Четырехтактный цикл

Постановление Правительства ПП РФ 1352 .

Творческое воображение, способное выходить далеко за пределы действительности, столь же необходимо каждому изобретателю, как и уменье практически осуществить свою идею. Но качества эти редко совмещаются в одном человеке. Подобно тому как паровая машина явилась результатом совместной работы Уатта и Болтона, а газовый двигатель Ленуара был детищем не только его, но и Маринони, современный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания создан усилиями кельнского купца Отто и инженера Лангена.


Николай Отто родился 14 июля 1832 года в маленьком городке Хольцгаузене, в прусской провинции Нассау. Вырос мальчик в среде, нисколько не располагавшей к научным и исследовательским занятиям. Отец, сельский хозяин и почтмейстер, считал, что местной низшей школы и реального училища в близлежащем курортном местечке Лангеншвальбахе совершенно достаточно для того, чтобы из сына мог выйти хороший коммерсант. Идеалы семьи дальше этого не шли. И, хотя юный Отто интересовался физикой и технологией и хотел продолжить учебу дальше, отец предложил шестнадцатилетнему юноше отправиться в торговое предприятие «учиться зарабатывать деньги».
В течение трех лет вежливый и услужливый юноша постигал несложную науку продажи и купли. Отто получил свидетельство, в котором отдавалось должное его аккуратности, прилежанию и благонравию.
С таким свидетельством Отто направился в главный торговый центр страны — Франкфурт-на-Майне и здесь поступил приказчиком в магазин.
Занимая довольно скромные должности, молодой человек переходил из одного торгового дома в другой. Так он очутился наконец в Кельне.
Тайные мечты Отто шли, однако, дальше того положения, в котором он находился. И мечты эти далеко не соответствовали тому впечатлению о характере, которое обычно создавалось у людей, знавших этого молодого купца, с его тщательно расчесанными волосами, подстриженной бородкой и скромными манерами.
Если бы Отто был американцем, он, может быть, отправился бы на Аляску искать золото. Но он был немцем, а в Европе все уже было открыто, известно, запатентовано, и новые области деятельности, казалось, не существовали вовсе. Вот почему Отто, приглядываясь, мечтая и выжидая, все еще скромно продолжал служить и работать то продавцом, то конторщиком, то бухгалтером.
Ему было уже около тридцати лет, когда в одной кельнской газете он прочел широковещательную рекламную статью о двигателях Ленуара. Восторженный автор, сообщая о невероятных успехах нового изобретения, ставил вопрос о применении двигателя во всех отраслях промышленности и транспорта: тут была речь и о газовых локомотивах, и о пожарных насосах, и о моторных судах, и даже об управляемых аэростатах. В заключение предсказывался конец паровым машинам и указывалась необычайная выгодность предприятий, которые займутся производством этих двигателей.
Надо думать, что Отто был все-таки плохим коммерсантом, потому что он отнесся с полнейшим доверием к рекламной статье и решил, что клад найден и будущее его обеспечено. С этой минуты и до конца своей жизни Отто действительно никогда уже ни о чем более не думал, как о газовой машине. Он нашел тут дело, которое отвечало и тайной его душевной склонности и явной его профессиональной деятельности.
Конечно, он поставил себе целью пойти значительно дальше Ленуара. Он мечтал построить универсальный газовый двигатель, способный не только конкурировать с паровой машиной, но и вытеснить ее из всех уже занятых ею областей промышленности.
Впервые, когда Отто заговорил о своем плане с друзьями этот благообразный, прилизанный, причесанный коммерсант произвел на них впечатление человека, внезапно помешавшегося.
— Послушай, — отвечали они ему тихо и испуганно, как больному, — но ведь у тебя нет ровно никаких знаний, никакого опыта в технике… Ты стоишь на хорошей дороге, собираешься жениться. Что это за безумие браться за дело, которое может оказаться мыльным пузырем и в котором ты ровно ничего не понимаешь? Даже если у тебя хватит терпения заново учиться, где ты возьмешь средства на жизнь, на семью, на дело?..
Отто слушал и кивал головой в знак согласия. Да, у него не было никаких научных познаний. Все, что он знал из области физики, механики, естествознания со школьной скамьи, было немногим дополнено за последующие годы из случайно прочитанных книжек. О двигателе Ленуара он знал не больше того, что прочел в газете.
Что же из этого следовало? Из этого следовало то, что надо не только размышлять о способах осуществления идеи, но и прежде всего учиться, учиться и учиться, а вместе с тем и работать.
И вот Отто отмахнулся от рассудительных друзей, отказался от женитьбы и карьеры и погрузился в изучение вопроса, который поставил себе целью разрешить. Имея связи и знакомства в деловом и промышленном мире, Отто без труда получил доступ к газовым двигателям, работавшим на мелких предприятиях, и тут на месте он стал изучать, как они ведут себя на производственной работе. Отто не стеснялся обнаруживать свое незнакомство с делом, расспрашивал машинистов и хозяев о недостатках двигателей и их достоинствах и довольно скоро составил себе ясное представление об этих машинах. Конечно, попутно он старался пополнить свои познания в области физики, техники и машиностроения, чтобы стать вполне на уровне тогдашней науки и техники.
В нетерпеливом стремлении приступить к работе Отто построил при помощи кустарной мастерской маленькую опытную газовую машину. Она приблизительно копировала двигатель Ленуара, но, чтобы удобнее производить с ней опыты и, кстати, упростить и удешевить конструкцию, Отто отказался от сложного золотникового распределения, а попросил мастера сделать в цилиндре машины клапаны для впуска горючей смеси и выпуска отработавших продуктов сгорания.
Когда Отто получил свою машину и начал ее испытывать, он понял, какая пропасть лежит между идеей и ее осуществлением. Очень редко удавалось ему заставить машину работать. Однако, не падая духом, он продолжал производить бесчисленные опыты, не столько доделывая машину, сколько изучая ее.
Днем этот благообразный купец считал, мерил, подводил итоги, а вечером бежал в свою лабораторию и проверял на опыте мысли, приходившие к нему днем, за работой.
Иногда, проведя ночь в лаборатории, он к утру возвращался на службу, едва успев приобрести свой благообразный вид, и снова считал, мерил, отпускал, не переставая раздумывать о ночных занятиях. Теоретически Отто, кажется, совсем не разбирался в вопросе, но практически он шел по правильному пути к чисто научной постановке опытов.
Отто заставлял машину засасывать смесь воздуха и газа в самых разнообразных пропорциях, производил взрыв смеси при самых различных положениях поршня и после каждого опыта записывал, рассчитывал, подытоживал и соображал. Уважение к расчету, привитое торговым делом, Отто перенес и в свое техническое предприятие. Таким образом, этот купец, в сущности говоря, вел правильную научную работу, изучая условия, в которых выгоднее и лучше работает газовый двигатель.
В результате Отто убедился, что взрыв надо производить при самом начале хода поршня. И вот однажды, выключив зажигание и желая вернуть поршень к крайнему его положению, Отто повернул маховое колесо, а затем уже дал искру. Возвращаясь к своему верхнему крайнему положению, поршень, естественно, резко сжал находившуюся в цилиндре горячую смесь газа и воздуха. Произведя затем взрыв, Отто, к великому своему удивлению и радости, увидел, что маховое колесо при обычном расходе горючего получило чрезвычайно энергичный толчок и сделало значительно больше оборотов, чем обыкновенно.
Это было одно из величайших открытий в теплотехнике: горючая смесь, подвергнутая предварительно сжатию, совершила гораздо большую работу. Отто понял это, но, как мы увидим дальше, не умея теоретически объяснить это явление, он не оценил своего открытия в полной мере и воспользовался им только много лет спустя, когда начал теоретически разбираться в сущности теплотехнических процессов. Никогда не читавший книги Карно, Отто практически столкнулся с истинной причиной неудач своих предшественников. Она заключалась не в конструктивных недостатках, а в неумении создать наивыгоднейший рабочий процесс в двигателе внутреннего сгорания. Но как раз этого и не мог понять Отто, не знавший теории тепловых процессов и считавший, что все беды происходят от недостатков конструкции. Практицизм часто называют узким, а однобокую практическую направленность творческой способности — «делячеством» именно потому, что практицизм, не опирающийся на глубокое и широкое понимание дела, вредит сам себе, заставляя человека делать несравненно меньше, чем он мог бы сделать в интересах того же самого практического дела.
Опыты с маленькой машиной научили купца и механика Отто многому, но то, что они могли бы дать теоретику и исследователю, прошло мимо него.
Отто узнал в своей лаборатории самое главное: смесь перед зажиганием надо подвергать сжатию, взрыв выгоднее всего производить в крайнем положении поршня, когда ему соответствует мертвое положение кривошипа. Наконец он мог убедиться в том, что всасывание, сжатие, сгорание и выхлоп отработавших газов можно производить последовательно в одном цилиндре с помощью одного поршня и все это — за счет рабочего хода, развивающего достаточную движущую силу и приводящего в движение маховое колесо. Стало быть, слепо копировать паровую машину не было никакой надобности, а следовало создать совершенно новую конструкцию, опираясь на сделанные выводы.
Опытная машина Отто подсказывала все основные черты конструкции двигателя внутреннего сгорания, и не стоило большого труда развить и усовершенствовать ее. Но тут изобретатель стал жертвой своего практицизма. Он испугался слишком энергичных толчков поршня своей машины и решил, что, сжимая и взрывая смесь в одном и том же цилиндре, невозможно добиться равномерного вращательного движения в двигателе и машина будет работать рывками, которых не сможет сгладить даже тяжелое маховое колесо. И вот, чтобы избежать предполагаемой неравномерности работы машины, Отто решил осуществить рабочий процесс при помощи четырех цилиндров, работающих на один вал.
Задуманную таким образом конструкцию Отто не мог сам ни выполнить, ни вычертить. На его счастье, в Кельне в собственной мастерской работал превосходный мастер и механик Цонз, умевший понимать заказчика с полуслова. Ему-то и заказал Отто свой двигатель с четырьмя цилиндрами, работающими на один коленчатый вал. По расчету Отто, в то время как первый цилиндр будет засасывать смесь, во втором смесь подвергнется сжатию, в третьем произойдет взрыв, а из четвертого будут выбрасываться отработавшие газы. Такое последовательное распределение теплотехнического процесса, по мнению Отто, должно было повести к тому, что резкое движение поршня в одном цилиндре, где происходит взрыв, будет смягчено работой поршней в других цилиндрах и в результате машина даст плавное, надежное и мощное вращательное движение на валу двигателя.
Эту машину Цонз, подгоняемый нетерпеливым заказчиком, построил в конце 1862 года. Но опыты, произведенные с нею, совершенно разочаровали заказчика: толчки от взрывов оказались настолько резкими, что о регулярном ходе машины нельзя было и думать, а когда Отто убавлял количество газа в смеси, взрыва вовсе не получалось. Все, кому показывал свой двигатель изобретатель, соглашались, что машина никуда не годится. Решая вопросы исключительно опытным путем, Отто отказался от своей конструкции, хотя, очевидно, она нуждалась в каких-то теоретически продуманных доделках, потому что, по сути дела, являлась не чем иным, как четырехцилиндровым газовым двигателем, который Отто спустя много лет осуществил по той же конструктивной схеме.
Практицизм погубил прекрасное начинание Отто. Доверившись опыту и таким же практикам, забраковавшим конструкцию, Отто пошел к своей цели совершенно иным путем. Он вспомнил, что отработавшие газы в его опытной машине охлаждались так быстро, что поршень, уступая наружному давлению атмосферы, опускался назад с силой, способной производить полезную работу, и решил воспользоваться этим свойством газовой машины. Так он вернулся к идее давно известного атмосферного двигателя.
Маленькая атмосферная газовая машина, построенная по указаниям Отто тем же Цонзом, работала так хорошо, что изобретатель, забыв о своем важном открытии, принялся брать на нее патенты, чтобы начать производство своих двигателей. В Англии, Бельгии и Франции патенты были получены Отто очень просто и без всякой задержки. Но в Германии, где не существовало единого закона о привилегиях, а нужно было брать патент в каждом отдельном немецком княжестве, дело это потребовало много времени и хлопот.
В самом большом государстве Германии, Пруссии, где правительство стремилось как можно меньше связываться с изобретателями, Отто так и не удалось получить патента. Отказ мотивировался тем, что изобретение «просителя» не представляет ничего нового и не вносит никаких изменений в рабочий процесс, применявшийся многими прежними изобретателями атмосферных двигателей.
К началу 1864 года Отто располагал патентами во всех важнейших странах Европы и имел некоторый опыт применения своего двигателя на производственной работе. Коммерчески, таким образом, все было подготовлено для извлечения выгод из предприятия. Изобретатель не решил только, с чего начать. Он мог передать права на свои патенты другим, а мог и сам начать производство двигателей и продажу их.
Разумеется, второй путь казался изобретателю более привлекательным. Отто стал подыскивать себе компаньона, располагающего не только деньгами, но и прежде всего техническими познаниями и опытом в машиностроении. С коммерческой стороной дела Отто сам мог справиться не хуже другого. Но без техника-инженера начать производство машины, требовавшей доделок и усовершенствований, он не мог.
В поисках компаньона Отто оказался счастливее Уатта: первый же человек, с которым он столкнулся, оказался именно тем, кого он искал.
Эуген Ланген, молодой инженер, был почти сверстником Отто. Его отец состоял пайщиком рафинадного завода в Кельне и имел полную возможность дать сыну превосходное образование. Ланген учился в Политехникуме в Карлсруэ под непосредственным руководством выдающегося физика того времени, механика и одного из основателей науки машиностроения Фердинанда Редтенбахера, умевшего вызвать в своих учениках глубокую и прочную любовь к технике. Впоследствии Ланген не раз говорил об огромном влиянии, оказанном на него учителем.
Лангену не удалось окончить курса. Отец потребовал сына к себе в помощь на завод. Все же юноша получил в школе основные знания, которые обеспечили ему будущее как механику и машиностроителю.
Редтенбахер, прощаясь со своим студентом, сказал ему:
— Жаль, жаль, что вы так рано уходите от нас! Из вас могло бы со временем выйти что-нибудь.
Еще студентом, во время практики на заводе, Ланген сконструировал колосниковую решетку для бездымного сжигания топлива. Она получила потом название «решетки Лангена». Прежде чем начать производство своих решеток, Ланген побывал в Англии, Испании, Франции, завязал там знакомства и подготовил сбыт своей продукции.
Очутившись на предприятии отца в роли технического советника, Ланген довольно скоро заметил, чтó надо улучшить, что изменить в производстве.
Он по-новому поставил процесс сахароварения, и предприятие стало работать с небывалым еще успехом.
Располагая средствами, молодой инженер интересовался новостями прикладной техники в поисках выгодного и надежного помещения капитала.
«Тот, кто всегда только изобретает, — не изобретатель», — говорил он, знакомясь с патентами.
Узнав о машине Отто, Ланген познакомился с ним. При огромной потребности мелкой промышленности в маленьком, удобном, легком, простом двигателе дело это представляло несомненный интерес. Ланген, конечно, видел, что для широкого распространения машины в нее понадобится вложить немало труда. Но ведь он и искал как раз такое дело, которое могло бы поглотить не только его деньги, но и конструкторский талант.
И вот 13 марта 1864 года Отто и Ланген заключили между собой договор с целью совместно эксплуатировать изобретение. Ланген обязался внести деньги и руководить предприятием, а Отто вложил в дело свои патенты и оборудование своей мастерской. Он должен был работать не только в качестве конструктора, но и вести коммерческую часть предприятия. Фирма получила название «Отто и компания».
На улице Сервис в Кельне было взято в аренду помещение, подысканы опытные рабочие, и новая фирма приступила к постройке практически годного для производственной работы двигателя. Компаньоны не спешили. Они хотели показать товар лицом. Только через два года решили они наконец показать свою машину и пустить ее в продажу.
Выпущенный Лангеном и Отто двигатель представлял собой атмосферную вертикальную машину, работавшую таким образом: всасываемая в цилиндр смесь светильного газа и воздуха зажигалась электрической искрой, и продукты сгорания, с большой силой давя на поршень, подбрасывали его вверх; вследствие инерции движущегося поршня расширение продуктов сгорания в цилиндре доходило до давления менее атмосферного, так что к концу подъема поршня под ним образовывался незначительный вакуум, однако вполне достаточный для того, чтобы под действием давления атмосферы и собственного веса поршень опускался вниз, производя при этом полезную работу.
Передача работы поршня на вал двигателя осуществлялась через механизм, состоявший из зубчатой рейки и зубчатого колеса. Надо заметить, что сильный шум быстро движущейся рейки производил крайне невыгодное впечатление. Только после того как было установлено, что коэффициент полезного действия этой странной машины, столь не похожей на все известные двигатели, достигает четырнадцати процентов, некий механик Шеттер решился купить машину для своей мастерской.
Дела новой фирмы шли плохо. За три года компаньоны вложили в предприятие столько труда и денег, что окупить их продажей нескольких машин было невозможно. Расчеты на продажу патентов не оправдались. Охваченный сомнениями и готовый бросить все дело, Ланген согласился все же еще на один решительный шаг — продемонстрировать машину на Парижской выставке. Для выставки построили специальную машину, в конструкцию которой Отто внес некоторые изменения, главным образом чтобы уменьшить шум и придать двигателю более привлекательный вид.
На Парижской выставке 1867 года демонстрировалось полтора десятка газовых двигателей разных систем. Центральное место занимали машины Ленуара и Югона, конкурировавшие друг с другом. Возле них, очень приятных на вид и внешне ничем не отличавшихся от обычной паровой машины, к которой уже привык глаз, вертикальная машина Отто с громыхающей рейкой и взлетающим поршнем производила неприятное впечатление.
Жюри выставки прошло бы мимо этой немецкой машины, если бы в числе судей не находился друг Лангена, инженер Франц Рело, специалист по теории машин и механизмов, профессор Берлинского университета.
Рело потребовал от жюри, чтобы машина Отто была испытана.
«Невозможно оценить новое изобретение по внешнему виду, — писал он в своем заявлении по этому поводу. — Решение жюри должно основываться не на внешнем виде машины, а на ее достоинствах и прежде всего на ее экономической выгодности».
Мнение Рело победило, хотя французы, входившие в состав жюри, и не очень благосклонно относились к немецкой машине. Испытания были произведены и дали неожиданные результаты: машина Отто расходовала лишь третью часть газа и половину смазочного материала, потреблявшихся машинами Ленуара и Югона.
Жюри присудило золотую медаль двигателю Отто, а серебряную — Ленуару. Решение жюри привлекло к новой машине внимание. Компаньоны вздохнули облегченно, увозя с собой из Франции ряд заказов.
Разумеется, потребовалось расширение производства. В дело был вовлечен отец Лангена. Новые компаньоны организовали завод газовых двигателей в местечке Дейтц, возле Кельна. Здесь и было начато серийное производство машин под маркой «Отто-Дейтц».
К концу года Отто сдал заказчикам двадцать две машины. Он мечтал теперь о выпуске дешевого, не очень громоздкого газогенератора, чтобы расширить возможность применения двигателя. Но до полного торжества было еще далеко. Предприятие требовало постоянно новых и новых средств, все еще не принося дохода. Компаньоны частенько опускали руки, и если Ланген не бросил в это время дела, то только благодаря постоянной поддержке Рело, который писал ему:
«Прошу тебя, выдержи все, пока еще позволяет финансовое положение. Ведь дело подвинулось настолько, что главные трудности преодолены. Если ты теперь все бросишь, то прибыль уйдет в чужие руки, как и слава, не говоря о большем. Идеи требуют жертв — это доказано на протяжении всей истории техники не раз. Только жертвы ставят нас на высоту, которую потом оценят люди. Читаю ли, пишу ли или размышляю о паровой машине, я сто раз вспоминаю вашу машину и преисполняюсь гордостью за тебя… Подумай о том времени, когда через полвека газовая машина достигнет развития, как паровая машина…»
В январе 1872 года последовала новая реорганизация фирмы, превращенной в «Акционерное общество газомоторной фабрики Отто-Дейтц». Для постановки производства Ланген пригласил инженера Готлиба Даймлера. Даймлер набрал штат высококвалифицированных рабочих и внес в дело свою собственную изобретательность, опыт и знания.
Теперь, когда Отто располагал помощью таких машиностроителей, как Ланген и Даймлер, он решил вернуться к своей старой идее — создать газовый двигатель прямого действия.
В течение многих лет посреди небольшого, угрюмого, типичного для капиталистического предприятия фабричного двора, в специальной конторе на возвышении, за стеклянными стенами сидел Николай Отто и прилежно, как аккуратный купец, вел торговые дела фирмы. С чувством удовлетворения смотрел он через стекла по сторонам, радуясь шуму и суете вокруг себя. Завод едва успевал выполнять в срок заказы. Хотя мощность выпускаемых машин не превышала двух-трех лошадиных сил, они находили себе широкий спрос в мелкой промышленности — в типографиях, кустарных производствах, мастерских, небольших насосных установках.
Конструктивно атмосферный газовый двигатель был закончен. Мысли Отто давно уже не возвращались к нему. Он мечтал об ином деле, и сердце его было все-таки не здесь, не в стеклянной конторе, а в маленькой лаборатории, построенной в недоступном для посторонних глаз углу фабрики, за толстой каменной стеной. Здесь проводил Отто свободные часы. Сюда свозились все газовые машины, созданные отдельными конструкторами и построенные различными фирмами; тут они изучались неутомимым изобретателем, испытывались и сдавались потом в музей, ставший впоследствии одной из достопримечательностей фирмы.

История создания газового двигателя и методы работы Отто чрезвычайно характерны для своего времени. Не имея ни теоретического багажа, ни серьезного практического опыта, Отто ощущал только в полной мере запрос своего времени и стремился к тому, чтобы нажиться на нем. В его работах нет блеска гения, сверкающего проникновением в природу вещей, но зато они исполнены постоянством стремления.
Все чаще и чаще в эти поздние вечера и бессонные ночи мысли Отто возвращались к его первоначальной идее — четырехтактной газовой машине прямого действия. Атмосферный двигатель принес изобретателю большой опыт. Теперь он знал, что спокойный ход двигателя достигается только при работе на бедной газовой смеси, хотя при такой смеси часто и не получается своевременного взрыва. Первая задача поэтому сводилась к тому, чтобы достичь надежного зажигания в цилиндре при работе бедной газом смесью. Решение этой задачи долго не давалось запертому в своей стеклянной конторке купцу.
Но вот однажды, глядя через стекла конторки на дым фабричной трубы, выходивший сначала густыми клубами, а затем постепенно рассеивавшийся, Отто вдруг сообразил, что можно впускать в цилиндр в такой же последовательности горючую смесь, сначала бедную, а затем более насыщенную газом, с тем чтобы в момент зажигания, в месте его действия, находилась как раз богатая газом смесь.
Как только эта догадка явилась, торговые книги были отложены в сторону и Отто всецело ушел в работу над изучением рабочего процесса в двигателе с неоднородной газовой смесью. Прежнюю идею четырехтактного двигателя Отто ведь и оставил только потому, что не мог добиться спокойного хода. Теперь, когда, казалось, задача была решена, Отто принялся за разработку своей первоначальной конструкции.
В начале 1876 года построенная Даймлером по указаниям Отто опытная машина была доставлена ему в лабораторию и здесь подверглась предварительным испытаниям. Испытания прошли блестяще. В следующем, 1877 году Отто взял патент на рабочий процесс двигателя, состоящий из четырех моментов: всасывания газовой смеси в цилиндр, сжатия смеси, взрыва ее и выпуска отработавших продуктов сгорания.
Надо заметить, что Отто отнес успех новой конструкции за счет замедленного сгорания. В действительности весь успех новой машины зависел от предварительного сжатия. От замедленного сгорания очень скоро пришлось вовсе отказаться, так как при дальнейших опытах выяснилось, что оно на деле не достигается и только усложняет конструкцию.
В этой ошибке было одно достоинство: она вернула машиностроителей к новой попытке осуществить четырехтактный рабочий процесс. На этот раз, при помощи Даймлера и Лангена, Отто и удалось построить одноцилиндровый четырехтактный газовый двигатель.
В 1878 году предстояло открытие третьей Всемирной выставки в Париже. Компаньоны решили впервые показать новый двигатель именно здесь. Конечно, к этому толкали успех атмосферного двигателя на предыдущей выставке и приглашение Рело.
Легко себе представить, с какой тщательностью был сконструирован этот выставочный двигатель, над которым работали Даймлер, Ланген и Отто. Успех нового двигателя был обеспечен. Двигатель Отто Рело объявил «величайшим изобретением в области двигателей со времен Уатта, которое будет иметь влияние на все будущее развитие двигателей».
Действительно, возможность использования газовых двигателей как универсальных двигателей крупной промышленности явилась только теперь, когда был изменен рабочий процесс в двигателе внутреннего сгорания, а именно: было введено предварительное сжатие смеси перед зажиганием. Этот принцип лег в основу всего последующего моторостроения. С этого момента открылось истинное значение двигателей внутреннего сгорания и началось внедрение их во все области промышленности и транспорта.
Рабочий процесс, совершавшийся в цилиндре нового двигателя, получил название «цикла Отто». Цикл этот заключается в следующем.
Допустим, что в цилиндре двигателя поршень находится в верхнем крайнем своем положении. В этом положении между поршнем и крышкой цилиндра остается промежуток, представляющий камеру сжатия. В дне цилиндра имеются грибообразные клапаны, головки которых прикрывают отверстия. Клапаны удерживаются в закрытом состоянии пружинами. В нужный момент они открываются при помощи кулачков на валу. Кулачки приводятся в движение самой же машиной.
Двигатель пускается в ход посторонней силой. Пока поршень движется вниз, выпускной клапан остается закрытым, впускные же клапаны приподнимаются, и через один из них всасывается в цилиндр газ, через другой — воздух. Газ и воздух образуют в цилиндре горючую «рабочую» смесь. Этот первый ход поршня называется «первым тактом» или «ходом всасывания».
К концу первого хода впускные клапаны закрываются, а поршень движется вверх, сжимая при этом рабочую смесь, запертую в цилиндре в камере сжатия, примерно до одной пятой ее первоначального объема. Это — второй такт, или ход сжатия.
Когда смесь подверглась сжатию, она зажигается в камере сжатия электрической искрой и взрывается, то есть быстро сгорает, выделяя при этом теплоту. Благодаря выделению теплоты происходит расширение газообразных продуктов сгорания, вследствие чего максимальное давление получается в тот момент, когда поршень находится в крайнем верхнем своем положении и газы с силой толкают поршень. Это — третий такт, или рабочий ход. При нем все клапаны закрыты. Поршень приводит в движение через кривошип вал двигателя с маховиком.
Когда поршень дошел до конца, открывается выпускной клапан, и поршень, двигаясь обратно, выгоняет отработавшие газы наружу. Это — четвертый такт, или выхлоп.
Четыре такта и составляют рабочий процесс. Далее приводимый в движение уже инерцией маховика двигатель повторяет снова весь цикл. В этом цикле, как видно, имеется лишь один рабочий ход на четыре хода поршня. Но на валу двигателя получается спокойное и равномерное вращательное движение благодаря маховому колесу большого веса.
Сжатие рабочей смеси перед зажиганием чрезвычайно повысило коэффициент полезного действия в новом двигателе Отто. Уже первые машины, выпущенные заводом «Отто-Дейтц», по коэффициенту полезного действия на семнадцать-восемнадцать процентов превзошли паровые машины такой же мощности.
Атмосферные машины были сняты с производства. За это время завод выпустил их свыше десяти тысяч. Тем не менее с ними было покончено навсегда: никто из последующих конструкторов и не пытался возродить их к жизни, ибо нельзя было внести в них ничего нового, что могло бы поставить их вровень с четырехтактными двигателями.
Сначала завод выпускал маломощные двигатели — они заменяли атмосферную машину. Но затем развитие четырехтактного газового двигателя пошло по линии увеличения мощности. Появились двигатели мощностью в 10 лошадиных сил, через два года были построены двигатели в 50 лошадиных сил с двумя цилиндрами. Распространение новых двигателей шло с невероятной быстротой. В течение последующих двадцати лет по патенту Отто было построено сорок две тысячи двигателей, общая мощность которых составляла, однако, только 170 тысяч лошадиных сил. Это был двигатель мелкой, кустарной промышленности, и в этом крылся секрет его успеха.
Английские и французские предприниматели, строившие двигатели по патенту Отто, не слишком долго выплачивали изобретателю премию за пользование патентом. Со всех концов мира к Отто начали предъявлять претензии многочисленные изобретатели двигателей, работавших на светильном газе. Деятельность этих изобретателей не пошла дальше получения патентов. О них никто не вспоминал до той поры, пока патенты не понадобились для предъявления исков счастливому немцу.
Претензии отдельных лиц энергично поддерживали промышленники: они добивались свободного производства машин, оказавшихся столь ходкими. Претензии эти могли иметь место тем более, что основные принципы двигателя Отто не были совершенно новыми и неизвестными. В своих двигателях двойного действия Барнет также подвергал смесь сжатию. Оказалось, что и весь четырехтактный цикл с точным указанием на принцип сжатия несколько раньше описал профессор Бо де Роша, выпустивший во Франции еще в 1862 году литографированную брошюру по этому вопросу.
Предшественники Отто не смогли преодолеть трудностей при осуществлении своих идей, а иногда, как Бо де Роша, только ограничивались их изложением.
Идеи эти были прочно забыты, и, во всяком случае, для самого Отто литографированная тетрадка Бо де Роша явилась совершенной новостью.
Все эти забытые патенты и рукописи извлекли из небытия услужливые агенты конкурирующих фирм, для того чтобы добиться аннулирования патентов Отто по суду.
Начались бесконечные процессы. Жизнь Отто была отравлена. Не будучи ни в чем виноватым, он чувствовал себя преступником. Напрасно Ланген убеждал его относиться спокойно ко всем этим судебным процессам, которые обязательно сопровождают всякий успех. Отто, мечтавший дожить до последнего дня своей жизни с репутацией честного купца, забросив свои остальные дела, занимался теперь только оспариванием исков. Он не мог ни о чем больше думать, ни о чем говорить. Он доставал документы, разыскивал свидетелей своих первых опытов. Все было напрасно. Как ни ясны были для всех заслуги Отто, как ни подтверждал он свои права на изобретение, в результате длительного судебного процесса германский патент Отто был аннулирован.
Аннулирование патентов Отто дало возможность беспрепятственно строить газовые двигатели повсюду. Но дела фирмы «Отто-Дейтц» нисколько не пострадали. Большая часть заказчиков предпочитала иметь дело с фирмой, уже зарекомендовавшей себя качеством своей продукции.
Исход процесса нисколько не повлиял и на отношения компаньонов. Но решение суда произвело ужасное впечатление на самого Отто. С этих пор вся последующая его жизнь ушла на ведение бесплодных и унизительных споров о том, кому принадлежит в действительности честь изобретения.
Между тем, не замечаемый больше самим изобретателем, успех газовых двигателей возрастал беспрестанно. Они обслуживали теперь не только мелкие предприятия, но и городские электростанции, где двигатели непосредственно соединялись с динамо-машинами. Наконец осуществилась интересная попытка применить газовый двигатель на железнодорожном транспорте.
В 1890 году немецкий инженер Люриг построил вагон с газовым двигателем. Вагон курсировал на Дрезденской городской железной дороге. В нем помещалось несколько резервуаров с газом, сжатым до шести атмосфер. Специально сконструированные на заводе «Отто-Дейтц» двигатели находились под сиденьями в середине вагона. Валы их связывались с осями посредством цепей Галля. На крыше вагона находился резервуар с водой для охлаждения цилиндра. Опытный вагон работал хорошо. На газовые железные дороги возлагались большие надежды, и вскоре появилась специальная линия с газоходами в Дессау. Газ к станции подводился от городского газового завода. Линия имела длину в четыре с половиной километра и обслуживалась десятью вагонами-газоходами системы Люрига. Однако дальнейшего развития газовый транспорт не получил. Газоходы были вытеснены с городских дорог электрическими трамваями.
С появлением новых систем тепловых двигателей газовые двигатели продолжают занимать почетное место среди них. В настоящее время они достигли больших мощностей, до 10 000 лошадиных сил. С особым успехом они применяются там, где имеются дешевые природные газы и газы, являющиеся отходами производства, как, например, колошниковые газы доменных печей.
Применение газовых двигателей еще при жизни Отто вышло далеко за пределы городов, где имелся светильный газ. Они перешли на работу «генераторным» газом во многих областях промышленности, но революцию в транспорте произвели двигатели, работающие на жидком топливе.
Отдавая должное заслугам Отто, «Немецкое общество инженеров» назначило свой очередной годовой съезд в Кельне, чтобы чествовать Отто по случаю присуждения ему Вюрцбургским университетом почетного звания доктора-инженера.
Но силы изобретателя подходили к концу. За месяц до съезда, 26 января 1891 года, Отто умер.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.