В поисках максимальных возможностей
Трудно найти более популярную у любителей технической истории тему, чем эволюция двигателей внутреннего сгорания. Тысячи страниц посвящены шагам, пройденным от первого газового поршневого двигателя британца Барбера, датируемого 1799 годом, до новейших агрегатов из самых современных материалов, управляемых сложной электроникой, сочетающих различные циклы. Соревнование идей и конструкций, успехи и тупиковые эксперименты — чего только не было на этом двухсотлетнем пути. Но тем и хороша история, что взглянуть на нее можно под разными углами.
Более полувека потребовалось, чтобы пройти от бывшего, скорее, теоретической разработкой двигателя Барбера или появившегося через пару лет двигателя Франсуа де Бонне (Лебона) с воспламенением от электрической искры, через появление в 1807 году водородного двигателя Франсуа Исаака де Риваза (еще не имевшего кривошипно-шатунного механизма) — до реально пригодного в коммерческом использовании и выпускавшегося серийно двигателя Жана Этьена Ленуара (1860 год) или заложившего базовый принцип (тот самый «цикл Отто») работы большинства современных ДВС четырехтактного двигателя Николаса Отто (1862 год).
Но дальше технологический прорыв приобрел лавинообразные масштабы. Тем более что, пока Ленуар разрабатывал оказавшиеся необходимыми для своей конструкции системы охлаждения и смазки, в 1866 году в США была запатентована первая в истории рецептура моторного масла на основе нефти. Это сделал врач Джон Эллис, экспериментировавший с нефтью в медицинских целях и оценивший ее «скользкость», а затем сумевший восстановить при помощи такой смазки работу заклинившей паровой машины.
И вряд ли прогресс оказался бы столь стремительным, если бы не конкуренция. Конечно, в те годы речь о конкуренции, которую мы видим на современном рынке, еще не шла. Но уже в середине 60-х годов XIX века преимуществом двигателей внутреннего сгорания подавалась их компактность по сравнению с основными конкурентами тех лет — паровыми машинами. А двигателем Ленуара конкурентная борьба была в итоге проиграна за счет более совершенной конструкции двигателя Отто. Оптимальные габариты, надежность и практичность — успех сопутствовал лишь тем, кто мог найти удачное сочетание этих качеств.Прорыв стал обретать масштабы, когда двигатели внутреннего сгорания начали приспосабливать для транспортных средств. Это, кстати, тоже было во многом обусловлено началом применения в качестве топлива нефтепродуктов. 1855 год — Готлиб Даймлер патентует мотоцикл с бензиновым двигателем. Про появление в 1862-м двигателя Отто уже упоминалось. 1864 год — Зигфрид Маркус изобретает одноцилиндровый карбюраторный двигатель и использует его на практике: его «самоходная повозка» оказалась способна разогнаться до 16 км/ч. Еще через девять лет Джордж Брайтон представляет двухцилиндровый двигатель и дорабатывает его для работы на бензине. 1886 год — появляется на свет «прародитель всех автомобилей», трехколесный экипаж Карла Бенца. 1892-й — патентует «двигатель с самовоспламенением смеси воздуха с жидким топливом за счет теплоты, выделяющейся при сжатии», Рудольф Дизель. Старт новой эпохе был дан.
Параллельно в России в 1879 году Огнеслав Костович начинает разработку, в 1885-м завершает испытания и к 1892-му получает американский, британский и российский патенты на бензиновый двигатель для дирижаблей и подводных лодок: 8-цилиндровый «оппозит» с электрическим зажиганием, смазочными масленками и водяным охлаждением. Характеристики по тем временам впечатляли: при массе 240 кг мощность в «авиационном» варианте составляла 80 л. с. Для сравнения: «Моторвагены» Бенца развивали 1−3 силы в зависимости от версии, а 2,8-литровый двигатель легендарной «жестянки Лиззи» — открывшего через два десятилетия эпоху автомобилизации США Ford Model T, выдавал 20 л. с. Увы, судьба двигателя Костовича не сложилась — «целевой» проект дирижабля «Россия» завершился неудачей, для других вариантов «транспортного» применения агрегат плохо подходил, а вскоре и вовсе попал как военная разработка под гриф секретности на долгие годы. Это был тоже пример проигранной конкурентной борьбы.22 км/ч — именно такую максимальную скорость (средняя составила 17 км/ч) смог развить «самобеглый паромобиль» маркиза Альбера де Диона — «Де Дион Бутон» — самый быстрый в первых в истории автомобильных соревнованиях, состоявшихся 22 июля 1894 года. На старте этого заезда по маршруту Париж — Руан (126 км) собрались 14 «бензиновых» автомобилей и 7 паровиков. А заявлялось много больше — 102! Среди них 39 автомобилей с ДВС, 28 — с паровыми установками, по пять электромобилей и автомобилей с ныне почти забытыми пневматическими (!) двигателями. Еще 25 технические контролеры были вынуждены просто отнести к категории «другие» (не воспринимать же всерьез некое подобие автобуса, приводимого в движение… усилиями пассажиров).
Все это разнообразие отсеялось в ходе технических инспекций и отборочных заездов, ведь для прохождения дистанции давался жесткий лимит — восемь с половиной часов. Тогда стояла задача продемонстрировать возможности «самобеглых колясок» в принципе — в технических особенностях разбирались единицы, а вот побаивалось «чуда техники» (ну или «исчадия ада») абсолютное большинство. Поэтому ставка делалась на надежность, даже судьба главного приза была решена не спортом, а именно этой политикой — он достался не быстрейшему «Де Дион Бутон», а был разделен между признанными имеющими «наилучшую комбинацию безопасности, экономии и удобства в управлении» (это цитата) «Панар-Левассор» и «Пежо» с бензиновыми трех- или четырехсильными двигателями Daimler. Кстати, если из «бензиновых» до финиша добрались все, то из семи «паровиков» в Руан прибыли лишь три.
На рубеже XIX и XX веков автомобили с бензиновыми двигателями внутреннего сгорания в реальности вытеснили все остальные конструкции с массового рынка. Наступила эпоха их конкуренции между собой. Надежность, мощность и практичность — при более-менее схожести базовой концепции производители решали задачу каждый по-своему.Многие барьеры было бы просто невозможно преодолеть без параллельного развития смазок, топлив, других технологических жидкостей. Даже для самых первых ДВС использовать масла для паровых машин — так называемые остаточные, самые тяжелые и густые, которые можно приготовить из нефти с добавлением животных или растительных жиров, — было уже нельзя. В конце XIX века использовали простое машинное масло. Но его подверженность окислению с образованием обильных отложений требовала замены масла через несколько сотен километров. Для участника «Париж — Руан» это был бы более чем достаточный «ресурс», а вот для простого владельца Ford Model T — уже нет. Именно для Model T был заключен один из первых в истории контрактов на централизованную поставку масла для конвейерной сборки (такое «первенство» вполне логично, поскольку конвейер как метод производства автомобилей первым и внедрил Генри Форд).
Автопроизводитель подписал его в 1914 году с английской компанией Castrol, пятью годами ранее начавшей под этим брендом выпускать масла для автомобильных, мотоциклетных и особо нагруженных — авиационных и гоночных — двигателей. Кстати, двигатель «Жестянки Лиззи» вовсе не имел масляного насоса, которому вскоре предстояло стать необходимым узлом — здесь смазка осуществлялась разбрызгиванием специальными «черпачками» и самотеком. Как, впрочем, и на двигателях куда более дорогих автомобилей тех лет.
Развивались не только технологии двигателей — совершеннее становились и другие узлы автомобилей. А значит, можно было пробовать сделать еще более мощный двигатель и за счет этого обойти — на трассе соревнований или в объемах продаж — конкурентов.
Гонки становились идеальной демонстрацией технических достижений, и их популярность росла. Еще до Первой мировой войны началась история европейских Гран-при и американских 500-мильных гонок. Война отбросила Старый Свет назад, и на какое-то время вперед вырвались американские инженеры. В Гран-при на трассе в Ле-Мане в 1921 году уверенно победил пилот из США Джимми Мерфи за рулем американского же роскошного Duesenberg Model A. Этот автомобиль был легче европейских соперников, но при этом мощнее.Рядная нижневальная «восьмерка» (Straight-eight) с двумя клапанами на цилиндр серийного Duesenberg — кстати, первый такой серийный (у гоночного мощность была увеличена почти вдвое) двигатель в США — имела объем 4,3 л и при этом выдавала 88 л. с. По нынешним временам — удивительно небольшая мощность, не правда ли? Не менее поразительно малой выглядит сейчас и степень сжатия — 5:1. А вот крутящий момент 230 Нм для атмосферного 4,3-литрового двигателя кажется маловат, но не пугающе. Кстати, в этом карбюраторном двигателе уже применялась полноценная система смазки — не «разбрызгиванием и самотеком», а под давлением.
Большие по объему двигатели «американской» школы были тяговиты и надежны — ведь внутренние нагрузки здесь были умереннее, а если говорить не о гонках, а о повседневном применении — еще и неприхотливы в плане топлива и смазок. Не зря же фраза «No replacement for displacement!» («Ничто не заменит рабочий объем!») на многие десятилетия стала лозунгом американского автомобилестроения.
Европейская же инженерная школа пошла иным путем. Еще в 1913 году Peugeot L76 имел огромный рабочий объем двигателя — 7,6 л, выдававшего 175 л. с. (то есть удельная мощность составляла 23 л. с./л). А соперники из FIAT использовали и вовсе 14,1-литровый двигатель мощностью 200 л. с. — его удельная мощность была лишь 14,3 л. с./л. Но уже в 1922 году FIAT представил невероятно инновационный по тем временам гоночный автомобиль 805.405 — при его разработке использовалась аэродинамическая труба, а двигатель получил компрессорный нагнетатель.
При этом автомобиль имел восьмицилиндровый двигатель с рабочим объемом всего 2 литра. Даже легендарные, выигравшие 1800 гонок Bugatti Type 35, носившие прозвище Pur Sang — «чистокровный», оснащались двигателями от 1,5 до 2,3 л. В самой мощной двухлитровой версии двигатель развивал 138 л. с. А ведь сейчас при слове «Бугатти» на ум неизменно приходит нечто роскошное и с огромным мотором. Двухлитровые Alfa Romeo развивали до 155 л. с. Кстати, именно на Alfa Romeo и оказалась «закрыта» в 1932 году эра итальянского господства на трассах Гран-при.Необходимо понимать, что рабочий объем двигателей автомобилей для Гран-при ограничивали правила. Ограничение в 2 литра при минимальном весе автомобиля 650 кг было введено в 1922 году. А в 1927-м рабочий объем был и вовсе снижен до 1,5 л. Ограничения вводились, в частности, и из-за глобального экономического кризиса тех лет. Да, где-то в других дисциплинах строились куда более крупные двигатели. Bentley одержала в 1929 и 1930 годах победы в Ле-Мане на автомобилях «6 ½ Litre» — как понятно, с 6,5-литровыми моторами.