ДАЙМЛЕР ЗАЖИГАЕТ

С 1883 г. и до этого момента воспламенение рабочей смеси в двигателях Даймлера было калильным. Готлиб Даймлер получил патент на газовый двигатель с зажиганием от горячей трубки 16 декабря. Это вроде бы не хитрое изобретение позволило увеличить скорость вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и сделать его пригодным для установки на колёсное транспортное средство. Время шло, и дальнейшее улучшение моторов стало тормозиться возможностями зажигания.

Результаты альпийского пробега и эксплуатационных испытаний грузовиков оказались убедительными, и с 1898 г. автомобили с двигателем Phoenix мощностью 4 и 6 л.с. начали продаваться с новой системой зажигания.

То, что «гремучую смесь» можно поджечь электрической искрой, было известно уже более 100 лет. Ещё в 1777 г. Александро Вольта провёл и описал эксперимент по воспламенению болотного газа электричеством. Девятнадцатый век положил начало развития электрических систем зажигания. В 1801 г. французский инженер Филипп Либон де Хамберайн запатентовал газовый двигатель с электрическим зажиганием. Была ли его система удачной, сказать невозможно: до изготовления дело так и не дошло. В 1877 г. швейцарский изобретатель, и политик по совместительству, обосновал возможность применения «пистолета» Вольта для зажигания смеси в двигателях внутреннего сгорания.

В 1859 г. Жан-Этьен Ленуар построил свой первый газовый двигатель. В нём зажигание осуществлялось электрической искрой, проскакивающей между двумя платиновыми проволочками, разделёнными фарфоровым изолятором, подключенным к элементам Бунзена через катушку Румкорфа. Это было батарейное зажигание с вибратором. Распределение тока на катушки зажигания осуществлялось высоковольтным распределительным устройством на контактных шинах. «Батарейка» Бунзена, как и катушки индуктивности, миниатюрностью не отличались. В 1864 г. Гюгон, стараясь обойти неудачные стороны конструкции Ленуара, заменил ненадежный электрический запал зажиганием от газовой горелки, отказавшись от электрических контактов. В построенном Николаусом Августом Отто в 1876 г. четырёхтактном двигателе применялась аналогичная система зажигания.

Ещё в 1866 г. Эрнст Вернер фон Сименс, возглавлявший компанию Telegraphen-Bauanstalt von Siemens & Halske, пробовал использовать для зажигания динамо-электрическую машину (сегодня говорят «электрический генератор»). В 1877 г. он разрабатывает для двигателя своего соотечественника Отто электрическое зажигание. Но только самостоятельно доработанная система с магнитно-электрической связью импульса была применена на двигателях Отто в 1884 г. Для образования искры Отто применил размыкание контактов, для генерации тока – магнитный индуктор с качающимся сдвоенным Т-образным якорем и постоянный магнит в форме стержня. Подпружиненный якорь и штанга, приводящая в действие рычаг контактов, были скоординированы так, чтобы зажигание происходило в нужный момент.

К этому времени Зигфрид Маркос из Вены уже совсем близко подошёл к созданию будущей системы зажигания с низковольтным магнето и контактным прерывателем. В 1883 г. он запатентовал зажигание, работающее посредством подвижного центрального электрода, установленного в цилиндре двигателя и плавающего якоря, генерирующего электрический ток.

Конструируя в 1883 г. свой высокооборотный двигатель, Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах пошли по более лёгкому пути, предложенному ещё Гюгоном, применив трубки накаливания. Они считали такое решение одним из важных в своём двигателе. В то время как газовые двигатели Deutz развивали 120 об/мин, их первый экспериментальный мотор работал с 600 об/мин.

Главным достоинством трубки накаливания по сравнению с системой зажигания двигателя Отто было отсутствие частей, нуждающихся в регулировке. Трубка накаливания вводилась в камеру сгорания цилиндра через канал. Снаружи крепилась горелка, которая раскаляла её докрасна. Со стороны горелки трубка была заделана, а со стороны головки двигателя оставалась открытой. При каждом ходе сжатия часть рабочей смеси попадала внутрь трубки, достигала раскалённой части и воспламенялась. Первая моторизованная тележка Даймлера, изготовленная в 1886 г., имела двигатель с таким зажиганием.

15 ноября 1886 г. Роберт Бош открыл в Штутгарте «Мастерскую точной механики и электротехники». Он нанял ещё одного механика и принял ученика. Годом позже Бош сконструировал по запросу клиента зажигание с магнето для стационарных двигателей. Применение магнитно-электрического импульса в зажигании позволило увеличить быстроходность двигателя до 300 об/мин. В предложенной системе двутавровый якорь (в форме сдвоенной буквы «Т») качался между магнитами и в его обмотке генерировался ток. Момент опережения зажигания регулировался механической связью между магнето и механизмом зажигания. Сечение якоря такой формы, «якорь Боша», с тех пор стало товарным знаком компании Robert Bosch GmbH.

Роберт Бош улучшил технические решения сразу на несколько шагов. Он применил мощные магниты в форме подковы. Их форма также отображалась на ранних товарных знаках компании.

В 1894 г. Роберт Бош встречался с Рудольфом Дизелем, который проявил определённый интерес к магнето зажигания для своих двигателей. К 1897 г. мастерская Боша изготовила уже 1000 магнето с качающимся якорем. В этот период Роберт проводит успешные испытания зажигания с магнето на трёхколёсном моторизированном велосипеде De Dion Bouton. Установить зажигание с магнето на двигатель Роберта попросил заказчик, англичанин Фредерик Симс. Ему нужна была система, способная производить до 200 вспышек в минуту. Маленький двигатель De Dion Bouton мог развивать до 1800 об/мин, но для этого требовалось частота зажигания в 900 импульсов в минуту. Бош заменил ненадёжное зажигание De Dion Bouton низковольтным магнето. После демонстрации усовершенствованного двигателя Даймлеру и Майбаху гордый Роберт Бош написал своему заказчику: «зажигание работало с частотой 100 импульсов или при скорости 600 об/мин без единого пропуска».

Насколько британец остался доволен, можно судить по тому, что в апреле 1898 г. была организована Compagnie Magnetos Simms-Bosch – первое зарубежное предприятие Bosch.

Ключевым решением для создания магнето, пригодного к установке на автомобиль, было изобретение качающейся металлической втулки вокруг обмоток. Это позволяло тяжелому якорю, размещённому между магнитами, оставаться в покое. Втулка имела привод от конической зубчатой передачи. В её конструкции было предусмотрено устройство для установки момента зажигания. Выступ кулачка использовался для проворачивания нажимного рычага, и когда тот, за счёт усилия пружины, сходил с выступа кулачка вниз, то рычаг зажигания в цилиндре быстро отходил от контакта зажигания и за счёт этого создавал искру зажигания.

Идея конструкции нового магнето была предложена Арнольдом Царингером, который работал у Боша с 1890 г. Но в его системе речь всё ещё шла о зажигании от магнето низкого напряжения, и образование искры зажигания происходило на контактах в камере сгорания, управляемых посредством нажимного рычажного механизма электромагнитным путём.

Своей демонстрацией Роберт Бош заставил Майбаха и Даймлера задуматься. В докладной записке Вильгельм Майбах исходил из тезиса, что каждый автомобиль с зажиганием от калильной трубки когда-нибудь однажды сгорит. Кроме пожароопасности имелись и другие недостатки. Для устойчивой работы двигателя при движении требовалось поддерживать определённую температуру нагрева. Кроме этого пламя горелки могло быть задуто ветром. Но окончательно убедить Готлиба помогло единственное верное для автомобильных инженеров решение – испытание новой системы в жёстких дорожных условиях. Для него была выбрана поездка в Тироль. Этот пробег и проведённые испытания грузовиков убедили в необходимости скорейшего перехода на систему Bosch.

В 1899 г. Роберт Бош демонстрировал свою систему на автомобильной выставке в Берлине. Не все тогда могли оценить её преимущества, и конструкция получила только бронзовую медаль. Достоинства системы продемонстрировали позже автомобили Даймлера и успехи автоспортсменов, применивших это зажигание. Уже следующий год принёс Bosch золотые медали, полученные в Нюрнберге и Вене.

В 1898 г. появилось сразу три патента на свечи и системы зажигания. Свой интеллектуальный вклад внесли Никола Тесла, Ричард Симмс и, конечно, Роберт Бош. В его мастерской велась работа над новыми системами, в частности над высоковольтным магнето. Летом 1901 г. Роберт Бош дал задание Готтлобу Хонольду, возглавлявшему отдел новых разработок, на магнитно-электрическое зажигание без нажимного рычажного механизма и с неподвижными электродами зажигания. К тому же это зажигание должно было изготавливаться так, чтобы его можно было использовать как полнокомплектный блок.

Через несколько месяцев Готтлоб представил систему с высоковольтным магнето. На уже знакомом по предыдущей конструкции двутавровом якоре появились две новые обмотки. Одна была выполнена несколькими витками толстой проволоки. Вторая – множеством витков тонкой проволоки. Как и раньше, при вращении втулки создавалось низкое напряжение. Обмотка с малым числом витков замыкалась прерывателем, и по ней тёк ток. После размыкания контактов происходило резкое изменение магнитного поля, создававшее во вторичной обмотке очень высокое быстроисчезающее напряжение, которое «пробивало» искровой зазор свечи зажигания. Прерыватель управлялся механическим кулачком. Для устранения искрения на контактах к ним параллельно подключался конденсатор.

В декабре 1901 г. Хонольд сделал опытный экземпляр новой системы. Когда Роберт Бош увидел работу этой системы, то сразу понял её эффективность. «Этим Вы превзошли всех», – обратился он к изобретателю. Эта система вместе со свечами зажигания была запатентована 7 января 1902 г. Общее уменьшение компонентов и деталей, размещающихся в камере сгорания, позволяло поднять обороты двигателей ещё выше. 24 сентября 1902 г. Daimler-Motoren-Gesellschaft впервые установила новинку на моторы своих автомобилей.

Автомобильные системы зажигания принесли компании Роберта Боша поистине мировую известность. В 1901 г. открывается первая фабрика, а в 1905 г. первое производство за пределами Германии, в Париже. Уже в 1906 г. Bosch изготовил стотысячное зажигание. Юбилейным изделием стало магнето Type D6. Вместе с Робертом работало уже 526 человек. Для них был введён 8-часовой рабочий день.

У системы Bosch имелись конкуренты. Свой вариант предлагал в том же 1902 г. Эрнст Айземан. В его конструкции высокое напряжение создавалось установленным отдельно трансформатором. Позднее он отказался от такой схемы в пользу конструкции Bosch. В Германии Айземану отказали с мотивацией, что искра его зажигания слишком слабая. Изобретатель нашёл заинтересовавшихся во Франции.

Автомобильные системы зажигания с магнето оставались самыми распространёнными до 30-х годов прошлого века, когда их стали вытеснять батарейные системы, предложенные десятью годами раньше. Батарейная система зажигания Bosch увидела свет в 1925 г.

Принцип действия батарейного зажигания ещё в 1908 г. разработал американец Чарльз Ф. Кеттеринг. Через два года фирма Cadillac наладила его серийное производство. В Европе же такие системы ещё долго не пользовались спросом. Предприятие Роберта Боша наладило производство и поставляло в Америку катушки зажигания.