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

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.