У колыбели бензинового автомобиля

У колыбели бензинового автомобиля

Французский инженер Жан Ленуар за три года до рождения Генри Форда, в 1860 году, построил для моторной лодки первый двигатель внутреннего сгорания, работавший на светильном газе.

Двигатель Ленуара имел много конструктивных недостатков и не произвел на своих современников никакого впечатления. Никому не могло прийти в голову, что новый двигатель положил начало огромному перевороту в технике, что человечество в области техники сделало новый гигантский шаг вперед.

Прошло шестнадцать лет. Немецкий инженер Отто усовершенствовал двигатель Ленуара, заставив его работать по четырехтактному принципу.

Принцип четырехтактного «цикла Отто» заключался в том, что вся совокупность явлений, обусловливающих работу двигателя, то есть заполнение цилиндра свежей рабочей смесью, сгорание ее и очищение цилиндра от получившихся продуктов сгорания, происходит в течение четырех тактов.

Представим себе цилиндр с движущимся в нем поршнем. Первый такт заключается в том, что поршень делает ход сверху вниз, а коленчатый вал проворачивается на половину полного оборота. Этот такт называется всасыванием, а ход поршня — всасывающим ходом поршня.

При движении поршня вниз внутри цилиндра образуется разрежение и давление падает меньше атмосферного. Под давлением наружной атмосферы горючая смесь, то есть смесь паров бензина и воздуха, через открытый клапан всасывается внутрь цилиндра и заполняет весь свободный объем.

При втором такте поршень движется в обратном направлении, снизу вверх, всасывающий клапан закрывается и происходит сжатие смеси. Поэтому второй такт рабочего процесса двигателя называется сжатием, а ход поршня — ходом сжатия.

В момент, когда поршень находится в своем верхнем положении и сжатие газа является наибольшим (в современных автомобилях оно равняется 6–6¹/₂ атмосферам), через контакты зажигательной свечи проскакивает электрическая искра, которая и производит зажигание рабочей смеси. При быстром сгорании смеси температура сильно повышается, а практически объем газа не меняется, поэтому давление газа резко возрастает, достигая 25–30 атмосфер.

Под влиянием образующегося высокого давления поршень движется снова вниз, передавая значительное усилие через шатун к коленчатому валу и заставляя его вращаться. При этом движении поршня объем полости цилиндра увеличивается, давление газа постепенно падает и к моменту нижнего положения поршня оно делается равным 4–5 атмосферам.

Движение поршня вниз под влиянием давления газа называется рабочим ходом поршня или рабочим тактом.

Последний, четвертый такт заключается в том, что поршень опять идет снизу вверх и выталкивает наружу через открывшийся выхлопной клапан образовавшиеся продукты горения. Этот такт называется выхлопом. Таким образом цикл Отто состоит из четырех тактов: 1) всасывания, 2) сжатия, 3) рабочего хода, 4) выхлопа.

Как мы видим, из четырех тактов работы двигателя только один такт является рабочим, а три остальных являются «нерабочими». В двигателе с несколькими цилиндрами рабочий такт в разных цилиндрах происходит в разное время и полезная работа поршня в одном цилиндре идет на покрытие «нерабочих» тактов в других цилиндрах. В этом случае неравномерность хода двигателя будет меньше, чем при одноцилиндровом двигателе, и ход автомобиля — более плавным.

Принцип Отто сохранился в полном виде до наших дней. Отто употреблял для своих двигателей в качестве горючего сначала светильный газ, а затем керосин и бензин. Новый двигатель имел ряд значительных преимуществ перед двигателем Ленуара, и вскоре германский завод «Отто и Ланген» приступил к массовому производству двигателей Отто.

Любознательный юноша Форд, еще будучи учеником локомобильной компании, прочел в одном из английских журналов описание газового двигателя Отто. До сих пор он имел дело лишь с паровыми двигателями и с жадностью набросился на описание нового двигателя внутреннего сгорания. Он уже кое-что слыхал об опытах с газовыми двигателями, но двигатель Отто был не эксперимент одиночки-изобретателя, а заслуживающая внимания машина, завоевывающая рынок и имеющая промышленное значение.

Форд был всецело поглощен работой над улучшением конструкции парового автомобиля и потому за газовым двигателем следил скорее из любопытства, не придавая ему пока, как и большинство механиков его времени, серьезного значения.

Форду еще не пришло в голову, что газовые двигатели можно применить для самодвижущегося экипажа. Это сделал, опередив его на несколько лет, немецкий инженер Даймлер, работавший на заводе «Отто и Ланген». Повседневно сталкиваясь с новыми двигателями, Даймлер решил как-то попробовать и применить новый двигатель к велосипеду. В результате упорной работы в 1885 году Даймлер построил первый в мире мотоцикл. Отсюда уже недалеко было и до автомобиля с бензиновым двигателем.

Принцип действия четырехтактного мотора: 1) всасывание, 2) сжатие; 3) рабочий ход, 4) выхлоп

Почти одновременно с Даймлером немец Карл Бенц также заявил патент на автомобиль с газовым мотором. Это была тележка на трех колесах, рассчитанная на одного человека, с одноцилиндровым горизонтальным двигателем мощностью в ³/₄ лошадиной силы, расположенным над задней осью. Усилия от двигателя с помощью цепной передачи передавались на задние колеса.

Автомобиль Бенца мог двигаться лишь с незначительной скоростью по дорогам без больших подъемов и более или менее ровным, так как не имел пневматических шин и рессорной подвески. Даймлер и Бенц имели перед Фордом то преимущество, что они раньше столкнулись с газовым мотором Отто. И действительно, как только в руки Форда попал мотор Отто, он сейчас же попробовал применить его для самодвижущегося экипажа и своими путями прийти к изобретению автомобиля.

Дело было так. В 1885 году в Детройт случайно попал двигатель Отто и понадобилось его починить. Форд был известен как самый способный механик в городе, и ему предложили заняться починкой невиданного двигателя. Форд с жаром ухватился за эту работу, так как она давала ему возможность непосредственно изучить мотор Отто.

Прежде чем приступить к починке, Форд разобрал мотор и изучил все его части в отдельности. Желая проверить, насколько он усвоил принципы четырехтактного мотора, он одновременно с ремонтом приступил к постройке собственной модели газового двигателя, копируя счастливо попавший к нему мотор Отто. Маленькая модель, которую построил Форд, работала неплохо. Она имела диаметр цилиндра 26 мм и ход поршня 78 мм, работала на газолине и была легче всех моделей газовых двигателей, имевшихся на рынке.

Надо сказать, что двигатель Отто в ту эпоху был довольно несовершенным и не мог идти в сравнение с паровой машиной. Он имел лишь один большой цилиндр и для него требовалось очень большое маховое колесо. Паровая машина на один килограмм металла своего веса давала больше работы, чем новый газовый двигатель. Поэтому-то специалисты того времени горой стояли за паровую машину, не видя для двигателя внутреннего сгорания никакого будущего.

Опыты требовали денег, а молодой Форд был беден. Отец, с явным неодобрением относившийся к занятиям сына, требовал, чтобы он бросил работу в городе и вернулся на ферму, но Форд, увлеченный своими опытами, упорно отказывался от предложения отца.

Вскоре возникло новое обстоятельство. Форд собрался жениться, но на женитьбу у него не было средств. Единственный выход был в том, чтобы вернуться с повинной к отцу и, пожертвовав годами упорной работы над безлошадной повозкой, заняться ненавистной деревенской работой. Форд вернулся на ферму, получил от отца сорок акров леса и приступил к лесным разработкам. Он, однако, не отказался от своих опытов над самодвижущимся экипажем. Позади дома в сарае он устроил довольно хорошо оборудованную мастерскую и здесь продолжал свою работу.

Началась новая полоса в жизни Генри Форда. В течение нескольких лет он добросовестно рубил деревья и распиливал их в своей небольшой лесопилке, чтобы в воскресные дни отвозить лес в Детройт для продажи. В свободное время Форд много читал, жадно поглощая технические книги, разыскивая в них какие-нибудь сведения о газовых двигателях, а главное — работал в своем сарае.

Перед ним вставало множество новых технических проблем.

Газовая машина капризничает и посейчас. Можно представить себе, как вели себя эти первые кустарно сделанные модели. Форд был терпелив и неутомим в своих опытах. Больше всего его занимал вопрос об облегчении и уменьшении махового колеса. Работая в этом направлении, он натолкнулся на мысль о двухцилиндровом моторе.

Одно время Форд, как и Даймлер, хотел применить новый двигатель к велосипеду, но потом раздумал, так как мотор и резервуар с бензином были слишком тяжелы для велосипеда.

Время шло. Форд вырубил вокруг все деревья, делать ему на ферме больше нечего было, да и трудно было усидеть в деревне человеку, которого с непреодолимой силой тянуло к машинам. Вскоре ему удалось получить место в Детройтской электрической компании за сорок пять долларов в месяц. Это небольшое жалование все же превышало деревенские доходы Форда, и он без всякого сожаления переехал в город.

Семейство Форда сняло небольшой домик на скромной Бэгли-Авеню в Детройте. Здесь же в сарайчике, позади дома, неугомонный конструктор развернул и свою опытную мастерскую. Форд работал в вечерней смене, и это мешало его опытам над новым двигателем.

В течение долгого времени он добивался перевода на дневную смену и лишь через несколько лет его просьбы увенчались успехом. Форд тогда днем работал в Электрической компании, по вечерам же, а под воскресенье и целую ночь напролет, трудился над своим любимым детищем — автомобилем. Форд чувствовал, что его судьба связана не с продвижением по службе в Электрической компании, а с успехом работы ею капризного мотора.