

Лишь двум «предкам» удалось удержаться на производстве в течение нескольких лет нового века и даже стать прототипами ряда моделей автомобилей в разных странах. Это европейский «Де-Дион» и американский «Олдсмобиль». Своим долголетием они обязаны простоте и относительной практичности конструкции.

3. «Ветераны» (На рубеже веков. Некоторая систематизация)

Так или иначе, безлошадная повозка двигалась. Двигалась с оглушительным шумом, приводившим в смятение прохожих. Иные люди презрительно рассматривали неказистую машину, эту забаву самодельщиков-умельцев. Но было и немало энтузиастов, которым казалось чудесным катить со скоростью 30 (!) км/ч в «бензиновом» экипаже. Их не останавливала высокая цена повозки, не обескураживали частые поломки, не отпугивали холод, встречный ветер и пыль. Они кутались в меха, защищались огромными очками и возили с собой солидный груз инструмента и запасных частей. Если поездка на автомобиле заканчивалась благополучно, писали фирме восторженную благодарность.

Однако в дальнейшем даже сторонники автомобиля начали обращать внимание и на его недостатки. Скорость 30—40 км/ч уже не приносила удовлетворения, шум двигателя утомлял и раздражал, расход топлива представлялся чрезмерным, тормоза — слабыми, тряска — нестерпимой. От восторгов и благодарностей перешли к требованиям. Фабрикантам автомобилей в конкурентной борьбе пришлось применить новейшие конструктивные решения, прогрессивные технологические процессы. Наступил новый период развития автомобиля.

2. Рождение автомобиля(Рожденные открытиями науки)

Профессии автомобильного инженера еще не было, специалистов этого профиля ни одно учебное заведение не готовило. Конструкторы автомобилей — они же нередко фабриканты — ранее были, например, специалистами по деревообработке (Панар), сантехнике (Бьюик), швейным и пишущим машинам (фирма «Адлер» и другие), оружию (Гочкисс), в лучшем случае — по двигателям, локомотивам (Берлье), экипажам (Студбейкер) и велосипедам. Немудрено, что большинство новоявленных автомобильных конструкторов терпело неудачу, и лишь наиболее предприимчивые и талантливые добивались успеха. Таковы, кроме тех, о ком уже рассказано, В. Лянча (Италия), Г. Ледвинка и будущий конструктор самого распространенного в мире автомобиля «Фольксваген» Ф. Порше (Австро-Венгрия), Г. Ройс и Г. Остин (Англия), Р. Олдс и Г. Форд (США). О них речь впереди.

Проектирование и постройка одного автомобиля занимали в XIX веке примерно 5 человеко-лет работы. Таким образом, годичный выпуск 100 машин требовал около 500 рабочих или несколько менее, если в конструкции использовались покупные элементы. К концу века совершенствование технологии и унификация автомобилей каждой фирмы сократили трудоемкость изготовления одной машины примерно вдвое.

Автомобильному двигателю нужен... автомобиль

Задача конструктора автомобиля поначалу казалась простой: взять один из уже имевшихся двигателей и приспособить его к экипажу, чтобы последний мог двигаться без лошади. Не предназначали моторный экипаж для каких-то особых условий, имелись в виду прогулочные поездки. Поэтому не было нужды в специальных колесах, кузовах, рессорах и механизмах передачи усилия, которые отличались бы от экипажных или велосипедных.

Все же пришлось создать новые механизмы — привод рулевого управления (вожжи здесь не подходили) и устройство для изменения на ходу усилия, передаваемого от двигателя к колесам. Примером для рулевого привода послужил судовой румпель — поводок (остряки назвали его «коровьим хвостом») или маховичок-штурвал, передвигавший вправо-влево тягу рулевой трапеции. Ее конструкцию упростил и улучшил француз Шарль Жанто (1843—1906) в 90-х годах. На вуатюретках ставили две велосипедные вилки, соединенные трапецией и поворачиваемые велосипедным же рулем с рукоятками или тем же «коровьим хвостом». Передаваемое от двигателя усилие изменяли заимствованным от станков ременным приводом. Для каждой передачи имелись отдельные шкивы, бывало что и отдельный рычаг. Когда машина трогалась с места, передача шла с малого шкива на большой. После короткого разгона «шоффер» вводил в действие шкивы с меньшей разницей в диаметрах, а затем и одинаковые. Усилие уменьшалось, а скорость возрастала. На первом автомобиле Бенца было всего два шкива — рабочий и холостой, на который переводили ремень, чтобы не глушить двигатель при остановках автомобиля.

Двигатель специально для автомобиля

Даймлеровский двигатель, как уже отмечено, был специфически транспортным. Он питался смесью жидкого топлива с воздухом, притом экономно. Частота вращения вала была в 4—5 раз больше, чем у газовых двигателей, а литровая мощность (л. с/л) — вдвое. На единицу мощности приходилась меньшая масса.

Первые двигатели Бенца имели скорость вращения вала, не превышающую 400 об/мин; и эту тихоходность Бенц оправдывал долговечностью и бесшумностью двигателя. Кривошипный механизм оставался открытым, как у стационарных двигателей. Наиболее интересно в двигателе Бенца электрическое зажигание смеси, в принципе такое же, как у теперешних двигателей.  Увы,  оно  работало  очень  неустойчиво.

Увеличить мощность двигателя и тем самым скорость автомобиля было не так-то легко. Если увеличивать диаметр цилиндра, то возрастают силы, действующие на его стенки, на детали кривошипного механизма. Если же увеличивать длину хода поршня, то цилиндр трудно разместить на автомобиле, растут размеры частей кривошипа. В обоих случаях двигатель становится тяжелее. Эти обстоятельства привели конструкторов к мысли — умножить число цилиндров. Даймлер выполнял двухцилиндровыми (V-образными) уже свои самые ранние двигатели, а в 1891 году построил первый четырехцилиндровый.

2. Рождение автомобиля (Почему именно ДВС)

В первое время автомобиль был для большинства населения чем-то нереальным, недостижимым и весьма непрактичным, в лучшем случае забавной диковиной, а чаще — дымной и опасной машиной. Может быть, связанной с нечистой силой. Несовершенство тогдашних автомобилей, действительно, давало основания для недоверия и отрицательных оценок.

Автомобиль как средство транспорта был еще слишком хлопотным и ненадежным. Вплоть до XX века его рассматривали исключительно как занятную механическую игрушку, спортивный снаряд, экипаж для прогулок или торжественных выездов. В США до первой мировой войны в официальных документах фигурировал термин «плежер-кар» (т. е. «повозка для удовольствия»), обозначавший «легковой автомобиль». Его техническая характеристика соответствовала требованиям, обычным для конного экипажа. Журнал «Мотор-Эйдж» (США, 1900) в статье «Что такое превосходный автомобиль» писал:

«Это красивый, стильный экипаж, который может быть пущен в ход мгновенно и без предшествующих продолжительных и трудоемких приготовлений, может быть мгновенно же остановлен, может двигаться с любой скоростью вплоть до 25 миль в час, полностью контролироваться любым лицом без специального обучения, двигаться по неровным улицам и дорогам, преодолевать крутые подъемы, словом, выполнять все, что выполняет лошадь или упряжка лошадей с экипажем, и выполнять это более удовлетворительно, с меньшими затратами, и в то же время не имеет дефектов, присущих лошади, и новых собственных дефектов».

2. Рождение автомобиля (416 изобретателей)

Стремление людей увеличить скорость транспорта (конечно, и другие его показатели, но прежде всего скорость) ускоряло и смену событий в истории его развития. Сначала их разделяли столетия, потом десятки лет. Теперь уже каждый год знаменуется событием, а то и несколькими. Если для тысячелетий нам хватило одной главы, то во вторую едва укладываются сведения о технических достижениях за полтора-два десятка лет.

Зарегистрировано 416 претендентов на почетный титул «изобретателя автомобиля». По всему видно, назревали решающие события. Нынешние ученые и конструкторы, когда им нужно прогнозировать развитие в своей области, непременно проводят патентный поиск: изобилие заявок на определенную тему свидетельствует о наиболее вероятном направлении развития.

Из 416 изобретателей наиболее заметный след в истории создания автомобиля оставили не более пяти.

Зигфрид Маркус (1831 —1898) был чиновником, инженерных знаний ему не хватало. Его «безлошадная повозка» оказалась неспособной ездить без помощи лошади. Однако должна же была родина Маркуса, империя Австро-Венгрия, как и другие страны, иметь «своего» изобретателя автомобиля! И вот сочинили миф о замечательных качествах повозки Маркуса. Ее (точнее, ее копию, изготовленную в 1949 году) можно видеть в Техническом музее в Вене. Перед ней — табличка с надписью:

Сила, которую можно возить с собой

Двигатель для автомобиля, как и сам автомобиль, непременно должен был появиться в последней четверти прошлого века. И двигатель появился, а потом вот уже в течение 100 лет безраздельно господствует на автомобилях. Разговор идет о поршневом двигателе внутреннего сгорания (ДВС), работающем на бензине по четырехтактному циклу. О конструкциях ДВС других типов будет рассказано ниже.

Создатели первых транспортных ДВС отталкивались от конструкции паровой машины. Как сделать ее более компактной и производительной? Самые объемные, к тому же опасные ее элементы — топка и котел. Значит, их-то и нужно заменить, считали изобретатели. Чем? Ответ на этот вопрос казался простым: нужен резервуар с горючим газом, например светильным. Газ надо смешать с воздухом, вводить в цилиндр машины и там воспламенять. Горение и расширение смеси произведут силу, которая заменит пар. Топка и котел больше не понадобятся.

Еще в 1860 году французский механик Этьен Ленуар (1822—1900) построил газовый двигатель, напоминавший паровую машину. Однако сама по себе смесь светильного газа и воздуха в отличие от пара не давит на поршень. Нужно ее поджечь. Для зажигания служили две электрические свечи, ввернутые в крышки цилиндра. Двигатель Ленуара — двусторонний (или, как принято говорить, двойного действия; рабочий процесс происходит с двух сторон поршня) и двухтактный, т. е. полный цикл работы поршня длится в течение двух его ходов. При первом ходе происходят впуск, воспламенение и расширение смеси в цилиндре (рабочий ход), а при втором ходе — выпуск отработавших газов. Впуском и выпуском управляет задвижка-золотник, а золотником — эксцентрик, смонтированный на валу двигателя.

1. Предшественники автомобиля (эпоха пара)

Из нашего короткого рассказа видна связь между деталями и механизмами экипажей, самокаток, велосипедов. Но, достигнув известного совершенства, велосипед, например, стал развиваться самостоятельно. Другой пример: во второй половине XVIII века паровую машину одновременно попытались установить на безрельсовую повозку, применить на рельсовом и водном транспорте; некоторое время паровые автомобили развивались параллельно с локомотивами, потом — с бензиновыми автомобилями, конкурируя и вместе с тем помогая друг другу.

Первым практически действовавшим паровым автомобилем считается «паровая телега» француза Никола-Жозефа Кюньо (1715—1804). Он хотел создать мощную тяговую силу для артиллерийских орудий и перевозки снарядов.

Телегу изготовили в 1769 г. в мастерских парижского арсенала, где привыкли к очень прочным и потому тяжелым повозкам с толстыми листами железа, медными втулками, дубовыми брусьями, крупными болтами и заклепками. Материалы и орудия производства наложили свой отпечаток на конструкцию телеги: она весила целую тонну, столько же пришлось на воду и топливо, еще столько же на долю самой паровой машины.

Платформа для грузов крепилась к дубовой раме телеги. Рама опиралась на заднюю ось с колесами артиллерийского типа. Единственное, как и у самокатки Кулибина, переднее колесо с шипами для лучшего сцепления с дорогой могло поворачиваться на подрамнике-вилке и шкворне. С управлением телегой еле справлялись два человека. Перевозя до 3 т груза, телега передвигалась со скоростью пешехода — 2—4 км/ч.

1. Предшественники автомобиля (Продолжение человека)

Как было бы замечательно, если бы экипаж стал самодвижущимся, безлошадным! Над этой проблемой люди ломали голову с давних пор. Какую силу, какой механизм применить к повозке?

Начиная с XV века появлялись десятки самодвижущихся (развлекательных или военных) экипажей и их проектов. Тут и конструкции великого итальянца Леонардо да Винчи, которые приводились в действие слугами, шагающими рядом с повозкой или находящимися на ней самой; и повозка германского художника Альбрехта Дюрера со всеми приводными колесами — если одно попадает в грязь и скользит, то другие продолжают катить повозку (прообраз полноприводного автомобиля повышенной проходимости); и русская «самобеглая коляска» Леонтия Шамшуренкова. со счетчиком пробега, успешно испытанная в Петербурге...

Расскажу немного подробнее лишь о трехколесной «самокатке» придворного механика Екатерины II — Ивана Петровича Кулибина (1735—1818). Слуга, который приводил ее в движение, находился сзади — «на запятках». Ступая на педали, он толкал тяги, они передавали усилие на зубчатое колесо храпового механизма, насаженного на ось маховика.

Хотя Кулибин создавал всего-навсего очередную «диковину», предназначенную для прогулок по аллеям парка, он поставил перед собой те же задачи, которые стоят и в наше время перед конструкторами автомобилей: сделать работу коляски плавной, обеспечить ее движение не только по ровным, но и по пересеченным дорогам и на подъемах.

Введение

Введение

Из греческого «аутос» — «сам» и латинского «мобилис» — «подвижный» в европейских языках сложилось прилагательное «самодвижущийся», буквально «автомобильный». Оно относилось к часам, куклам-автоматам, ко всяким механизмам, в общем, ко всему, что служило как бы дополнением, «продолжением», «усовершенствованием» человека.

Желание освободиться от физических усилий при перемещении чего-либо или облегчить их, располагать большей силой, быстротой, оставить за собой лишь управление работой владело мечтами людей. Они создавали сказания о коврах-самолетах, семимильных сапогах и волшебниках, переносящих человека за тридевять земель мановением жезла. Что касается не сказочных, а реальных транспортных средств (а именно о них и пойдет речь), то роль их двигателя сначала выполняли сами люди (катить легче, чем волочить или нести на себе), потом приспособили животных — волов, оленей, собак, больше всего лошадей.