Мы начали вкладываться в новые направления довольно давно, 45 лет назад, и помогали их разрабатывать. Наша деятельность в этих направлениях расширялась, но за последующие годы мы не освоили никаких принципиально новых направлений, за исключением того, что в 1953 году мы приобрели компанию Euclid Road Machinery и занялись производством землеройной техники, а также стали выпускать определенную продукцию военного и оборонного назначения.
Дизель-электрические локомотивы
General Motors впервые внесла свой скромный вклад в локомотивостроительную отрасль в начале 1930-х годов. В то время железнодорожные компании США очень слабо интересовались дизельными локомотивами и использовали их только в качестве маневровых. Тем не менее, не прошло и десяти лет, как количество дизельных локомотивов превысило количество паровозов, а объемы производства локомотивов корпорации General Motors превзошли объемы всех остальных производителей локомотивов, вместе взятых. Мы возглавили дизельную революцию, обеспечив для железнодорожной отрасли громадную экономию, и подразделению Electro-Motive Division сегодня принадлежит значительная часть рынка локомотивов.
Думаю, у такого впечатляющего прогресса были две основные причины. Первая заключалась в том, что мы оказались более настойчивыми в разработке легких, высокоскоростных дизельных двигателей, пригодных для повсеместного использования на железных дорогах США. Вторая причина в том, что мы использовали в локомотивостроительной отрасли некоторые производственные, технические и маркетинговые концепции из автомобильной отрасли. До того как корпорация General Motors занялась производством дизелей, локомотивы создавались по индивидуальным заказам: железнодорожные компании предоставляли производителям максимально подробные технические требования. По сути, на американских железных дорогах невозможно было найти два одинаковых локомотива. Однако мы с самого начала предложили железным дорогам стандартный локомотив – тот, который можно производить серийно и относительно дешево. Кроме того, мы гарантировали требуемые рабочие характеристики при более низкой себестоимости тонно-мили, чем это было возможно при использовании паровозов. Мы также обеспечивали выполнение наших гарантийных обязательств, поскольку создали сеть технического обслуживания и предоставляли стандартизованные запчасти и комплектующие. Эта программа революционизировала локомотивную отрасль и позволила нам прочно закрепиться в ней.
Конечно, на тот момент, когда General Motors впервые заинтересовалась этим вопросом, принцип работы дизельного двигателя был давно известен. Немецкий изобретатель Рудольф Дизель в 1892 году получил патент на этот тип двигателя, а в 1897 году построил работающий образец с одним цилиндром мощностью 25 лошадиных сил. В начале 1898 года в Германии был создан двухцилиндровый дизель мощностью 60 лошадиных сил. В этих устройствах использовался тот же принцип воспламенения от сжатия, что и в двигателе современного дизельного локомотива.
Четырехтактный дизельный двигатель работает следующим образом: на первом такте хода поршня двигатель только всасывает воздух. На следующем такте происходит сжатие воздуха до давления около 3,45 МПа и его нагрев до температуры около 550 °C. Непосредственно перед окончанием такта сжатия топливо в виде мелкодисперсного аэрозоля впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания. Горячий воздух воспламеняет топливо. Третий и четвертый такты: рабочий ход и выпуск отработанных газов (как в бензиновом двигателе внутреннего сгорания). Однако для дизеля не требуется ни карбюратор, ни электрозажигание, что упрощает его конструкцию в сравнении с бензиновым двигателем.
До того как корпорация General Motors занялась производством дизелей, локомотивы создавались по индивидуальным заказам.
Таким образом, дизель преобразует поступающее в него топливо непосредственно в энергию. В этом отношении он не похож на паровой двигатель, где топливо используется только для образования пара, и не похож на бензиновый двигатель, в котором топливо перед воспламенением должно находиться в парообразной форме. Оба этих типа двигателей обладают меньшей эффективностью по сравнению с дизелем, который, по сути, имеет наивысшую тепловую эффективность по сравнению с любым тепловым двигателем повседневного применения. В современном дизеле используется топливо в виде дистиллята нефти, но в прошлом применялись и другие виды топлива. Сам Рудольф Дизель намеревался использовать в качестве топлива угольный порошок, но помощники-инженеры уговорили его использовать нефтяное минеральное масло, чтобы избавиться от проблемы, связанной с образованием задиров. Позднее в качестве эксперимента пытались применять и порошковый уголь. Испытывали и другие виды топлива. Однако стандартом дизельного топлива остается нефтяное минеральное масло.
Несмотря на свою высокую эффективность, дизельный двигатель в течение многих лет имел ограниченное практическое применение. За редкими исключениями такие двигатели оказывались громоздкими, тяжелыми и низкооборотными, поэтому наилучшими областями их применения были электрогенераторы, насосные агрегаты и морские суда. Их удельная мощность составляла 100–150 кг на лошадиную силу (л. с.), поэтому главной задачей стало создание мощного, высокооборотного дизеля относительно небольшого размера.
Я не сказал ничего нового о принципе работы дизельного двигателя. Следует добавить, что и в любых других компонентах дизельного локомотива, созданного General Motor, также не применялись никакие новые, ранее неизвестные принципы. Сказывалось отсутствие воображения и инициативы, а также неспособность решать задачи в практическом ключе.
Европейцы колдовали над этой разработкой начиная со второго десятилетия ХХ века и к 1920 году выпустили на рынок несколько дизельных автомотрис и локомотивов. К 1933 году несколько производителей в США создали ряд успешно работающих дизельных двигателей для маневровых локомотивов. Поскольку для таких машин малая масса является существенным преимуществом и поскольку они показали себя более экономичными по сравнению с паровозами, они имели определенный успех. Однако попытки создать дизельные двигатели для магистральных пассажирских и грузовых локомотивов в нашей стране не принесли успеха, поскольку здесь большое значение имеют масса, мощность и размер. Главная задача, которую решали наши инженеры, – разработать дизельный двигатель с более приемлемыми габаритами и более низким соотношением массы к мощности.
В таких крупных организациях, как General Motors, редко удается выделить одного человека, благодаря которому при решении той или иной важной задачи компания добилась успеха (или потерпела поражение). Однако в случае с дизелем трудно переоценить фигуру Чарльза Ф. Кеттеринга. Исследовательская организация General Motors Research Corporation, предшественник нашего нынешнего научно-исследовательского подразделения Research Laboratories, под непосредственным присмотром Кеттеринга занималась тестированием дизельных двигателей еще с 1921 года. После того как Кеттеринг в апреле 1928 года купил яхту с дизельным двигателем, такие двигатели стали главным предметом его заботы. Все, кто его знал, замечали, что на своей яхте он чаще возился в машинном отделении, чем отдыхал на палубе. У него уже созрело мнение, что дизель не должен быть слишком большим и тяжелым.
Программа GM революционизировала отрасль.
В это же самое время я начал интересоваться возможностью разработки дизельного двигателя для General Motors. Если мне не изменяет память, однажды я пришел в нашу научно-исследовательскую лабораторию в Детройте и сказал Кеттерингу: «Кет, почему, несмотря на то что всем известно о высокой эффективности цикла Дизеля, этот двигатель не находит широкого применения?» В свойственной ему манере он ответил, что причина в том, что двигатель не работает так, как хотелось бы инженерам. После этого я заметил: «Очень хорошо, мы сейчас собираемся делать бизнес на дизельных двигателях. Скажи нам, как должен работать двигатель, и я найду производственные мощности, которые сделают программу прибыльной». Конечно, когда я говорил, что мы будем делать бизнес на дизельных двигателях, я имел в виду, что поддержу концепцию Кеттеринга.
В 1928 году Кеттеринг с группой инженеров из научно-исследовательской лаборатории начал серию масштабных испытаний дизельных двигателей, а затем предложил провести их различным производителям. По итогам анализа результатов этих испытаний и тщательного изучения имеющейся на то время научной литературы по дизелям Кеттеринг пришел к заключению, что решением проблемы является так называемый двухтактный дизельный двигатель. Тогда двухтактный двигатель не был новинкой. На самом деле важна была убежденность Кеттеринга, что двухтактный принцип работы идеально подходит для дизельных двигателей небольшого размера. Хотя основательные исследования в этом направлении проводились и ранее, обычно по их итогам делался вывод, что подобный принцип работы подходит только для больших и низкооборотных двигателей.
В двухтактном двигателе всасывание воздуха и выпуск отработанных газов происходят одновременно. Рабочим тактом является один такт из двух, тогда как в четырехтактном двигателе рабочим является только один такт из четырех. В результате двухтактный двигатель весит на 20 % меньше, и при этом он на 17 % компактнее, чем эквивалентный ему по мощности четырехтактный двигатель. Однако возникают и некоторые серьезные технические проблемы. Прежде всего, двухтактный двигатель в том виде, каким он был разработан Кеттерингом, требует гораздо более высокой точности при изготовлении системы впрыска топлива. Например, научно-исследовательская лаборатория разработала и реализовала блок впрыска топлива, допуск изготовления деталей которого составлял тысячные доли миллиметра, и топливный насос, который создавал давление до 200 МПа, подавая топливо через отверстия диаметром от 0,2 до 0,25 мм, просверленные в наконечниках форсунок. Кроме того, для двухтактного двигателя требовался внешний воздушный компрессор. Это стало еще одной серьезной проблемой, но в итоге удалось создать то, что требовалось: легкое, компактное устройство, способное нагнетать большие объемы воздуха под давлением от 20 до 40 кПа.
К концу 1930 года стало ясно, что двухтактный двигатель является достаточно практичным и что Кеттеринг достиг значительного прорыва в технологии дизельных двигателей. Также стало очевидно, что пришло время предоставить ему обещанные производственные мощности. Мы стали подыскивать необходимые предприятия. Наш выбор остановился на двух компаниях – Winton Engine и Electro-Motive Engineering. Обе в Кливленде, штат Огайо.
Компания Winton производила дизельные двигатели, главным образом предназначенные для применения на морских судах (именно здесь были изготовлены двигатели для второй яхты Кеттеринга), а также некоторые виды бензиновых двигателей большой мощности. Компания Electro-Motive была инжиниринговой, конструкторской и торговой фирмой, не имевшей собственных производственных мощностей. Эти две компании в течение почти десяти лет имели между собой тесные деловые отношения. За это время они выстроили достаточно серьезный бизнес и заслужили хорошую репутацию в области разработки и продаж газоэлектрических автомотрис, главным образом предназначенных для поездок на небольшие расстояния. Производство двигателей для этих автомотрис на протяжении 1920-х годов было основным бизнесом Winton. Однако по сравнению с числом паровозов количество машин, работавших на бензине, продолжало падать, и в конце десятилетия компания Electro-Motive стала испытывать проблемы с продажами газоэлектрических машин. Это, в свою очередь, отразилось на компании Winton.
В этих условиях Electro-Motive и Winton в 1928–1929 годах стали всерьез искать возможности для использования дизельных двигателей на железных дорогах. Гарольд Гамильтон (Harold Hamilton), в то время президент компании Electro-Motive, столкнулся с теми же проблемами системы впрыска топлива, с которыми тогда боролся Кеттеринг. Гамильтон также пытался разработать небольшой дизельный двигатель. При доступных на тот момент технологиях самый компактный дизель имел удельную мощность порядка 27 кг/л. с. Как ему представлялось, для локомотива требовался двигатель с удельной мощностью не более 10 кг/л. с., со скоростью оборота вала около 800 об/мин. Хотя имелось несколько моделей дизельных двигателей, соответствующих этим критериям, Гамильтон считал, что они не смогут удовлетворить требованиям к производительности и надежности для их эффективного применения на железных дорогах. Помимо этого Гамильтон понимал, что для нужного ему двигателя потребуются металлические трубы и соединения, способные работать в течение длительного времени при давлениях топлива 40–50 МПа. Компания Winton не производила таких изделий, и Гамильтон не знал, есть ли вообще в отрасли предприятия, способные их выпускать. Наконец, он пришел к заключению, что для решения проблемы потребуется около 10 млн долл. венчурного капитала – 5 млн долл. на преодоление технических трудностей и еще 5 млн долл. или около того на подготовку предприятия и оборудования, необходимого для производства.
Гамильтон, а также Джордж Кодрингтон (George W. Codrington), президент компании Winton, быстро поняли, что такая сумма является для них неподъемной и что вряд ли венчурный капитал такого объема вообще найдется в железнодорожной отрасли. (Ни перевозчики, ни производители локомотивов не выразили достаточного интереса к работам по исследованию дизельных двигателей.) Примерно в это же время Кеттеринг, заказывая двигатели Winton для своей второй яхты, познакомился с Кодрингтоном. Он купил эти двигатели только лишь потому, что Кодрингтон согласился, хотя и неохотно, поставить на них новый инжектор, который один из инженеров Winton разработал к тому времени и на который Кеттеринг возлагал большие надежды. Я не знаю, кто первый предложил, чтобы компания Winton влилась в корпорацию General Motors. Как бы то ни было, в конце лета 1929 года мы начали с руководством компании официальные переговоры. В октябре мы достигли соглашения о покупке компании Winton, но тут серьезное падение рынка временно спутало все карты.
ebooksa