Кто придумал теорию для двигателя внутреннего сгорания

Золотой век русской поэзии — девятнадцатое столетие — в научно-популярной литературе принято называть веком господства паровых двигателей. И, как ни удивительно, оба эти определения встречаются в биографиях Александра Пушкина.

В 1836 году знаменитый поэт начал выпускать журнал «Современник». Активнее других Пушкину помогал Николай Гоголь — он писал блистательные литературные рецензии, где под видом критики книг иносказательно ругал общественный порядок. Когда стало ясно, что одни только гоголевские заметки коммерческого успеха журналу не принесут, издатель стал искать новые темы для публикаций.

Как раз в это время в Европе началось массовое производство транспортных средств, работающих на паровой тяге. Пушкина впечатлили западные публикации о паровых машинах. Поэт полагал, что интеллектуальную аудиторию его журнала заинтересует заграничное чудо техники, поэтому в конце 1836 года попросил написать такой текст своего приятеля Петра Козловского. Тот сначала долго отказывался, объясняя, что «Современник» слишком «легкий» для подобных тем, а после просто тянул со сдачей текста.

«Именно в последний разговор мой с Пушкиным 26 января (на бале у графини Разумовской) просил он меня написать к князю Козловскому и напомнить ему об обещанной статье для “Современника”, — вспоминал позже друг Пушкина Петр Вяземский. — Принимая поручение, мог ли я предвидеть, что роковой жребий, постигнувший его на другой день, был уже непреложно отмечен в судьбе и что несколько часов после увижу Пушкина на одре смерти и услышу последнее его дружеское прощание».

29 января 1937-го знаменитый поэт умер от раны, полученной на дуэли с Дантесом. Осенью того же года Козловский, «не противясь загробному голосу», все-таки написал в «Современник» статью о паровых машинах. После этого о них заговорили за пределами российского научного сообщества.

Впрочем, вряд ли в петербургских салонах стали обсуждать проблемы, занимавшие умы ученых. Для сжигания топлива в паровых машинах требовалась громоздкая «внешняя архитектура»: помимо основной части конструкции — соединенных цилиндра и поршня — для работы на паровой тяге были нужны котлы, конденсаторы, насосы и водяные резервуары. Изобретатели середины XIX века пытались придумать, как сделать инженерную систему более компактной. Со временем эту задачу решили (правда, стоить двигатели стали дороже), но оставалась другая: эффективность преобразования энергии (КПД) в паровых двигателях составляла всего лишь 1–8%.

Ситуация изменилась в конце столетия. Ученые сразу в нескольких странах практически одновременно, как это иногда бывает, изобрели двигатели внутреннего сгорания, которые оказались эффективнее и удобнее паровых. Работали и работают ДВС за счет преобразования химической энергии топлива в механическую: сжигая горючее — бензин или дизельное топливо, — двигатель преобразует энергию во вращательное движение, за счет которого крутятся колеса или лопасти. Попросту говоря, воздух как бы втягивается в двигатель с одной стороны, воспламеняется (это и называется внутренним сгоранием), а «отработанный» — выхлопной — газ вытесняется, приводя машину в движение.

ДВС появился как результат многих экспериментов. Теоретически принцип его действия разработчики не описывали, что мешало совершенствовать конструкцию. Но даже до улучшений КПД ДВС составлял около 15% — и за счет этого он быстро стал конкурентом парового двигателя. Уже к концу XIX века двигатель внутреннего сгорания пустили в массовое производство и стали использовать в транспорте. 

Первый собранный в России автомобиль с ДВС был представлен в 1896 году на Всероссийской промышленной и художественной выставке в Нижнем Новгороде. Там его увидел Николай II, который, впрочем, большого интереса к новинке не проявил. Газета «Нижегородский листок» писала: «Осмотрев кустарный отдел, их Императорские Величества прошли в отдел экипажного дела… После обзора этого отдела был демонстрирован первый русский бензиномотор». Других подробностей в тексте не приводилось. Кстати, постоянным сотрудником «Нижегородского листка» был Максим Горький. Свидетельств того, что именно он — автор этой заметки, нет. Однако известно, что писатель был на упомянутой выставке в Нижнем Новгороде. И что Горький, как в свое время Пушкин, восхищался техническим прогрессом, любил писать, как мы бы сегодня сказали, «производственные репортажи» и точно знал о двигателе внутреннего сгорания, поскольку позже упоминал его в своих заметках и эссе. Массовые издания о ДВС в то время не рассказывали, зато в специализированных научных статьи о них встречались часто. Впрочем, формул и теоретических расчетов работы двигателя внутреннего сгорания тогда все еще не было.

В начале XX века это упущение исправил ученый Василий Гриневецкий.

«Поменьше теоретизируйте, побольше конструируйте!»

Василий Гриневецкий с детства увлекался наукой. Никаких проблем с доступом к образованию у мальчика из обеспеченной дворянской семьи не было. Он с легкостью поступил в Императорское московское техническое училище (ИМТУ, сейчас — МГТУ имени Баумана), одно из самых престижных учебных заведений Российской империи конца XIX века. В 1896 году Гриневецкий окончил ИМТУ и остался работать там преподавателем на механическом отделении. Уже через несколько лет он стал профессором на кафедре прикладной механики и машиностроения. Из немногочисленных биографических заметок о его жизни ясно, что работу свою он любил и подходил к обучению студентов творчески, стараясь строить уроки так, чтобы ученики получали не только фундаментальные знания, но и практическую подготовку. Одновременно профессор продолжал научную деятельность. И там он тоже старался придерживаться своего главного убеждения: не отделять теорию от практики.

В начале XX века Гриневецкий стал изучать двигатели внутреннего сгорания, полагая, что за ними будущее. В 1906 году он запатентовал ДВС «транспортного типа», который предполагал использовать в тепловозах. Первый «двигатель Гриневецкого» на Путиловском заводе в Санкт-Петербурге изготовили в 1908-м. Испытания устройства прошли успешно — предстояла «доводка» двигателя под использование в пассажирском тепловозе. Этим занялся ученик Гриневецкого Борис Ошурков, однако планы разрушила Гражданская война. По некоторым данным, после войны к работе над двигателем хотели вернуться, но само устройство потеряли. Видимо, именно поэтому Гриневецкий прославился не как практик, а как теоретик.

В 1907 году под его редакцией вышло первое издание труда немецкого ученого Гуго Гюльднера «Газовые, нефтяные и прочие двигатели». Оригинальный текст предварял эпиграф: «Поменьше теоретизируйте, побольше конструируйте!» Гриневецкий с этой идеей был не согласен, но из уважения к немецкому коллеге эпиграф сохранил. Однако дополнил издание приложением «Тепловой расчет рабочего процесса», которое, как теоретический труд, с подходом Гюльднера конфликтовало. Опередив европейских ученых примерно на 20 лет, Гриневецкий описал принцип работы ДВС: его метод теплового расчета помогал понять, как работающие на ДВС машины приходили в движение. 

Главное дело Гриневецкого

После публикации приложения к книге Гюльднера Гриневецкий начал читать лекции о двигателях внутреннего сгорания. Их, в числе прочих, слушали студенты Евгений Мазинг и Николай Брилинг. Позже они усовершенствовали метод учителя: именно их формулы использовались для расчета работы ДВС вплоть до появления ЭВМ и персональных компьютеров. 

В 1914 году Гриневецкий стал ректором ИМТУ. На этой должности он полностью перестроил процесс обучения студентов. «Развитие инженерного образования должно идти в двух направлениях, — писал ученый. — С одной стороны, должна расти специализация преподавания, с другой — должно усиливаться взаимодействие и тесное сотрудничество разных специальностей. Единственно школа политехнического типа при достаточно гибкой организации может удовлетворять обоим направлениям». 

К окончанию учебы выпускники должны были представить «серьезную работу», например продемонстрировать конструкторскую разработку двигателя, электроустановки и газогенератора с подробными теоретическими выкладками. Сделать это, прогуливая лекции или не проходя заводскую практику, было невозможно. В итоге выпускники приходили в профессию и с теоретическими, и с практическими знаниями. Этого было достаточно для начала успешной научной карьеры — такой, какой мог похвастаться сам ректор.

Об эффективности работы учителя говорят успехи его учеников. Подход Гриневецкого действительно работал, что подтверждают известные на весь мир фамилии выпускников «перестроенного» им учебного заведения. Среди них — спроектировавший более 100 типов самолетов Андрей Туполев, один из пионеров советской сверхзвуковой авиации Павел Сухой, создатель первого в СССР самолета, достигшего скорости звука, Сергей Лавочкин и многие другие.

Хотя известность в России и мире Василию Гриневецкому принесла теория для ДВС, сам ученый своей главной заслугой считал образовательные реформы, которые ему удалось развернуть в ИМТУ.

Автор: Ольга Обыденская

В иллюстрациях использованы фото: Kirn Vintage Stock / Corbis via Getty Images; SSPL / Getty Images; Lambert / Getty Images; ullstein bild via Getty Images; Photo12 / Universal Images Group via Getty Images; Wikipedia / CC0

Проект создан при поддержке АНО «Институт развития интернета»