Желая избавить пассажиров от запаха бензина, первые конструкторы помещали двигатель позади седоков. Говорят, однако, что смешной случай, происшедший с одним пионером автомобилизма, заставил перенести двигатель вперед. Автомобили не имели холостого хода, и, запустив двигатель, нужно было успеть вскочить в коляску, которая тотчас же трогалась с места. Анекдотический шофер, запустив двигатель, не успел сесть в свою машину, и она ушла от него при громком хохоте зрителей. Шла она с такой быстротой, что догнать ее было невозможно, и дело кончилось катастрофой: машина свалилась в канаву и разбилась.
В 1890 году Даймлеру удалось и на родине найти людей, согласившихся вступить с ним в компанию. Они организовали «Акционерное общество двигателей Даймлер» и начали производство автомобилей и бензиновых двигателей с низкими степенями сжатия, получившими ныне огромное распространение.
С этого времени развитие автомобильной промышленности пошло вперед такими темпами, что к пятидесятилетию создания первого автомобиля в мире насчитывалось уже тридцать пять миллионов автомобилей, и в некоторых странах сеть автомобильных сообщений значительно превосходила железнодорожную. Сейчас в мире насчитывается более ста миллионов автомашин.
Нововведения и усовершенствования, вводимые отдельными конструкторами, повышали технические и эксплуатационные свойства автомобиля чрезвычайно быстро. Трудно найти другую область промышленности, которая могла бы по быстроте своего развития сравниться с автостроительной.
Скорость автотранспорта возрастала с изумительной быстротой.
За год до смерти Даймлера гонщик Шаррон на автомобиле «Панар-Левассер» прошел расстояние между Парижем и Бордо уже со средней скоростью в пятьдесят километров в час.
— Мы неплохо сделали свое дело, Майбах, — говорил Даймлер своему другу, — не совсем зря прожили жизнь. Я думаю, что мы положили начало громадному делу и нас с тобой не забудут.
6 марта 1900 года там же, в Каннштатте, Даймлер умер.
Он был прав. Как только была найдена основная область применения бензинового двигателя — транспорт, — распространение его пошло быстрыми темпами.
Бензиновый двигатель положил начало механизации сельского хозяйства введением трактора. Появились грозные военные машины — танки. Наконец благодаря созданию бензинового двигателя была осуществлена и тысячелетняя мечта человечества — авиация. Однако и до сих пор в этих двигателях степень сжатия не превышает пяти — семи, то есть горючая смесь перед воспламенением сжимается до одной пятой — одной седьмой своего объема; при таком предварительном сжатии после сгорания давление расширяющихся газов значительно возрастает.
Точные подсчеты показали, что чем больше смесь сжимается перед зажиганием, тем большая часть теплоты превращается в работу: при высокой степени сжатия получается большее расширение газов после воспламенения и уменьшается потеря теплоты.
Казалось, что конструкторы новых двигателей и должны были идти все дальше и дальше в увеличении степени сжатия. Однако степень сжатия оставалась и остается до сих пор в двигателях, работающих по циклу Отто, не выше семи. Дело в том, что с увеличением сжатия слишком разогревающаяся смесь взрывается раньше времени, что резко уменьшает мощность двигателя.
Таким образом, изобретательская мысль замкнулась в определенном круге технических возможностей, и последователям Отто оставалось лишь развивать его идею.
Найдя себе широчайшее применение в автомобильном и воздушном транспорте, бензиновые двигатели не привились в качестве стационарных двигателей главным образом вследствие их небольшой мощности, малой экономичности, сложности устройства зажигания и дороговизны топлива.
В то же время в России инженером Е. А. Яковлевым был создан еще один тип двигателя внутреннего сгорания — керосиновый двигатель.
Русский конструктор исходил из потребностей мелкой кустарной промышленности и сельского хозяйства, нуждавшихся в небольшом, экономичном, легко переносимом универсальном двигателе, с одной стороны, а с другой — из наличия в стране превосходного по качеству знаменитого «русского керосина», выработку которого, как известно, первыми в мире начали братья Дубинины на Северном Кавказе в 1823 году.
Братья Дубинины предложили способ «очищения черной нефти», превращения нефти в «белую нефть», то есть керосин, и тем положили начало новой огромной отрасли промышленности.
Крупный деятель нефтяной промышленности прошлого века инженер-химик В. А. Рагозин справедливо писал по этому поводу в своей книге «Нефть и нефтяная промышленность»:
«В то время, когда еще патентованные ученые Европы смотрели на нефть как на материал, годный лишь для „обмазки колес и других машин“, в горах Северного Кавказа люди, ближе стоящие к жизни и наблюдавшие вещи непосредственно, работали уже над „превращением черной нефти в белую“, то есть над перегонкой нефти и получением из нее продуктов дистилляции, более пригодных для освещения, чем сырая нефть. Люди эти — братья Дубинины, крестьяне графини Паниной, Владимирской губернии, Гороховецкого уезда, села Нижнего Ландика, и им принадлежит по праву имя основателей керосинового производства».
Демонстрировавшиеся на всех выставках Петербурга и Москвы двигатели Яковлева представляли собой четырехтактные вертикальные двигатели внутреннего сгорания, топливом которым служил обыкновенный керосин. Очень интересно была разрешена конструкция испарителя, в котором для нагревания испарительной чугунной коробки была использована теплота отработавших в цилиндре газов. Самый испаритель представлял собой чугунную коробку, состоящую из ряда наклонных плоскостей, по которым стекал поступающий в испаритель керосин. Так как нагревание испарителя шло через стенки отработавшими газами, то смешение паров керосина с этими газами было невозможно.
Те же отработавшие газы Яковлев использовал и для подогрева воздуха, поступающего в испаритель, что, в общем, вело к повышению температуры горючей смеси еще до ее воспламенения. Зажигание смеси в двигателе Яковлева производилось раскаленной фарфоровой трубкой, которая поддерживалась в раскаленном состоянии керосиновой горелкой, помещавшейся в кожухе, выложенном асбестом.
В отличие от всех других двигателей внутреннего сгорания того времени, в двигателе Яковлева регулировалась не подача газа или бензина, а сама поступающая в цилиндр горючая смесь.
Совершенно оригинально были сконструированы Яковлевым клапанная коробка, клапаны и прочие детали двигателя.
Керосиновые двигатели были экономичнее паровых и одинаковы с газовыми, но представляли значительно большие удобства для мелкой промышленности и сельского хозяйства, особенно в России, где газовых заводов было не более десятка и обслуживали они только освещение в крупнейших городах.
Распространению этих двигателей, однако, помешали появившиеся вскоре дизель-моторы, получившие теперь название двигателей тяжелого топлива, в отличие от керосиновых и бензиновых двигателей, относящихся к разряду двигателей легкого топлива.
4. Высокое сжатие
ДизельРанней весной 1878 года Карл Линде, профессор и изобретатель холодильной машины, читал в Мюнхенской высшей технической школе свою обычную лекцию по термодинамике.
В это солнечное утро профессор Линде рассказывал слушателям необычайные вещи. Со свойственным ему искусством он излагал теорию идеального теплового двигателя Карно. Высокий показатель полезного действия теплового двигателя, по мнению Карно, возможен был лишь в одном случае: если процесс сгорания в двигателе будет происходить «по изотерме», то есть при постоянной температуре, не изменяющейся во все время рабочего процесса. Обратив внимание слушателей на исключительную экономичность идеального двигателя Карно, лектор указал на поразительно малый коэффициент полезного действия паровых машин.
— Наши паровые машины, — заметил он, — над которыми в течение столетия работали лучшие умы человечества, имеют коэффициент полезного действия всего в десять — двенадцать процентов, и то при условии, если мощность их не ниже тысячи лошадиных сил. Машины меньшей мощности имеют еще более низкий коэффициент. Лучший наш паровоз, — смеясь, добавил он, — работающий без конденсатора, превращает в полезную работу только пять процентов всего тепла горения. Из этих пяти процентов одна пятая часть теряется еще на трение механизмов, так что только четыре процента первоначальной теплоты превращаются в механическую работу, остальные девяносто шесть процентов в полном смысле слова вылетают в трубу…
Столь ничтожное использование тепловой энергии сжигаемых в топках паровых котлов угля и нефти привело аудиторию в изумление. Один из слушателей был совершенно потрясен. Он наклонился к своей тетради, где записывал вычисления и формулы, и на полях ее торопливо записал:
