Поиски двигателя
Еще задолго до создания первых паровых машин Исаак Ньютон указал на возможность использовать пар как силу, способную двигать повозку на колесах. Шаг за шагом шли люди к тому, чтобы «укротить» силу «белого облака», заставить его совершать работу.
В начале XVIII в. делаются попытки построить паровые машины с целью их использования прежде всего в качестве насоса для откачки воды из шахт. Такой явилась одноцилиндровая паровая машина англичанина Т. Ньюкомена. Если было необходимо привести в действие какой-нибудь механизм, например сверлильный станок, поступали так. Сначала паровой машиной поднимали воду в резервуар, а затем пускали ее на специальное колесо, приводящее в действие этот механизм.
Пионером в создании универсальной паровой машины для непосредственного привода заводских механизмов был известный русский механик И. Ползунов, на¬много опередивший в этом англичанина Д. Уатта. Его «огнедействующая машина», построенная в 1765 г., имела два цилиндра высотой 3 м, диаметром 0,8 м. Она могла развивать мощность до 40 л. с. и предназначалась для привода воздуходувных мехов плавильных печей. Современники называли И. Ползунова первым русским теплотехником и говорили, что он «Муж, де¬лающий истинную честь своему Отечеству».
Появление паровых машин не заставило ждать изобретателей самодвижущихся экипажей. Не прошло и четырех лет после того как И. Ползунов испытал свою "огненедействующую машину", как французский инженер Ж. Кюньо создает первую паровую повозку, на которой он использует машину, построенную по образцу машины И. Ползунова, но меньшего размера. Повозка Ж. Кюньо была трехколесной, отличалась большими размерами, имела несовершенное рулевое управление, но могла перевозить 2,5 т груза. На ней был установлен огромный паровой котел, и человека, который его топил, называли шофером (по-русски — кочегар или топильщик). Через каждые 15 мин повозку необходимо было останавливать, чтобы «поднять» в котле пар, скорость ее была 2 — 4 км/ч.
В 30-х годах XIX в. в Англии начали широко при¬меняться повозки с паровыми двигателями для перемолли пассажиров. Иногда их использовали для междугородных сообщений. Скорость этих своеобразных автобусов поздних выпусков могла достигать 30 км/ч, но чтобы по¬крыть расстояние в 100 км требовалось около 10 ч, из которых почти 6 ч уходило на то, чтобы периодически поднимать в котле пар до необходимого давления.
В России поборниками использования паровых ма¬шин на транспорте следует считать династию механиков Черепановых, особенно Мирона Черепанова, которому принадлежит проект постройки паровой телеги для перевозки тяжестей.
В 1836 — 1837 гг. вышла в свет книга В. П. Гурьева «Учреждение торцовых дорог и сухопутных пароходов в России». В ней излагался проект постройки целой сети деревянных дорог, по которым могли бы двигаться паровые самоходы с прицепными повозками — летом на колесах, а зимой на полозьях. В области создания паровых автомобилей работали и русские изобретатели Янкевич, Доманиевский, Писарев, Лундышев, Гучков, Солодовников и др.
Паровые повозки создавались до конца XIX в., однако конструкторы были разочарованы: их надежды на паровую машину как на силовой агрегат для самодвижущихся повозок не оправдались. Созданию скоростных паровых экипажей препятствовали в основ¬ном взрывоопасный, тяжелый котел и большие габариты всей установки.
Однако опыт применения паровых машин в качестве силовой установки был полезен. Он показал изобретателям самодвижущихся повозок, каким требованиям должен отвечать двигатель небольшие размеры и масса, быстрота запуска, топливо, обеспечивающее бесперебойную работу при длительном пробеге, — вот тот идеал, к которому следовало стремиться.
Французский механик Ж. Ленуар яснее, чем многие его современники, понимал, в чем коренится принципиальный недостаток паровой машины. В 1860 г. он построил двигатель, по виду и размерам напоминающий паровую машину, но по принципу действия совершенно отличный от нее. Двигатель Ленуара был двойного действия, а в качестве топлива потреблял смесь светильного газа и воздуха, которая попеременно поступала то с одной, то с другой стороны поршня и воспла¬менялась электрической искрой. Охлаждался двигатель водой. Однако надежды изобретателя использовать его для привода колесной повозки не оправдались, так как при большом числе оборотов (свыше 100 в мину¬ту) он работал ненадежно и расходовал около 1,5 м3 светильного газа в час на 1 л. с. «Это не двигатель, а пожиратель газа» — так отзывались о моторе Ленуара.
Несмотря на недостатки, которые имел двигатель Ленуара, было ясно, что это принципиально новый тип машины по сравнению с паровой. Топливо в ней сгорало в самом цилиндре, тогда как в паровой уста¬новке — в топке котла, превращая воду в пар, кото¬рый, поступая в цилиндр машины, двигал ее поршень. Двигатель Ленуара получил название двигателя внут¬реннего сгорания.
Усовершенствовать машину Ленуара удалось жителю Кельна Н. Отто. В 1867 г. его двигатель на международной выставке в Париже получил первый приз. Не¬сколько позже он создал еще более совершенную конструкцию. Рабочий процесс в новом двигателе совершался за четыре хода поршня и получил название четырехтактного. Но и этот двигатель из-за тихоходности и большой массы был непригоден для самоходной установки. Топливом для него также служил светильный газ, который в то время не умели транспортировать.
Двигатели Ленуара и Отто, несмотря на недостатки, были значительным шагом вперед в поисках силовой установки для самоходного экипажа.
Как показало дальнейшее развитие двигателестроение роения, четырехтактный цикл оказался настолько удачным, что это позволило создать небольшие по габаритам, но достаточно мощные и удобные для установки на самодвижущихся повозках двигатели. И если конструкция самого двигателя со времен Отто претерпела огромные изменения, то четырехтактный цикл существует и поныне.
Но необходимо было найти жидкое, удобное для перевозки топливо. Таким топливом явился вначале керосин, а затем бензин — продукт перегонки нефти.
Нефть была известна человеку с древнейших времен, но ее промышленная добыча началась только с XIX в. Вначале сырую нефть перерабатывали с единственной целью — получить керосин, применявшийся для освещения. Бензин же, имеющий более легкий фракционный состав, и остающийся после перегонки мазут являлись отходами при получении керосина, и их сжигали, поскольку не умели использовать.
Русские ученые и инженеры внесли большой вклад и науку о переработке нефти. Перегонка ее в России началась значительно раньше, чем за границей. Первый завод по производству керосина был построен не¬далеко от Моздока в 1823 г. братьями Дубиниными. Близ Баку был создан первый в мире завод по получению ароматического углеводорода из нефти. Авто¬ром проекта был инженер А. Летний. Огромный вклад в технику нефтяной промышленности внес В. Шухов. Он рассчитал и построил первый в России нефтепровод, первый в мире мазутопровод с подогревом мазута отработанным паром паровых насосов, а также решил ряд важнейших задач, связанных с добычей, переработкой, хранением и транспортировкой нефти.
В создании двигателей внутреннего сгорания, работающих на жидком топливе, Россия шла своим путем и достигла значительных успехов. В 1879 г. инженер О. Костович впервые в мире создал проект двигателя, в котором в качестве топлива использовался бензин, а в 1882 — 1884 гг. под его руководством на Охтенской судостроительной верфи в Петербурге такой двигатель был построен; он предназначался для дирижабля.
Больших успехов в создании керосиновых двигателей достиг инженер военно-морского флота Е. Яковлев. В 1884 г. он основал в Петербурге первое отечественное производство таких двигателей небольшой мощности, а в 1891 г. его завод перешел на их серийное производство.
Видным конструктором транспортных двигателей был инженер Б. Луцкой, который в конце XIX — начале XX вв. создал двигатели большого диапазона мощностей — 50, 150, 300, 500 и 600 л. с.
Таким образом, применение в качестве топлива бензина и керосина позволило в 80-х годах XIX в. создать небольшой, легкий, но достаточно мощный двигатель внутреннего сгорания, который можно было использовать в качестве силовой установки для самоходного экипажа. Важным было и то, что жидкое топливо было удобно для транспортировки и могло обеспечить значительный по протяженности пробег.
Следует упомянуть и о многочисленных попытках изобретателей использовать в Качестве движущей силы электрическую энергию. Электрические автомобили по¬явились в 80-х годах XIX в. Инициатором создания отечественных электромобилей был И. В. Романов. В 1901 г. сконструированный им двухместный автомобиль-купе и пятнадцатиместный омнибус, электродвигатели которых питались током от аккумуляторных батарей, прошли официальные испытания в Петербурге. Скорость электромобилей Романова составляла до 35 верст в час (1 верста = 1,0668 км), а запаса энергии в батареях хватало на расстояние 60 верст. Одна¬ко, несмотря на огромные преимущества, электромобили не могли найти применения из-за большой массы аккумуляторов (до 40% собственной массы машины), низкой скорости и малого запаса хода (до 100 км).
