Мои годы в General Motors

Главной проблемой в автомобилестроительной технике стал поиск топлива и двигателя, которые бы в наибольшей степени соответствовали друг другу. Производительность поршневого двигателя – его способность наиболее эффективно использовать топливо, а значит, выдавать максимальную мощность при заданном расходе топлива – зависит от степени сжатия. Концепция сжатия достаточно проста, но для неспециалиста, возможно, стоит дать краткие пояснения. В процессе движения поршень в одном из своих положений находится в нижней части цилиндра двигателя, а в другом положении – в верхней части. В нижней точке хода поршня цилиндр заполняется топливом – смесью паров бензина с воздухом. В верхней точке хода топливная смесь сжимается. Под действием электрической искры топливо воспламеняется, горячие газы расширяются и толкают поршень вниз. Поршень при своем движении вниз поворачивает коленчатый вал, который передает мощность двигателя на колеса. Степень сжатия – это соотношение между объемом цилиндра, когда поршень находится в нижнем положении, и объемом цилиндра, когда поршень находится в верхнем положении. Это соотношение позволяет сопоставить объем топлива в несжатом и в сжатом состоянии. В начале 1920-х годов средняя степень сжатия оставляла примерно четыре к одному.

Как я уже говорил, чтобы создать более эффективный и мощный двигатель заданного объема, требовалось увеличить степень сжатия. Но здесь возникла серьезная проблема: детонация двигателя. Чтобы двигать поршень вниз, смесь паров бензина и воздуха должна была сгорать относительно медленно. В случае детонации – слишком быстрого сгорания – поршень не мог двигаться с достаточной скоростью, чтобы эффективно создавать усилие на валу. По существу, детонация двигателя приводит не только к потере мощности – резкое увеличение усилия нагружает элементы двигателя, что может вывести (и выводит) двигатель из строя.

Чтобы увеличить степень сжатия, нужно было найти способ уменьшить детонацию двигателя. Но в чем причина детонации? На заре автомобилестроения конструкторы заметили, что уменьшить детонацию можно путем изменения момента проскакивания искры. На большинстве автомобилей устанавливали рычаг ручной регулировки зажигания – такая конструкция сохранялась в течение многих лет. При этом водитель мог выбирать наилучшую настройку зажигания для различных условий движения. Например, при движении в гору следовало отсрочить момент зажигания, чтобы предотвратить детонацию двигателя при работе с повышенной нагрузкой.

Чарльз Кеттеринг – тот человек в General Motors, который начал исследовать детонацию двигателя и внес важный вклад в решение этой проблемы. Его давно интересовали вопросы зажигания, состава топлива и т. д. Сегодня вы не найдете ни одного автомобиля и ни одного самолета с поршневым двигателем, в котором не использовалось бы недетонирующее топливо – этилированный бензин, содержащий в качестве добавки тетраэтилсвинец, и разработал его именно Кеттеринг. Он пришел в General Motors, уже обладая определенными знаниями в этой области, а когда решение было найдено, он работал директором корпорации General Motors по научно-исследовательской работе.

Вплоть до Первой мировой войны считалось, что детонацию вызывает опережающее зажигание, когда искра проскакивает слишком рано. Вскоре после войны установили, что существует еще одни вид детонации, получивший название «детонация топлива». Ее удавалось устранить или уменьшить только путем замены топлива и изменения параметров топлива без регулировки зажигания. Одним из исследователей, работавших над этой проблемой, был Томас Миджли (Thomas Midgley). Он пришел в General Motors из технической лаборатории Дейтона, где был помощником Кеттеринга, а в начале 1920-х годов стал руководителем топливного подразделения научно-исследовательского центра General Motors. Вот слова Роберта Уилсона (Robert E. Wilson), бывшего председателя компании Standard Oil of Indiana и близкого друга Миджли:

«…Миджли со всей определенностью доказал, что, в противоположность сложившемуся мнению, детонация и раннее зажигание – разные явления, и что детонация представляет собой химическую характеристику топлива. Он показал, что бензол и циклогексан, который он успешно применял в своих опытах в лаборатории Дейтона, подвержены детонации гораздо меньше, чем бензин, а бензин – гораздо меньше, чем керосин».