Витамины роста

Мы уже говорили: от конных экипажей первые автомобили взяли не так уж много. Скажем, мотор в машинах Бенца и Даймлера располагался вовсе не спереди, как лошадь, а сзади. Внешняя схожесть экипажа Даймлера 1887 года с конным – скорее исключение (вернее, одно из исключений). И совсем скоро автомобилю понадобилась рама. А ведь у конных экипажей кузов, выражаясь современным языком, был несущим! Нет, конечно, будут еще многочисленные попытки использовать «лошадиный» опыт (в основном – в кузовостроении), но с точки зрения философии автомобиля это лишь замедляло его развитие.

Гимн мотору

Им бы – конструкторам рубежа ХIХ–ХХ веков – проблемы потомков! Какая там эргономика? Какая управляемость? Заставив мотор работать и поверив (а главное – убедив других) в его силы, инженеры взялись совершенствовать сердце повозки. Основные задачи – рост мощности и стабильности работы. Первая, разумеется, завязана на второй.

Чтобы увеличить мощность и скорость вращения коленвала, для начала неплохо бы нарастить число цилиндров. Конечно, это далеко не единственный способ, но к самому простому конструкторы пришли уже в конце ХIХ века, создавая двух-, трех- и даже четырехцилиндровые моторы. Важной вехой стал компактный, но эффективный V-образный двухцилиндровый двигатель конструкции Вильгельма Майбаха, работавшего по-прежнему на Даймлера. Агрегат появился уже в 1889 году и развивал при 900 об/мин 1,6 л.с. По сравнению с первыми агрегатами Бенца и Даймлера – очень солидно!

Наращивать число цилиндров было относительно несложно. Куда больше вопросов возникало по смесеобразованию и зажиганию. Гальванические элементы, создававшие искру на свечах, были ненадежны, тяжелы и недолговечны. А уж раскаленная трубка, через которую проходила смесь, тем паче бесперспективна. Решение нашли в магнитоэлектрической машине, преобразующей механическую энергию в электрическую – магнето. Достаточно было провернуть маховик заводной ручкой, появлялась вполне надежная искра. Кстати, устройство использовали несколько десятилетий.

Со смесеобразованием мудрили дольше. Карбюраторы испарительного типа, в которых поднимающиеся пары бензина смешивались с воздухом, подающимся через трубку, имели массу версий, в том числе довольно замысловатых. Скажем, существовал так называемый поверхностный, или ящичный, карбюратор, по сути совмещающий в себе и бензобак. Воздух подавался прямо в него, там и смешивался с парами бензина. Еще оригинальней была система французского автомобиля Gobron-Brille. Крыльчатка, приводимая от коленвала, подавала бензин непосредственно из бака к трубопроводу, по которому шел воздух. Не правда ли, немного похоже на… механический впрыск топлива, к которому конструкторы (причем сначала авиационные) придут во второй половине 1930-х годов? Устройство начала века, конечно же, оказалось несовершенным и ненадежным. Хотя бы потому, что нужна была крыльчатка с максимально герметичными лопастями, да и соотношение «бензин – воздух» получалось далеко не идеальным. Об интересном изобретении, как и многих иных идеях рубежа ХIХ–ХХ вв. «забыли» на несколько десятков лет. Ведь и первопроходцы моторных тележек «извлекали из памяти» изобретения ХIХ и даже XVIII веков.

Итак, испарительные карбюраторы не имели будущего. Но уже в 1893 году запатентовали пульверизаторный прибор, в котором бензин разбрызгивался через мелкие отверстия в трубке – жиклеры. Это уже прообраз карбюраторов, знакомых нескольким поколениям просвещенных автомобилистов. Первым запатентовал его малоизвест­ный венгерский конструктор Донат Банки, но до ума довел уже знакомый нам Вильгельм Майбах.

Важный шаг рубежа веков – совершенствование клапанов. На первых моторах впускные клапаны работали от разряжения в цилиндре. Конструкторы маялись с их пружинами: чтобы клапан открылся нужным образом, пружина должна быть не слишком тугой, а чтобы вовремя закрылся – наоборот. Проблему решили, сделав механический (тогда говорили – автоматический) привод. Теперь при том же рабочем объеме двигатели из-за лучшего наполнения цилиндров и сгорания развивали в полтора раза большую мощность. Однако немалую часть автомобилей еще долго будут оснащать неэкономичными, но более простыми двухтактными моторами, где клапанов, как известно, нет вовсе. Но делали такие моторы в основном для мотоциклов и их родственников – довольно примитивных, маломощных, дешевых моделей.

Мы же вернемся к майбаховскому V‑образному двигателю. А от него – к модели, на которую его поставили – Daimler Stahlradwagen (в переводе – «со стальными колесами»), построенной в 1889 г. Колеса, кстати, ничем особенным не отличались: были похожи на велосипедные. Зато вместо ремня, с помощью которого меняли передачи на первых моторных повозках, машину оснастили шестеренчатым механизмом – прообразом современной коробки передач. Вот мы и перешли к тому, что расположено за (или перед) двигателем.

Необходимое и достаточное

После мотора все (самое сложное!) только начиналось. Тележка поехала быстрее, но автомобилем пока еще не стала. «Оказалось», что нужно как-то передавать выросший момент на колеса, тормозить, поворачивать, наконец, с относительным комфортом размещать пассажиров.

Передавать усилие на колеса ремнем, а тем более менять передачи, перебрасывая его со шкива на шкив, – решение, мягко говоря, неэффективное. Уже в конце позапрошлого века появились – пусть и довольно примитивные – коробки передач, а на ведущую заднюю ось момент передавали цепью. Расположение силового агрегата было логичным – ближе к ведущим колесам, т. е. под полом в задней части повозки, но тоже далеко не идеальным. Автомобиль получался непомерно высоким и неустойчивым. А ведь все более тяжелые агрегаты потребовали создания рамы, сделавшей машины еще выше. Напомню, конные экипажи имели несущие (по современной терминологии), кузова! К ним автомобиль постепенно вернется лет через… 40–50. А пока деревянному кузову не выдержать тяжести все более массивных агрегатов.

В 1891 году французская фирма Panhard-Levassor построила автомобиль с классической (как стали говорить позже) компоновкой: двигатель спереди в высоком закрытом ящике, ведущие колеса – задние. В известной мере возвращение к истокам: лошадь-то к телеге цепляли спереди, да и паровоз чаще тянул, нежели толкал.

Возросшие нагрузки и скорости заставили конструкторов вспомнить о некоторых запатентованных много лет назад изобретениях. Скажем, рулевая трапеция была известна в узких кругах с середины ХIХ в., но конным экипажам и самым первым автомобилям при их скоростях довольно сложное устройство не требовалось.

В самом конце века Луи Рено представил компактный автомобиль с карданным валом, передающим усилия на задние колеса. А ведь карданную передачу изобрели еще в XVII веке! Впрочем, цепи, хоть и шумные, вытягивающиеся, но более простые в производстве, применяли в автомобилях, особенно грузовиках, еще пару десятилетий.

И снова о «забывчивости». В 1897 году появился австрийский Graf und Stift… с приводом на передние колеса! Правда, шарниры равных угловых скоростей братья Греф, разумеется, не осилили (их толково научились делать лишь через несколько десятилетий), но идею выдвинули! В самом начале прошлого века англичане создали прообраз дисковых тормозов, а еще раньше, кстати, появились гидравлические тормоза. Но и это не все! В 1900 году мало кому известный молодой конструктор Фердинанд Порше создал для мало кому известной венской фирмы Lohner автомобиль с бензиновым двигателем и электрическими моторами на колесах – намек на нынешние гибриды! Но пока большинство изобретений автомобилю, да и покупателям были ни к чему. Скажем, зачем машине, с трудом развивающей 20 км/ч, дисковые тормоза? Инженерам пока предстояло решить более прозаичные и в то же время эпохальные задачи.

Герой пролога

По сути, автомобиль в современном понимании рождался в два этапа. Первый – утверждение компоновочных и конструктивных основ нового автомобильного века. Второй – создание серийного массового продукта.

Сначала о первом. Желание соревноваться у нас (по крайней мере, у многих) в крови. Автомобильные гонки, родившиеся почти сразу после появления автомобиля, открыли глаза конструкторам на многое. Уже в конце века механические экипажи достигали 30 км/ч (помнится, Эмиль Левассор, погибший, кстати, на гонках, назвал такую скорость безумной, и, в общем-то, с точки зрения конструкции автомобиля того времени был прав). Для устойчивости на высоких скоростях автомобиль должен стать ниже и длиннее, стоило поработать над тормозами и рулевым управлением, ну и вновь не забыть о двигателе. Здесь прогресс по-прежнему был самым быстрым.

В 1894 году на Daimler установили 2,5­­‑сильный 2-цилиндровый мотор семейства Phoenix. А дальше Вильгельм Майбах создавал модификации этого агрегата чуть ли не ежегодно. В 1896 году появилась 5-сильная версия, а в 1899 году – уже… 23-сильная (!) четырехцилиндровая для гоночного автомобиля. Под такие моторы нужно соответствующее шасси. Так в 1900 году появился элегантный и приземистый Mercedes фирмы Daimler, который справедливо считают первой машиной новой автомобильной эры. Низкий и длинный кузов, мотор и сиденья максимально опущены к раме. Эту модель с той или иной долей таланта тут же стали копировать десятки фирм.

Итак, попробуем создать собирательный образ автомобиля первого десятилетия прошлого века. Бензин к карбюратору, как правило, подавался самотеком: бак ставили выше карбюратора. Существовали, правда, конструкции, подающие топливо с помощью отработанных газов, нагнетаемых в бензобак, но широкого распространения они не получили: сложно, дорого… Да и зачем?

Двигатель пускали ручкой. Процесс малоприятный (помните?) и тяжелый, изобретали немало хитрых и не очень приспособлений, например разнообразные пружинные механизмы, которые «взводились» перед тем, как водитель глушил двигатель. А наиболее мудреная система стояла на огромных роскошных французских Delaunаy-Belleville (несколько автомобилей этой марки было у 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 запускался уже на ходу. Но истинная революция произошла в 1912 году, когда на Cadillac впервые поставили электрический стартер. Удобное, пусть и не дешевое устройство постепенно стало внедряться даже на относительно недорогих моделях.

Сцепление обычно представляло собой конус, обитый кожей, соприкасающийся с соответствующим по форме диском. Работать таким устройством было физически тяжело, но только так пока удавалось создать необходимый для передачи возросших усилий прижим.

Между двигателем и коробкой передач был вал, на который, как правило, и действовали тормоза. Примерно такие же – ленточные (лента, обитая кожей, снаружи сжимала стальной обод или барабан) – ставили на задние колеса. Появились автомобили с тормозами на всех четырех колесах. Но при тогдашних скоростях их считали излишеством.

Вернемся поближе к двигателю. Коробка передач в виде, близком к современному, появилась уже на рубеже позапрошлого и прошлого веков. Конечно, до изысков, например синхронизаторов, было еще очень далеко, но в основе – вполне знакомый нам агрегат. Впрочем, и в этой области инженеры шагнули далеко вперед, предложив… малопригодные для своего времени конструкции. Несколько изобретателей независимо друг от друга создали трансмиссию для легких машин, представляющую собой два диска. Ведущий диск, на который передавался момент с двигателя, стоял перпендикулярно прижимаемому к нему пружиной ведомому диску. Последний же можно было перемещать на оси от центра ведущего диска к его периферии, тем самым меняя передаточное отношение. Что-то напоминает? До появления по-настоящему работоспособного вариатора оставалось примерно полвека, а до массового применения – еще лет тридцать…

Рост скоростей потребовал позаботиться и об управляемости. А ведь ходовая часть автомобилей пока несильно отличалась от каретно-тележной: жесткие оси на рессорах и без амортизаторов. Первый шаг к совершенствованию подвесок сделала фирма De Dion-Bouton. Талантливый инженер Бутон (вторая, а вернее первая половина названия, как водится – богатый промышленник, потому-то его имя в истории отпечаталось четче) создал подвеску с так называемыми качающимися полуосями. Картер главной передачи крепили к раме, а колеса соединялись изогнутой балкой, полуоси же имели шарниры. Конструктор заметно снизил неподрессоренные массы, вряд ли зная этот термин. Но что для истории важнее – это был первый шаг на пути к задней независимой подвеске, хотя сама подвеска De Dion, строго говоря, таковой пока не была.

Следующий важный шаг совершила почти забытая ныне французская компания Sizaire-Naudin. Ее инженеры удлинили шкворни поворотных кулаков передних колес и прикрепили к ним концы рессор. Шкворни свободно перемещались в вертикальной плоскости, обеспечивая колесам возможность делать то же самое. Это уже была действительно независимая подвеска, пусть и далеко не совершенная. Кстати, перед­них тормозов у этой прогрессивной французской машины не было…

Постепенно автомобильные гонки (в прямом и переносном смыслах) стали выигрывать те, кто «обул» машины в пневматические шины. Они были куда надежней и долговечней цельных резиновых (последние еще довольно долго применяли на тяжелых грузовиках, для которых пневматика была слаба) и, кстати, куда комфортнее.

И теперь автомобилю предстояло стать предметом еще одной промышленной революции (по аналогии с той, что произошла в ХIХ веке) – пойти в серию.

Рождение нового века

В отношении нашего главного героя – автомобиля – ХХ столетие началось позже календарного срока: в 1913 г. на заводе Генри Форда под Детройтом начали конвейерную сборку (пока лишь отдельных узлов и агрегатов) знаменитых «жестяных лизи» (Tin Lizzy) – Ford-T.

Автомобиль, выпуск которого освоили еще в 1908 году и с тех пор написали сотни, а может, и тысячи страниц, последним словом техники уже в середине 1910-х гг., в общем-то, не был. Правда, двигатель вполне приличный: 2,9-литровый 20-сильный. Но во всем остальном ничего особенного: планетарная двухступенчатая коробка передач (планетарные механизмы на автомобилях применяют и по сей день, например, во многих гибридах), тормоза – на задние колеса и трансмиссионный вал, примитивные подвески на хиленьких рессорах без амортизаторов. Да и управление, по нынешним представлениям, мягко говоря – своеобразное. Ручка газа – под рулем, причем не подпружиненная: насколько подвинул, настолько поехал (прообраз более позднего «постоянного газа»). Под вторую руку – такая же ручка, ведающая опережением зажигания (автоматов для этой системы еще не изобрели). Правая педаль действовала на тормоза задних колес: нажав и удерживая среднюю, включали задний ход, правая же командовала коробкой передач. Педаль нажата – включена первая, отпущена – вторая, высшая. Посредине ловили «нейтраль». Ее же включали рычагом слева от водителя. Этот же рычаг отвечал и за трансмиссионный тормоз. Упрекать инженеров за извращения не стоит. Ведь для подавляющего большинства покупателей Ford-Т был первым автомобилем, и другого управления они просто не знали.

Куда важнее, что рабочие, собирающие эти автомобили на конвейере, могли их купить. То есть Форд создавал не только массовое производство, но и тех, кому оно нужно: так называемый средний класс – основу капитализма.

За два десятка лет Ford-T разошелся по миру тиражом более 15 млн экземпляров. Он стал и первым – как стали писать лет через 70 – всемирным автомобилем: модель, помимо США, с 1911 г. строили в Англии, а с 1925 г. и в Германии. А продавали и вовсе по всему миру. Но не менее (а для философии техники – более!) важно, что на заводах Форда ввели стандартизацию деталей (какой конвейер без нее?), отказавшись, наконец, от ручной подгонки – кропотливой, долгой и дорогой работы, без которой создатели первых автомобилей обойтись никак не могли. Первый шаг в этом направлении несколькими годами раньше сделала компания Cadillac. Ее основатель Генри Лиланд – в прош­лом оружейный мастер – был поборником точности. Именно его фирма отважилась на довольно смелый по тем временам шаг. Привезя несколько автомобилей в Англию, их показательно разобрали, а затем, перемешав детали, вновь собрали. И машины оказались вполне работоспособными! Форд же на своем конвейере довел эту идею до логического завершения.

К началу Первой мировой войны автомобиль стал не только по-настоящему работоспособным, но и доступным даже не очень богатым покупателям. Он превратился в движущую силу самых разных отраслей промышленности, предмет для приложения сил и ума сотен тысяч известных и забытых инженеров, художников, рабочих, заметным явлением технической (и не только!) культуры. Но об окончательном возмужании нашего главного героя – в следующей главе…