Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

С велосипедом не было сложных инженерных проблем. Однако история его развития демонстрирует важную и любопытную связь с ранней историей автомобиля. Первый массовый производитель безопасных велосипедов, Джеймс Старли, вновь изобрел дифференциальную передачу, позже столь необходимую для автомобилей. Цепной привод, использовавшийся на ранних автомобилях, сначала был опробован на велосипедах. Таким образом, велосипед сыграл важную роль в изобретении и эволюции автомобиля.

Автомобиль был активным участником перемен в современном обществе и произвел собственные особые социальные инновации, в первую очередь в Соединенных Штатах. Он больше, чем любой другой вид транспорта, повысил человеческую мобильность. Существенно улучшил противопожарную, полицейскую, санитарную и медицинскую защиту, но, главное, оказал влияние на рост городов. Хотя железная дорога была основным фактором в ускорении роста городов во второй половине XIX века и первой четверти XX века, но автомобиль начиная с 1920-х годов оказал существенное влияние на рост жилых городских окраин. В 1930—1940-х годах количество личных автомобилей в США и других странах постоянно росло, и в районах мира, где этот рост имел место, происходили те же социальные перемены, что в Соединенных Штатах.

Хотя сегодня типичным для автомобиля является двигатель внутреннего сгорания, ранние автомобили приводились в движение паром. Идея получения механической работы от сгорания или взрыва в ограниченном пространстве возникла еще в XVII веке, когда Жан де Отфёй, Кристиан Гюйгенс и Дени Папен, работая независимо друг от друга, попытались создать пороховой насос. Начиная с последней декады XVIII века многие инженеры работали над разными проектами двигателей внутреннего сгорания, используя в качестве топлива угольный газ, древесный газ или летучий углеводород. Только в 1860-х годах, когда французский изобретатель Жозеф Этьен Ленуар (1822–1900) начал строить маленькие газовые двигатели, двигатель внутреннего сгорания – ДВС – стал коммерчески успешным предприятием. Многие двигатели Ленуара были установлены на фабриках. В 1862 году французский инженер Бо де Роша опубликовал замечательный труд, содержащий теоретические принципы работы газового двигателя. Он утверждал, что должно быть четыре хода поршня – четыре такта: 1 – всасывание газовоздушной смеси; 2 – сжатие смеси; 3 – горение и расширение; 4 – выхлоп. Так появился четырехтактный двигатель. Немец Николас Август Отто (1832–1891) и его партнер Ойген Ланген (1833–1895) построили свой первый двигатель в Дойце. Газовый двигатель Отто 1867 года был шумным, но потреблял вполовину меньше топлива, чем двигатель Ленуара, и работал вдвое быстрее. А в 1876 году Отто создал свой знаменитый бесшумный двигатель, в котором был использован четырехтактный цикл Роша. Бесшумный двигатель Отто – самое важное изобретение в истории автомобиля.

И Ленуар в 1862 году, и австриец Зигфрид Маркус (1831–1898) в 1873 году строили транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания, но нет доказательств того, что машина Маркуса действительно двигалась. Джордж Б. Брайтон запатентовал двухтактный двигатель внутреннего сгорания, работавший на керосине, и продемонстрировал его на выставке 1876 года в Филадельфии. Там его увидел Джордж Болдуин Селден, патентный юрист и патентный махинатор из Рочестера. Тремя годами позже Селден обратился за патентом на автомобиль. Патент ему был дан только в 1895 году, но Селден, так и не построивший собственный автомобиль, получал отчисления от многих, кто строил автомобили.

Первый надежный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания построил в 1885 году Карл Фридрих Бенц (1844–1929) из Германии. До этого он десять лет строил и продавал небольшие газовые двигатели. Первый автомобиль Бенца был на трех колесах (рис. 12.13). Он был оснащен одноцилиндровым четырехтактным двигателем и имел электрическое, а не факельное зажигание. На нем был установлен дифференциал, а двигатель имел водяное охлаждение. Не располагая неограниченными запасами воды для охлаждения двигателя, Бенц изобрел и в 1886 году запатентовал рудиментарный радиатор для многократного использования охлаждающей воды. Электрическое зажигание – тоже дело Бенца. Эти три важные детали – электрическое зажигание, водяное охлаждение и дифференциал – присутствуют почти на всех из семидесяти миллионов автомобилей в мире, и все они были на самой первой машине Бенца. Четырехтактный двигатель Бенца имел горизонтальный цилиндр, горизонтальный маховик, тарельчатые клапаны, поверхностный карбюратор, запатентованный им в 1886 году, и мог производить ¾ лошадиной силы при 250 оборотах в минуту. Топливом был бензин. Машина имела одну переднюю скорость, а трансмиссией служил ремень, который мог двигаться вперед и назад на свободном или фиксированном шкиве, установленном на промежуточном валу, который имел дифференциал и две звездочки на концах с цепями к задним колесам. Два задних колеса и одно переднее имели твердые каучуковые шины. За два года до того, как Бенц создал свой первый автомобиль, Готлиб Даймлер из Вюртемберга, ранее трудившийся на фабрике Отто, построил одноцилиндровый двигатель, работавший при 900 оборотах в минуту. В 1885 году Даймлер установил такой же двигатель на велосипед, создав предшественник мотоцикла. Даймлер построил первую машину в 1886 году. Она имела четыре колеса и поворотную переднюю ось для руления. Бенц и Даймлер, работая независимо друг от друга, продолжали строить машины, постоянно их совершенствуя, и организовали компании по производству и продаже.

Рис. 12.13. Первый автомобиль Бенца, 1885 г.

Пневматическая шина Данлопа, усовершенствованная в 1888 году, начала использоваться на автомобилях около 1897 года. Даймлер построил машину с четырьмя передними скоростями в 1888 году и добавил заднюю скорость, все еще используя ременной привод, в 1896 году. Бенц установил на машине коробку передач в 1899 году. Тем временем он в 1890 году построил свой первый четырехколесный автомобиль с фиксированной передней осью и поворотными цапфами колес для руления. На это важное приспособление он в 1893 году получил патент. Французский автомобиль Панара 1894 года имел двигатель в передней части под крышкой, наклонную рулевую колонку с рулевым колесом и напольные педали. Таким образом, это был первый автомобиль, имевший дизайн, впоследствии общепринятый.

Появление автомобиля Бенца на Колумбийской выставке в Чикаго в 1893 году стимулировало многих американских механиков, работавших в этой области. Европа, в первую очередь Франция, Германия и Италия, в 1890-х годах обогнала Соединенные Штаты в производстве автомобилей по крайней мере на десятилетие. Первыми американцами, создавшими надежную машину, стали братья Чарльз и Фрэнк Дьюри из Спрингфилда, Массачусетс. Они начали с фаэтона, к которому добавили газолиновый двигатель мощностью 4 лошадиные силы, установив его над задней осью. Их первый автомобиль – Buggyaut – построенный в 1892–1893 годах, можно видеть в Смитсоновском институте. В последние годы XIX века многие американские механики строили автомобили с двигателями, работавшими на газолине, пару или электричестве. Пока изобретатели совершенствовали автомобили с двигателями внутреннего сгорания, на улицах появилось немало автомобилей, приводимых в движение паром. Многие, особенно в городах, предпочитали электромобили – медленные, дорогостоящие, но надежные. Мы не можем упомянуть обо всех американцах, которые на исходе века принимали участие в развитии автомобиля, но все же обязаны сказать несколько слов о Генри Форде, который в 1896 году создал успешный газолиновый багги и в 1899 году основал первую из своих многочисленных компаний. В 1908 году Форд начал выпуск знаменитого автомобиля Model T и за следующие двадцать лет построил их 15 миллионов. А конвейер Форда стал его революционным вкладом в развитие производства.