14.05.2017
Вид для печати
14.05.2017
Изобретения века: автомобили — подростки и акселераты
Продолжаем начатый рассказ о том, как автомобиль стал таким, каким мы его знаем сейчас.
В первой части обзора (ЗР, 2017, № 1) мы вспомнили события, которые предшествовали эпохальным творениям Карла Бенца и Готлиба Даймлера, и первые важные изобретения, позволившие автомобилям стать действительно жизнеспособными. Но, по сути, с этого всё только начиналось…
Необходимо, но недостаточно
Моторная тележка поехала быстрее уже на рубеже XIX и ХХ столетий, однако автомобилем все-таки еще не стала. «Оказалось», что нужно надежно передавать на колеса возросший момент, тормозить, поворачивать и, наконец, с относительным комфортом размещать пассажиров.
Менять передачи, перебрасывая ремень со шкива на шкив, - решение, мягко говоря, неэффективное. Уже в конце позапрошлого века появились пусть и довольно примитивные, но шестеренчатые передачи, а на ведущую заднюю ось момент передавали стальной цепью.
Изначальное расположение силового агрегата ближе к ведущим колесам вроде бы вполне логично: в этом случае цепь короче. Но автомобиль получался непомерно высоким и неустойчивым. Мощность и литраж двигателей росли, а тяжелые агрегаты потребовали основательных рам, из-за чего машины стали еще выше. Прогресс в определенной мере отступил: от несущих, по современной терминологии, кузовов конных экипажей отказались.
Первый автомобиль с двигателем спереди и задними ведущими колесами — французский Panhard-Levassor, 1891 год.
В 1891 году французская фирма Panhard-Levassor первой построила автомобиль с классической, как ее стали величать позже, компоновкой: двигатель расположен спереди, в высоком закрытом ящике, а ведущие колеса — задние. В известной мере — возвращение к истокам: лошадь-то в телегу запрягали спереди, да и паровоз чаще тянул, нежели толкал.
Возросшие нагрузки и скорости заставили конструкторов вспомнить о некоторых изобретениях, запатентованных много лет назад. Скажем, рулевая трапеция, появившаяся на автомобилях не сразу, была известна в «узких кругах» еще с середины ХIХ столетия, но конным экипажам и самым первым самодвижущимся коляскам при их скоростях это довольно сложное устройство попросту не требовалось.
Первый автомобиль с приводом карданным валом, который изобретатели автомобилей поначалу «забыли», - французский Renault, 1899 год.
В самом конце века Луи Рено представил компактный автомобиль с карданным валом, передающим крутящий момент на задние колеса. Почти сенсация! А ведь карданную передачу изобрели еще в XVII веке. Впрочем, цепи, хоть и шумные, вытягивающиеся, но более простые в производстве, применяли в автомобилях, прежде всего в грузовиках, еще пару десятилетий.
Фердинанд Порше, 03.09.1875–30.01.1951
В 1897 году появился австрийский автомобиль Gräf und Stift (Греф унд Штифт) с приводом на передние колеса. Рывок? Лишь отчасти. Паровая телега Кюньо тоже была переднеприводной — и чем кончила? В конце ХIХ века сложная австрийская конструкция тоже не прижилась. Да и зачем она была нужна?
Говорить о тонкостях управляемости в отношении машин того времени как минимум наивно. О тормозах — тоже. В самом начале прошлого века англичане создали прообраз дисковых тормозов, а еще раньше, кстати, появился гидравлический привод. Но даже он не вдохновлял конструкторов, а тем более покупателей. Зачем им лишняя морока с подтекающими соединениями? Чтобы останавливать машину, с натугой набирающую 20 км/ч? А уж дисковые тормоза не были востребованы еще почти полвека.
Еще одно невостребованное изобретение позапрошлого столетия и «откровение» нынешнего — гибриды. В 1900 году мало кому известный молодой конструктор Фердинанд Порше создал для мало кому известной венской фирмы Lohner (Лонер) автомобиль с бензиновым двигателем и электрическими моторами на колесах — прямой намек на нынешние гибриды! Но кому это было нужно в 1900‑м? (Тем более что и сегодня ответ на этот вопрос неоднозначен.) В начале ХХ века инженерам предстояло решать более прозаические и в то же время эпохальные задачи.
Австрийское чудо начала прошлого века, созданное Фердинандом Порше, - гибридный Lohner с передними ведущими мотор-колесами.
Портретное сходство
Эмиль Левассор, 21.01.1843–14.04.1897
Желание соревноваться у нас в крови (по крайней мере, у многих). Именно гонки, родившиеся почти сразу после появления автомобиля, открыли конструкторам глаза. Уже в конце XIX века механические экипажи разгонялись до 30 км/ч (помнится, Эмиль Левассор, погибший, кстати, на гонках, назвал такую скорость безумной — и, с учетом конструкции автомобилей того времени, был прав) и становились всё быстрее. Чтобы автомобиль сохранял устойчивость на высокой скорости, необходимо было сделать его ниже и длиннее. Предстояло поработать над тормозами и рулевым управлением. Но первой заботой оставался двигатель.
В 1894 году на Daimler установили 2,5‑сильный двухцилиндровый мотор семейства Phoenix. Чуть ли не каждый год Вильгельм Майбах создавал модификации этого агрегата: в 1896‑м появилась пятисильная версия, а в 1899‑м — уже 23‑сильная четырехцилиндровая для гоночного автомобиля. Под такой мотор требуется соответствующее шасси. Так в 1900 году появился приземистый Mercedes фирмы Daimler, который справедливо считают первой моделью новой автомобильной эры. Кузов — ниже и длиннее, чем у тогдашних машин, мотор и сиденья расположены максимально низко. Эту схему с той или иной долей таланта стали копировать десятки фирм.
Новая «осанка»: классическая компоновка и низкий, приземистый силуэт. Mercedes 1901 года справедливо считают прообразом современного автомобиля.
Попробуем нарисовать собирательный образ хорошего автомобиля первого десятилетия прошлого века. Бензин к карбюратору шел, как правило, самотеком — бак ставили выше карбюратора. Существовали конструкции, подававшие топливо за счет давления отработавших газов, нагнетаемых в бензобак, но широкого распространения они не получили — сложно и дорого. Да и зачем?
Двигатель пускали ручкой. Процесс малоприятный (наверное, не помните?) и тяжелый. Для облегчения пуска изобрели немало очень и не очень хитрых приспособлений. Например, разнообразные пружинные механизмы, которые «взводились» перед тем, как водитель глушил двигатель. А наиболее мудреная система использовалась на огромных роскошных французских Delaunаy-Belleville (Делоне-Бельвиль; несколько автомобилей этой марки было, к слову, в гараже последнего российского императора). Двигатель накачивал воздух в резервуар, из которого его можно было подать в цилиндры через впускные клапаны. Таким образом, автомобиль начинал бесшумно двигаться, а мотор пускался уже на ходу. Но истинная революция произошла в 1912 году, когда на Cadillac впервые поставили электрический стартер. Удобное, пусть и недешевое устройство постепенно стали внедрять даже на относительно недорогих моделях.
https://4.404content.com/resize/730x...9/fullsize.jpg
https://4.404content.com/resize/730x...4/fullsize.jpg
Двухцилиндровый двигатель Rolls-Royce, 1905 год. Шестеренчатый (без цепи и тем более без ремня) привод механизма газораспределения применяли много лет.
Задняя подвеска автомобиля Rolls-Royce Silver Ghost, 1906 год. Для улучшения плавности хода помимо длинных продольных рессор поставили дополни*тельную поперечную.
Rolls-Royce Silver Ghost.
Его шестицилиндровый двигатель рабочим объемом 7 литров, с двумя свечами на каждый цилиндр, выдавал мощность около 50 сил и работал очень плавно.
Сцепление обычно представляло собой обитый кожей конус, соприкасающийся с ответной частью соответствующей формы. Управлять подобным устройством было очень тяжело, но только так удавалось создать необходимый для передачи возросшего момента прижим, ведь ждать чудес от кожи (даже самой хорошей) не приходилось.
Между двигателем и коробкой передач стоял вал, и тормоз, как правило, действовал на него. Примерно такие же ленточные тормоза (лента снаружи сжимала стальной обод) ставили и на задние колеса. Тормоза на все четыре колеса изобрести, конечно, несложно, но при тогдашних скоростях это считали для большинства машин излишеством.
Вернемся к силовому агрегату. Коробка передач в близком к современному виде появилась уже на рубеже позапрошлого и прошлого веков. Но совсем скоро инженеры шагнули далеко вперед, предложив конструкции, в то время малопригодные. Несколько изобретателей независимо друг от друга построили трансмиссию для легких машин, которая представляла собой два диска, стоящих перпендикулярно друг другу. Ведущий, на который передавался момент с двигателя, прижимался к ведомому пружиной. Ведомый перемещался от центра ведущего к его периферии, тем самым меняя передаточное отношение. Что-то напоминает? Да, позже это назвали лобовым вариатором. До появления по-настоящему работоспособной бесступенчатой трансмиссии оставалось полвека, а до массового применения — еще лет тридцать.
Рост скоростей потребовал, наконец, заняться и управляемостью. А ведь ходовая часть пока мало отличалась от каретно-тележной: жесткие оси на рессорах и никаких амортизаторов. Первый шаг к совершенствованию подвески сделала фирма De Dion-Bouton. Талантливый инженер Бутон (первое имя в названии фирмы принадлежит, как водится, богатому предпринимателю, потому-то его, увы, и помнят лучше) создал подвеску с так называемыми качающимися полуосями. Картер главной передачи крепили к раме, колеса соединяли изогнутой балкой, полуоси имели шарниры. Конструктор заметно снизил неподрессоренные массы (правда, вряд ли он пользовался этим термином). И сделал первый шаг на пути к независимой подвеске, причем ведущих колес. Хотя сама подвеска De Dion, строго говоря, независимой пока не была.
Подвеска с качающимися полуосями, запатентованная фирмой De Dion-Bouton.
Следующий важный шаг совершила почти забытая ныне французская компания Sizaire-Naudin («Сизер-Ноден»). Ее инженеры удлинили шкворни поворотных кулаков передних колес и прикрепили к ним концы поперечной рессоры. Шкворни свободно перемещались вверх-вниз, обеспечивая колесам возможность делать то же самое. Это была уже действительно независимая подвеска, пусть и далеко не совершенная. К слову, передних тормозов у этой прогрес*сивной французской машины не было.
Ну и наконец, автомобильные гонки (в прямом и переносном смысле) стали выигрывать те, кто использовал пневматические шины. Они были куда надежнее и долговечнее цельных резиновых (последние еще довольно долго применяли на тяжелых грузовиках, для которых пневматические шины были слабы), к тому же комфортнее.
Теперь автомобилю предстояло стать вдохновителем еще одной промышленной революции. Первая, как известно, случилась в ХIХ столетии с ростом заводов и фабрик. В XX веке в историю вмешался автомобиль.
Первый автомобиль с независимой передней подвеской — Sizaire-Naudin, 1912 год. Тогда никто не счел это великим изобретением, у инженеров и покупателей хватало иных забот.
С днем рождения!
Если отвлечься от строгости календаря, то для автомобиля ХХ столетие началось, конечно же, в 1913 году, когда на заводе Генри Форда под Детройтом приступили к конвейерной сборке (пока лишь отдельных узлов и агрегатов) знаменитой «жестянки Лиззи» (Tin Lizzy) с официальным именем Ford T.
Машина, выпуск которой освоили еще в 1908 году и с тех пор написали о ней тысячи страниц, последним словом техники даже в середине 1910‑х не являлась. Двигатель у нее был достойный: 2,9 литра, 20 сил. Но во всем остальном — ничего особенного: планетарная двухступенчатая коробка передач (кстати, планетарные механизмы применяют в автомобилях и по сей день, например во многих гибридах), тормоза — на задние колеса и трансмиссионный вал, примитивная подвеска на хиленьких рессорах без амортизаторов. Да и управление, по нынешним представлениям, мягко говоря, своеобразное. Ручка газа — под рулем, причем не подпружиненная: насколько подви*нул, настолько поехал (прообраз более позднего «постоянного газа»). Под вторую руку — такой же формы ручка, ведающая опережением зажигания (автоматов для этой системы еще не изобрели). Правая педаль действовала на тормоза задних колес. Нажав и удерживая среднюю педаль, включали задний ход. Левая же командовала коробкой передач: педаль нажата — включена первая, отпущена — вторая (высшая), а посредине нужно ловить «нейтраль». Ее же включали рычагом, расположенным слева от водителя и отвечавшим заодно за трансмиссионный тормоз.
Но не будем упрекать инженеров за издевательство над водителями. Ведь для подавляющего большинства покупателей Ford Т стал первым автомобилем — и другого управления они просто не знали. И главное: рабочие, собиравшие эти автомобили на конвейере, могли их купить. То есть Форд, по сути, создавал не только массовое производство, которое позволяло стандартизировать детали, а значит улучшить их качество благодаря отказу от ручной подгонки, но и тех, кому все это нужно, — так называемый средний класс, основу общества потребления.
За два десятка лет Ford T разошелся по миру тиражом более 15 миллионов экземпляров. Он стал первым всемирным, интернациональным автомобилем: Ford T продавали по всему миру, а собирали не только в США, но и в Англии, а позднее и в Германии.
Американский Ford T не был техническим откровением, зато открыл новую автомобильную, промышленную и культурную эру.
Стандартизацию деталей, которая исключала возможные ошибки и, следовательно, повышала надежность изделия, придумал не Форд. Несколькими годами раньше Генри Лиланд, основатель компании Cadillac, а в прошлом оружейный мастер (именно в этой отрасли точность прижилась раньше, чем в других), отважился на довольно смелое шоу. Несколько автомобилей, привезенных в Англию, разобрали, а затем, перемешав детали, вновь собрали — и машины оказались работоспособными! Форд же со своим конвейером просто довел эту идею до логического завершения.
В общем, к началу Первой мировой войны автомобиль стал не только эффективным средством передвижения, но и доступным даже не очень богатым покупателям. Он превратился в движущую силу самых разных отраслей промышленности, предмет приложения талантов поныне почитаемых и давно забытых инженеров, творцов. Наконец, он стал явлением технической культуры.
Ну а об окончательном возмужании этого подростка-акселерата — в следующей главе.
Продолжение следует.