Дизель, кардан, феродо и не только: изобретатели и фирмы, давшие свои имена деталям автомобиля

Двигатель

Если уж и начинать разговор об именах собственных в автомобиле, то непременно с мотора: здесь «зашифрованы» десятки фамилий и брендов. Одних только «именных» термодинамических циклов работы двигателя здесь целая гора, а из тех, что до сих пор на слуху, можно вспомнить цикл Отто (он, собственно, стал классическим), Аткинсона и Миллера. Но одной из ключевых фигур в истории двигателей внутреннего сгорания, разделивших ее на «до» и «после», стал Рудольф Дизель.

Дизель – человек, жизнь которого почти целиком состояла из ошибок и неудач. Сначала ему не повезло родиться в середине 19 века, незадолго до Франко-Прусской войны, из-за которой ему, этническому немцу, живущему во Франции, в юном возрасте пришлось покататься по Европе в поисках спокойной жизни и нормального образования. Потом, когда дело дошло до работы, он сначала занялся совершенствованием парового двигателя, но один из подопытных ответил ему не взаимностью, а взрывом, из-за которого Рудольф чуть не погиб. Потом Дизель разработал концепт двигателя с термическим КПД более 70% – для сравнения: показатель паровых двигателей тех лет составлял около 20%, а самые современные бензиновые моторы имеют термический КПД около 40%. Вернее, сам Дизель считал, что он его разработал. Уже вскоре выяснилось, что изобретатель многого не учел (давление в камере сгорания около 100 атмосфер означало чудовищные потери на трение для уплотнения этой камеры, а расчетное соотношение топлива с воздухом в пропорции 1:100 не позволяло бы смеси гореть вообще), так что еще несколько лет жизни он потратил на осознание и исправление своих ошибок. И даже изобретение работоспособного и коммерчески успешного дизельного двигателя принесло ему не мировую славу и баснословные доходы, а патентные тяжбы и проблемы со здоровьем. А в 1913 году он отправился пароходом на открытие нового завода по производству дизельных моторов, но пропал прямо с корабля, и даже его тело так и не нашли. В общем, и жизнь была тяжелая, и смерть. И топливо дизельное – тоже тяжелое. Зато слава – мировая.

Кстати, любопытно, что даже одна из ключевых особенностей дизельного мотора самого Дизеля интересовала мало. Речь о воспламенении от сжатия: если в бензиновом моторе смесь поджигает свеча, то в дизельном она воспламеняется сама из-за высокой степени сжатия. Однако для Рудольфа это было совершенно не важно: по его собственному заявлению, он не патентовал воспламенение от сжатия и даже не задавался целью его добиться. Но получилось так, как получилось. Весьма, кстати говоря, неплохо получилось – настолько, что именно дизельный мотор в современном моторостроении очень долго любили и прочили ему чуть ли не больший успех, чем бензиновому. Правда, в какой-то момент резко разлюбили, и теперь некоторые компании вообще отказываются от дальнейших разработок новых дизельных моторов из-за закручивания экологических гаек. В общем, если бы Рудольф Дизель дожил до наших дней, то умер бы от огорчения именно сейчас. Это же надо – такое изобретение загубить.

Еще стоит отметить, что помимо тех, кто отрабатывал циклы классического поршневого ДВС, были и те, кто предлагал свежие идеи по его конструкции. И если творения Бурка или Штельцера известны единицам, то, например, двигатель Ванкеля уверенно назовут многие, а кто-то даже расскажет его устройство и принцип работы. Но все равно по популярности и мировой известности даже Ванкелю до Дизеля далековато.

Теперь перейдем от общего к частному – то есть от мотора целиком к отдельным составляющим. Например, пока кто-то придумывал, как получить от мотора максимум работы при минимуме топлива и потерь, кто-то размышлял над тем, как этот мотор вообще запустить. Но если имя изобретателя стартера в веках затерялось, и до нас дошла просто калька с английского слова «starter», то вот составная часть этого самого стартера в народе получила более конкретное название «бендикс». Причем у этого механизма есть и вполне официальное техническое название – обгонная муфта. Почему же ее прозвали бендиксом? Вы уже наверняка догадались: в честь ее изобретателя, Винсента Бендикса.

Винсент на старте своей карьеры был человеком немногим более удачливым, чем Рудольф Дизель. Однако он хотя бы родился не в разгар войны, да к тому же в США, а не в Европе. Но его первый бизнес все же был неудачным: основанная им Bendix Corporation, нацеленная на выпуск автомобилей, закрылась спустя 2 года и 7 тысяч произведенных машин. Впрочем, Бендикс не разочаровался и уже спустя пару лет изобрел инерционный привод стартера. Тем самым он решил проблему, которую сами себе создали изобретатели до него: электрический привод стартера вместо «кривого» они изобрели, а вот как отдергивать шестерню стартера от зубчатого венца маховика, не придумали.

Суть проблемы проста: изначально неподвижный маховик раскручивается стартером через ведущую шестерню, но вот после запуска мотора маховик начинает вращаться гораздо быстрее, и за то время, пока шестерня стартера пытается с ним расстаться, он раскручивает стартер до полного коллапса. К всеобщей радости Бендикс соорудил конструкцию с пружинами и, что самое главное, той самой обгонной муфтой, которая позволяла избежать обратного вращения стартера маховиком. Суть обгонной муфты как раз и состоит в том, чтобы передавать крутящий момент с ведущего вала на ведомый, но при этом не позволять ведомому валу раскручивать ведущий. Ее несложную конструкцию проще понять с одного взгляда на картинку, чем описывать словами, а самый простой образец – это храповой механизм, который многим знаком. Неудивительно, что с начала 20 века, когда Бендикс продал свой патент, сама конструкция стартера претерпела некоторые изменения, а вот обгонная муфта как устройство предохранения стартера от разгона маховиком осталась с нами до сих пор. Кстати, самому Винсенту Бендиксу продажа патента тоже изрядно помогла: как человек талантливый и многогранный, он впоследствии занялся тормозными механизмами, а затем и вовсе ушел в авиастроение. Но о тормозах мы еще поговорим – там есть свои знаменитые имена.

Ну а пока, раз уж речь зашла об электрике, давайте вспомним еще один элемент, который носит знаменитую фамилию: датчик Холла. Для начала стоит понимать, что Холл эти датчики не изобретал и не производил. Фактически датчик Холла – это любой датчик, который использует эффект возникновения поперечной разности потенциалов, и вот именно это явление и открыл Эдвин Холл. 

К автомобилям все это никакого отношения сначала не имело – тогда, в 1879 году, и автомобилей-то толком не было. А вот уже потом, существенно позже, датчик Холла стал неотъемлемой их деталью. Сейчас они в основном применяются как датчики положения распредвала и коленвала, а раньше трудились и в системах электронного зажигания. Вряд ли мистер Холл мог представить себе, насколько полезным, многогранным и долгоживущим окажется его открытие, когда писал докторскую диссертацию. Но попав на денек в наши дни, он точно был бы счастливее Рудольфа Дизеля.

А вот у Исаака Баббита (в родных США он звался Бэббитт) поводов для расстройства минимум – и не потому что он умер еще в 1862 году, а потому что сплав, который он изобрел, по сей день остается актуальным в качестве антифрикционного материала. Сплав, в общем-то, нехитрый: он на 80-90% состоит из олова либо свинца, а добавки – это в основном медь и сурьма. Единственная причина огорчиться Исааку – это то, что в автомобилях баббит все же уступил место другим, более современным сплавам и материалам. Впрочем, чему здесь удивляться, ведь изобретению уже больше 180 лет! Сегодня мы вспоминаем о баббите как о части истории: самый известный пример – это баббитовые вкладыши знаменитой газовской «полуторки», возившей все и вся в годы Великой Отечественной.

Сам Исаак Баббит всю жизнь обожал отливать, сплавлять и варить, а потому «именной» сплав был его главным, но не единственным достижением. Например, в США он вписал себя в историю еще и тем, что отлил первую в стране латунную пушку. А помимо металлургии он успешно занимался еще и мыловарением.

Трансмиссия и ходовая часть

Еще один огромный пласт эпонимических названий – это ходовая часть. Принцип Аккермана и ШРУС Рцеппа – это то, что мы вспоминаем не сразу, а вот фамилии МакФерсона, Панара и Уатта очень даже на слуху. Все они пытались добиться от автомобиля устойчивости, управляемости и комфорта, и всем им, особенно МакФерсону, мы благодарны и по сей день. Впрочем, давайте по порядку.

МакФерсон – первый профильный инженер в нашей истории, который разработал свое творение не случайно или походя, а целенаправленно. Случилось это с ним в конце 40-х годов прошлого века, когда он работал в компании GM. Правда, в GM изобретение оценить не успели: МакФерсон разработал переднюю подвеску для нового компактного и дешевого Chevrolet Cadet, а проект отменили. Так что инженер со всеми наработками перешел в Ford и там вовсю начал устанавливать свою подвеску в новые модели: сначала Vedette, а потом массовые Zephyr, Consul и так далее.

На всякий случай напомним, что суть рацпредложения МакФерсона – не в использовании амортизационной стойки, состоящей из амортизатора внутри пружины. Вернее, не только в этом. Пружина с амортизатором могут существовать и по отдельности, а суть – в уходе от двойных поперечных рычагов, главенствовавших долгие годы, в пользу более простой конструкции с одним рычагом снизу и амортизатором, упирающимся сверху в собственный шарнир. Подвеска МакФерсона не только проще, но, соответственно, и компактнее, и легче, и дешевле в массовом производстве. К тому же ее изобретение дало путь автомобилям с поперечным расположением двигателя: компактная конструкция позволила расширить моторный отсек, а заодно уменьшить длину и снизить вес автомобилей. Это и проложило ей путь на вершину популярности, а ее изобретателю обеспечило практически вечную известность. Современным студентам-машиностроителям есть чему у него поучиться: одно стоящее рацпредложение может сделать тебя знаменитым на сотни лет вперед.

А вот одно из изобретений француза Рене Панара – наглядное доказательство того, что необязательно изобретать сложную конструкцию, чтобы увековечить свое имя в истории. Нет, вообще, конечно, Панар был талантливым инженером и успешным бизнесменом, а еще пионером французского автомобилестроения, основавшим с партнерами компанию Панар-Левассор по выпуску легковых автомобилей с ДВС конструкции Готтлиба Даймлера. Но вот его решение, примененное в подвеске, гениально своей простотой.

Как известно, суть подвески в том, чтобы держать автомобиль и гасить колебания кузова, возникающие из-за неровностей дороги. Подвеска, таким образом, должна двигаться вертикально относительно кузова, а вот продольные и особенно горизонтальные перемещения ей противопоказаны. «Что ж, – решил Панар, – раз противопоказаны, то давайте просто соединим подвеску с кузовом жесткой штангой с шарнирами на концах». И знаете – сработало. Правда, с некоторыми нюансами: поскольку тяга-то жесткая и прикрепляет мост к кузову в одной точке, то при движении моста вверх-вниз он все равно движется по окружности, радиусом которой становится сама тяга Панара. То есть, решив проблему поперечного смещения моста относительно кузова, Панар создал проблему поперечного смещения моста относительно кузова. Пусть и в гораздо меньшей степени, но все же: на машинах с узкой колеей и большим ходом подвески смещение уже будет очень ощутимым.

На помощь Панару и автостроителям пришел Джеймс Уатт. Вернее, на помощь им пришла память и логика: свой механизм Уатт изобрел и запатентовал еще за сто лет до Панара, только предназначался он для шатуна поршня парового двигателя. Если у Панара штанга была одна, то у Уатта все серьезнее: рычагов тут аж в три раза больше. Схема крепления такая же, диагональная, но шарниров тут уже не два, а четыре: две штанги крепятся к кузову и мосту соответственно, а соединены между собой через третий короткий рычаг, который, в свою очередь, установлен на шарнире по центру моста. Все это позволяет мосту двигаться вертикально, но не позволяет смещаться продольно. Ну, почти не позволяет… График движения центра моста в этой схеме – тоже не идеальная вертикальная прямая, а эдакий интеграл, но это все равно в разы лучше, чем окружность в случае со схемой Панара. Однако конструкции Панара и Уатта по сей день существуют практически на равных – иногда один рычаг ненамного хуже трех.

Следующая остановка на нашем пути – трансмиссия. Не все сходу вспомнят, кто такие Рцеппа, Вaйсс и Лёбро, а уж фамилии основателей компании GKN и подавно. А зря: если бы не они, ездить бы нам сейчас на заднем приводе и с карданами, за которые, впрочем, спасибо Джероламо Кардано, который описал их конструкцию еще в 16 веке. О том, что в будущем чуть ли не каждый второй автомобиль будет иметь передачу его имени, Кардано не догадывался. Да и о том, что такое автомобиль, тоже догадывался вряд ли. Однако принцип передачи крутящего момента двумя валами, находящимися под углом друг к другу, он на всякий случай описал. Его работу продолжили другие ученые и конструкторы – в частности, Гук и Спайсер. Так что традиционный карданный шарнир с крестовиной называют еще и шарниром Гука. Но у карданной передачи есть важный недостаток: она не обеспечивает синхронность движения валов, и чем выше угол между ними, тем сильнее проявляется неравномерность движения. Отчасти этот недостаток был устранен простым удвоением числа шарниров: сдвоенный кардан уже был шарниром равных угловых скоростей. Но вот проблема надежности при работе на больших углах между валами никуда не делась. Поэтому инженерам всего мира пришлось работать над тем, чтобы изобрести шарнир равных угловых скоростей (ШРУС), лишенный этого недуга.

Работали инженеры независимо друг от друга и постоянно изобретали похожие, но разные конструкции. «Переходным звеном эволюции» между карданом и современным ШРУС стал шарнир Карла Вaйса, запатентованный в начале 20 века. Здесь уже были канавки и шарики, но момент передавался лишь одной парой шариков в каждом из направлений вращения, что не обещало выдающейся надежности. Однако начало уже было положено: шарики покатились, и все завертелось. Так свет увидели шарниры Рцеппа и Бирфильда, а также компаний GKN и Loebro (которая сейчас принадлежит GKN), отличающиеся условиями работы. Но, судя по всему, какими совершенными (и при этом несовершенными) ни стали бы ШРУСы, карданная передача остается с нами навсегда.

А пока кто-то думал, как передать крутящий момент, минимизировав потери на трение, кто-то, наоборот, работал над тем, чтобы трение было максимальным. Где это важно? Ну, если оставить за скобками шины, то как минимум в двух системах: сцеплении и тормозах. При этом и в той, и в другой сферах есть самое известное имя нарицательное – феродо. Этим словом стали обозначать фрикционный материал, используемый в сцеплении и тормозах. Изготовителем, как несложно догадаться, была компания Ferodo, а основал ее на рубеже 19 и 20 веков английский изобретатель, промышленник и торговец Герберт Фруд. Он был если не первым, то одним из первых людей, взглянувших на тормозные системы тех лет и включивших не только глаза, но и голову. Обычно изготовители тормозов тогда решали критически важную задачу: как посильнее прижать тормоз к колесу, чтобы побыстрее остановить повозку. Фруд же догадался, что помимо давления в пятне контакта критически важное значение имеет трение. Старая поговорка гласит, что добрым словом и пистолетом можно добиться гораздо большего, чем просто добрым словом – вот и Фруд осознал, что, увеличив коэффициент трения в тормозной паре, можно добиться гораздо больше, чем банальным прижимом тормоза к колесу. Этот простой вывод стал отправной точкой для создания успешнейшего бизнеса.

В СССР со словом «феродо» связывали прежде всего сцепление, хотя основным направлением работы компании все же были тормоза. Фруд для начала разработал тормозные накладки из хлопка и битума, а спустя несколько лет – гораздо более эффективные накладки из асбеста, пропитанного фенолформальдегидной смолой. Последние уже можно считать вполне современными по характеристикам: они неплохо держали высокие температуры и показывали приличные результаты по фрикционным свойства и износостойкости. Спустя некоторое время этот материал «распробовали» и в производстве автомобильного сцепления, и компания Феродо стала выпускать в том числе и продукцию для этих систем. Правда, к концу 20 века люди обратили внимание не только на термо- и износостойкость, но и на канцерогенность асбеста и токсичность фенолформальдегида, так что с 90-х годов их производство и применение постепенно сокращалось, а в начале 21 века материалы с содержанием асбеста постепенно начали запрещать в Европе, США и так далее.

Впрочем, компании Ferodo это фатально навредить уже не могло: первую безасбестовую колодку она выпустила еще в 80-х. Имея огромный опыт, она переключилась на разработку и производство альтернативных фрикционных материалов, а также продолжила расширять ассортимент продукции, добавив туда прочие детали тормозной системы вроде дисков и тормозной жидкости. Ну а в конце 90-х годов прошлого века компания Ferodo вошла в состав корпорации Federal-Mogul.

Кстати, сегодня Ferodo может позволить себе заботиться не только об эффективности и экологичности тормозов, но и об их эстетичности. К примеру, помимо спортивных колодок серии Racing и высокопроизводительных серии Premier компания выпускает тормозные диски с антикоррозийным покрытием Ferodo COAT+. Название вполне понятно описывает суть: если вас раздражает, что новые тормозные диски уже через несколько месяцев начинают ржаветь, а через год выглядят откровенно печально на фоне обслуженных и чистых тормозных механизмов и красивых легкосплавных дисков, COAT+ облегчит ваши страдания.

Заключение

Далеко не каждый изобретатель или производитель способен закрепить своё имя в продукте. Для этого продукт должен быть или принципиально новым и жизнеспособным, или лучшим среди конкурентов. Так что все имена, перечисленные выше, – это самое наглядное подтверждение успехов и повод для гордости производителя. А те, кто выпускает продукцию с далекого прошлого по сей день, как Ferodo, могут гордиться не только историей, но и традициями производства, проверенным качеством и репутацией премиального производителя среди клиентов.