Жан Этьен Ленуар – из гарсонов в изобретатели с мировым именем
Долгий путь к изобретению
Начиналось третье десятилетие XIX века, но, несмотря на попытки различных изобретателей, работоспособный двигатель внутреннего сгорания так и не был сконструирован и запущен в производство. В промышленности царили паровые машины.
И вот в 1822 году в маленьком бельгийском городке в семье мелкого торговца родился Жан Этьен Ленуар, который, повзрослев, эту недоработку исправил.
Его отец умер, когда мальчику было всего лишь восемь лет, и в детстве Жан рано хлебнул лиха. А когда ребенку едва исполнилось 16, случилась очередная трагедия – ушла из жизни его мать, урожденная парижанка. Осиротевший мальчик пешком отправился на поиски счастья в Париж, где проживал его дядя (брат матери) – преуспевающий инженер.
Особняк дяди произвел на юного Ленуара неизгладимое впечатление, но сам ближайший родственник оказался намного непригляднее – передал через лакея племяннику несколько франков и посоветовал убираться вон. Чтобы не умереть с голода Жан устроился гарсоном (официантом) в небольшом ресторане.
В это нелегкое время (видимо, под впечатлением достатка преуспевающего дяди-инженера) у юноши просыпается сильная тяга к технике: полученные чаевые он тратит на парижских развалах, скупая печатные издания с материалами по проектированию тепловых машин, и даже случайно приобретает труды С. Карно, в которых пока еще ничего не понимает.
Со временем новое увлечение полностью овладевает умом юноши, и Жана начинает тяготить профессия гарсона, которой он занимается уже более двух лет. Круто сменив жизненный курс, Ленуар устраивается рабочим на эмалировочную фабрику, где и происходит его постепенное становление как техника. Вскоре он придумывает новый метод нанесения эмали, за что получает от хозяина стабильные дивиденды, и его материальное положение заметно улучшается.
Как известно, любому работнику всегда кажется, что ему платят слишком мало. И вот в один прекрасный день Ленуар выдвигает владельцу требование платить за свое изобретение больше. Финал стандартный: Жан вылетает на улицу, быстро проедает последние деньги, нищенствует и даже отбывает 3-месячный тюремный срок за незаконное предпринимательство (как организатор нелегальной слесарной мастерской).
В итоге влачившего полуголодное существование безработного ранее судимого Ленуара из жалости устраивает в свою гальванопластическую мастерскую офранцузившийся итальянец Ипполит Маринони. В скором времени сообразительный Ленуар придумывает ряд изобретений, позволяющих снизить себестоимость выпускаемой продукции.
Через три года Жан изобретает новый способ гальванопластического покрытия, но наученный предшествующим опытом сначала его патентует, а потом предлагает Маринони. Оценив перспективу применения изобретения, владелец мастерской соглашается с выдвинутыми условиями. Профессиональная репутация Ленуара по оценочной шкале владельца еще больше возрастает, и в итоге их отношения становятся партнерскими и даже товарищескими.
Для будущего изобретателя это была огромная удача: отличный механик и электротехник Маринони впоследствии становится наставником и помощником хозяина. И вот появившиеся деньги и свободное время позволяют Ленуару целиком погрузиться в творческий процесс по реализации давно вынашиваемой идеи – создания недорогого работоспособного двигателя внутреннего сгорания.
По воспоминаниям изобретателя, в то время главным мучавшим его вопросом был выбор топлива для использования в своем будущем двигателе. Определиться помог случай.
Однажды Жан ужинал в ресторане, где когда-то работал гарсоном. Освещение в нем было организовано с помощью небольших газовых рожков, размещенных над каждым столом. Стеклянный колпачок рожка над столиком Ленуара оказался разбитым, и подошедший гарсон предложил использовать вместо него винный стаканчик.
Пока гарсон искал спички, под стаканом скопилось много газа, после его поджога возник микровзрыв, и стакан взлетел высоко вверх. Тут-то Ленуара и осенила идея использовать в своей машине светильный газ, который в Париже был всегда под рукой.
Ради справедливости необходимо отметить, что применение в качестве топлива газа было предложено Джоном Барбером еще в 1791 гду. Но его ДВС так и не вышел из стадии поисковой конструкции.
Ленуар был технически неграмотный способный самоучка, и в данных обстоятельствах он выбирает самый рациональный путь – решает ознакомиться с разработками предшественников. Он неделями просиживает в патентном бюро, где планомерно и поступательно разыскивает все патенты на двигатели внутреннего сгорания. Изучая их описательную часть, Жан не только получает технические знания, но и как умный человек учится не на своих, а на чужих ошибках.
И вот мало-помалу в голове молодого талантливого техника возникает идея сконструировать работоспособный двигатель внутреннего сгорания, соединив все те здравые идеи, которые были нащупаны изобретателями, проторившими этот нелегкий путь до него.
Сообразительный Ленуар не стал изобретать двигатель с нуля, он пошел более простым и одновременно сложным путем – решил объединить в единой конструкции многие ранее придуманные технические решения, взяв от каждого изобретения (как ему казалось) самое важное и жизнеспособное (этот творческий процесс тщательного анализа многочисленных патентов Ленуар впоследствии подробно описал).
Задача была непростая, поскольку изобретений было немало, но ни один двигатель так и не достиг технического совершенства и не пошел в серийное производство. Жан тщательно отбирал и анализировал материалы, не желая случайно повторить в своей тепловой машине чью-то ранее разработанную конструкцию, чтобы потом отбиваться в судах, защищая собственный патент.
Выражаясь современным языком Ленуар (как он утверждал в мемуарах) еще до начала конструирования провел глубокое патентное исследование разработок газовых двигателей, так и не вышедших из стадии опытных образцов, и в итоге собрал приличный патентный архив.
Это занятие, несомненно, обогатило его обширными практическими знаниями. Но его теоретические знания были скудными, что в итоге не привело его к идее использовать предварительное сжатие горючей смеси перед ее воспламенением – ему казалось, что в этом нет никакой выгоды, и это лишь усложняет конструкцию двигателя.
В итоге его изобретение, защищенное французским патентом от 24 января 1860 года, согласно позже введенной классификации ДВС, было отнесено к двигателям «без сжатия».
Как отмечают историки, новый мотор Ленуар конструировал не один. При изготовлении и доводке первых рабочих образцов изобретателю помогал Ипполит Маринони, который был более опытным механиком, чем Ленуар, вложил немало труда в успех задуманного дела, и в итоге удачно воплотил в металле задумки изобретателя. Некоторые конструкторы (в частности Г. Гюльднер) считали, что именно Маринони разработал глубоко продуманный и ставший впоследствии типовым образец двигателя Ленуара.
Однако первоначально Маринони, чье производство было переориентировано на выпуск деталей для паровых машин, скептически отнесся к идее Жана и отказался участвовать в его затее. Дело дошло до разрыва отношений: гордый Ленуар в феврале 1860 года отбывает в Англию, патентует там свое изобретение и пытается заинтересовать постройкой двигателя английских промышленников. Но и они воспринимают его изобретение с недоверием и предлагают ему сначала предъявить работоспособный опытный образец.
В итоге сломленный выпавшими невзгодами изобретатель, истративший все свои средства и опять превратившийся в нищего, возвращается в Париж и слезно умоляет Маринони взять его хоть простым рабочим, только позволить в свободное время потихоньку изготавливать свой двигатель.
Видимо, Маринони был добрым человеком, он снова принял Ленуара на фабрику и даже вскоре, заинтересовавшись его идеей, начал ему помогать, разрешая многочисленные конструктивные трудности, возникающие при постройке двигателя.
В итоге действующие в тандеме энтузиазм и технический опыт принесли практический результат в виде работоспособного изделия.
Рождение двигателя
Сконструированный на фабрике Маринони двигатель был весьма прост и работал по алгоритму, напоминающему циклы работы паровой машины. Дисковый поршень, как и в паровой машине, делил объем цилиндра на две полости. Допустим, при остановленной машине он остался в левой части цилиндра.
Приводимый пусковой рукояткой и, двигаясь вправо, поршень совершает чуть менее половины хода и в это время засасывает в левую полость цилиндра газовоздушную смесь. Затем впускное окно закрывается золотником, далее посредством электрической искры смесь поджигается, и давление газов, возникшее при сгорании смеси, перемещает поршень в крайне правое положение (Рис. «б» и «в»), а поршень при этом через шток и ползун сильно толкает маховое колесо.
Затем открывается правое впускное окно и левое окно выпуска отработавших газов. Поршень, движимый набравшим инерцию маховым колесом в левое положение, выталкивает выпускные газы из левой полости и одновременно всасывает новый газовоздушный заряд в образующуюся правую. После закрытия правого впускного окна золотником смесь зажигается искрой, и поршень быстро возвращается в левое положение, заканчивая цикл полного оборота махового колеса.
Таким образом, Ленуар изобрел работоспособный двухтактный газовый двигатель «двойного действия», поскольку в каждом такте (движении поршня от одного крайнего положения до другого) был совмещен рабочий ход, сгорание, а также впуск свежего заряда и выпуск отработанных газов.
Любопытно отметить, что Ленуар впервые в истории массового двигателестроения применил систему электрического зажигания (в то время еще недостаточно надежную), состоящую из двух гальванических элементов Бунзена, дающих суммарное напряжение 3,62 В, индукционной катушки, прерывателя и двух свечей зажигания с фарфоровыми изоляторами и платиновыми электродами (спираль Румкорфа). Это свидетельствует о сообразительности изобретателя и неплохом знании электротехнических новшеств тех лет (либо осведомленности его партнера Маринони).
Также стоит отметить, что Ленуар не скрывал факт использования в своем изобретении отдельных конструктивных решений из чужих патентов. Например, в вышедшей перед началом продаж двигателей рекламе сообщалось:
«…в машине Ленуара применен поршень по пат. Street; она двойного действия, как двигатель Lebon; воспламеняет электрической искрой как машина Rivaz; она может работать летучими соединениями водорода как у Herskine-Hasard; быть может, даже остроумное распределение эксцентриками можно найти у Talbot…»
Еще одним достоинством являлась общая компоновка двигателя, в частности горизонтальное расположение цилиндра. Это позволяло его устанавливать в помещениях с низкими потолками, а также облегчало обслуживание машины. Для предотвращения перегрева цилиндр и его головка были снабжены водяной рубашкой и охлаждались проточной водой.
Двигатель обладал массой недостатков: был жутко неэкономичным, расходовал на 1 лошадиную силу в час около трех кубометров светильного (каменноугольного) газа; в него ведрами вливали смазочное масло, для чего у мотора постоянно дежурил подливальщик; несмотря на наличие водяного охлаждения (120 м3 воды на одну лошадиную силу-час), золотник от перегрева часто заедал, и мотор останавливался; максимальный эффективный КПД машины составлял всего лишь 4–5 % при 47…130 об/мин.
Да тут еще обнаружилось, что стоимость газа, расходуемого при работе опытного образца двигателя Ленуара, оказалась в шесть раз выше, чем стоимость угля для работающей паровой машины (в расчете на 1 л.с.ч.).
Казалось бы, что перечисленные недостатки повлекут провал задуманного дела, двигатели не найдут спроса, и изобретение Ленуара пополнит собой многочисленный перечень невостребованных опытных ДВС.
Однако первые серийные двигатели, появившиеся в 1860 году, несмотря на явное несоответствие их рабочих характеристик предварительно вышедшей хвастливой рекламе, предрекавшей паровым машинам скорую неминуемую гибель, быстро начали находить свое место в типографиях и мелких городских производствах.
Основное преимущество двигателей нового типа состояло в том, что они были компактны и пускались в ход за секунды, а паровые машины занимали много места и требовали долгой возни с кипячением воды в котле, а также наличия прислуги.
Другими важными достоинствами моторов Ленуара являлись относительная бесшумность работы и бездымность выхлопа, что (в отличие от паровых машин) позволяло их использовать в центре Парижа и иных крупных городов вблизи фешенебельных особняков без претензий жильцов о нарушении тишины и загрязнении воздуха. А еще они стоили гораздо дешевле паровых машин, занимали мало места, не нуждались в помещениях для хранения угля, не требовали массивного фундамента и могли быть установлены на любых этажах зданий.
Одним словом, Ленуару и Маринони повезло – их двигатели появились на свет аккурат в тот момент, когда в них возникла потребность, и именно в том месте, где они были очень нужны. Они сначала заполнили имеющиеся ниши в Париже, затем разошлись по всей Франции, а потом начали распространяться и в Англии.
А фабрика Маринони превратилась в первый в мире завод по выпуску двигателей внутреннего сгорания.
Впоследствии, когда обнаружилось, что поскольку из-за особенностей конструкции мощность двигателей Ленуара не могла превысить 12 л. с., паровые машины могли выдохнуть с облегчением и трудиться спокойно – такой мотор был им не конкурент.
После победы в судах Этьен Ленуар мог спокойно наслаждаться лаврами первооткрывателя и гордо расхаживать в залах технических выставок. Его триумф длился 6 лет и закончился в 1867 году, когда два германских изобретателя Отто и Ланген представили на выставке в Париже свою «атмосферную машину», чей КПД доходил до 14 %.
Заключение
Обычно историки принижали роль Ленуара, называя его этаким сообразительным рабочим, который «…путем кропотливого подбора известных уже деталей и искусного обследования наивыгоднейших условий работы, удачно поборов при этом практические трудности…», взял да случайно сконструировал примитивный двигатель внутреннего сгорания.
Данная точка зрения ошибочна. Ленуар был талантливым самоучкой, он долго шел к реализации поставленной задачи, самостоятельно набирал знания и производственный опыт, изучил практически все новейшие изобретения своего времени и в итоге осуществил то, что не удавалось достичь многим инженерам, пытавшимся решить данную задачу до него.
Да и впоследствии с 1861 по 1867 год достойной замены массово выпускаемым двигателям Ленуара не было, а отдельные образцы произведенных моторов его конструкции находились в эксплуатации вплоть до 1905 года.
Как только начались продажи двигателей, тут же, будто из-под земли, вылезли на свет изобретатели, которые поспешили обвинить Ленуара в присвоении своих идей. Из них наиболее настойчивыми были Hugon и Reitman. Но Ленуару и тут повезло – хоть судебные процессы и стоили ему немалых денег и истрепанных нервов, но все же судьи решили дела в его пользу.
В заключении можно отметить, что изобретенные Ленуаром двигатели (впоследствии слегка усовершенствованные) использовались даже после появления 4-тактных двигателей Отто, и в итоге пережили своего создателя, умершего в 1900 году.
И несмотря на то, что, по оценке некоторых конструкторов, Ленуар в процессе создания двигателя не проявил ни широты мысли изобретателя, ни творчества конструктора, и в своей деятельности основывался на расчищенной ранее почве, он вошел в историю как изобретатель первого в мире двигателя внутреннего сгорания массового выпуска и соответственно первого газового двигателя.
А самое главное – он доказал возможность создания работоспособных двигателей внутреннего сгорания и получения выгод от их применения, что в свою очередь вызвало движение творческой мысли у других изобретателей ДВС, творивших после него…
Информация