Úvod

Zájem Charlese F. Ketteringa o vědu o automobilových motorech vzrostl poté, co ho kolega požádal o pomoc s autem, které stavěl ze stavebnice. Se sklonem k vynalézání a podnikání byl Kettering vlivným vůdcem, celoživotním učitelem a nadšeným mluvčím a propagátorem síly technického pokroku.

Jak Charles Kettering začínal a čím přispěl k automobilovému inženýrství?

Perseverace

Charles Franklin Kettering se narodil 29. srpna 1876 na farmě poblíž Loudonville ve státě Ohio. Byl čtvrtým z pěti dětí Jacoba Ketteringa a Marthy Hunter Ketteringové. Zažil přísnost své matky a farmářské povinnosti svého otce, které v něm vzbudily zájem o mechanické „kutilství“. Po absolvování střední školy začal Kettering učit v nedaleké jednotřídní škole. Po dvou letech odešel, aby nastoupil na Wooster College, ale kvůli problémům se slabým zrakem se k učitelství vrátil. O další dva roky později Kettering nastoupil na Ohio State University, ale opět ho zrak donutil odejít. Začal pracovat s partou, která instalovala telefonní rozvody, aby tento nedávný vynález rozvedla po venkově. Znovu se vrátil na Ohio State, vytrval a nakonec v osmadvaceti letech získal titul v oboru elektrotechniky. Univerzita mu doporučila zaměstnání u společnosti National Cash Register Company (NCR) v Daytonu ve státě Ohio.

Vysokoenergetické zapalování

Kettering byl v roce 1904 přijat jako experimentální inženýr a jeho prvním úkolem byla motorizace pokladen; jeho týmu trvalo rok, než vynalezl elektromotor použitelný pro všechny modely NCR. Další práce Ketteringových samostatných týmů během následujících čtyř let doplnily základy účetních strojů, levných registračních pokladen a vnitřní komunikace obchodních domů.

Kettering se v roce 1905 oženil s Olive Williamsovou z Ashlandu ve státě Ohio a 20. dubna 1908 se jim narodilo jediné dítě, Eugene Williams.

Ketteringův zájem o novou vědu o automobilových motorech vzrostl, když ho kolega Edward Deeds požádal o pomoc s automobilem, který sám stavěl ze stavebnice. Na Deedsovu žádost a s volnočasovou pomocí dalších přátel z NCR vyvinul Kettering vysokoenergetický zapalovací systém, který nahradil model se slabou jiskrou dodávaný se stavebnicí. Při odchodu z NCR v roce 1909 se Kettering soustředil na konečný vývoj této zapalovací soupravy a demonstrace byly příznivě přijaty. Díky tomuto ohlasu Kettering a Deeds okamžitě založili společnost Dayton Engineering Laboratories Company (DELCO).

Vývoj elektrického samočinného startéru nahradil těžkopádný – a někdy nebezpečný – způsob startování automobilu ručním startováním. Jako nejvýznamnější automobilový inženýr té doby se Kettering zaměřil spíše na aplikovanou vědu a vynalézavost než na teoretické úvahy a pustil se do práce se svými výzkumnými pracovníky. Jejich experimentální přístup zahrnoval řadu odůvodněných pokusů, ale žádnou stanovenou hypotézu, kterou by bylo třeba dokázat. Společnost Delco začala jejich prototyp přestavovat na verzi, kterou bylo možné sériově vyrábět pro zabudování do modelů Cadillac z roku 1912.

Světlý nápad

V této době se Kettering zabýval také myšlenkou vyplývající z jeho výchovy a prvního zaměstnání – dodávkou elektřiny do venkovských amerických oblastí, kam nedosahovala drátová rozvodná síť. Výsledný generátor světla Delco Light Generator způsobil revoluci v životě na venkově, protože poskytoval silný zdroj světla, který prodlužoval den, a motoricky poháněný zdroj energie pro stroje. Generátor se skládal z olověných akumulátorů, které se nabíjely a dobíjely z benzinového motoru vybaveného elektrickým startérem.

Kettering a Deeds prodali v roce 1916 prosperující firmu Delco společnosti General Motors a ve stejném roce založili s H. E. Talbottem společnost Dayton-Wright Airplane Company a získali Orvilla Wrighta jako svého leteckého poradce. Společnost dodávala letadla a motory během první světové války a nakonec ji koupila společnost General Motors.

Výzkumné úsilí

Když se v Detroitu rozvíjel automobilový průmysl, Alfred P. Sloan z General Motors o dva roky později angažoval Ketteringa, aby vedl celé výzkumné úsilí společnosti. Za tímto jediným účelem bylo v Daytonu vybudováno středisko General Motors Research Corporation. Kettering, plodný vynálezce, vedl výzkum ve všech oblastech zdokonalování automobilů, přičemž kladl důraz na ty, které přinášely přímý prospěch zákazníkům. Pokroku bylo dosaženo v oblasti bezpečnosti a všech automobilových procesů: brzd, převodovek, odpružení a osvětlení. Výsledkem byly i náhodné objevy, jako například chladicí kapalina freon, používaná v chlazení.

Ketteringovým nejrozšířenějším vynálezem bylo použití tetraetylolova jako přísady do benzinu, která řešila problém „klepání“ motoru, což je stav neúplného spalování paliva, který způsobuje rychlé opotřebení motoru. Výzkumný tým dospěl k řešení s olovem po ověření mnoha důmyslných přístupů a různých kandidátů na aditiva v průběhu sedmi let, které vedly k zavedení v roce 1923. Ten se používal až do rozpoznání jeho zdravotní závadnosti v 60. letech 20. století – po Ketteringově smrti -, což vedlo k přechodu na bezolovnatý benzin.

Kettering se poté zaměřil na vznětové motory, inspirován jejich nízkou spotřebou paliva a vysokým výkonovým potenciálem. Kettering experimentoval s dieselovým pohonem na vlastní jachtě a ve fázi návrhu mu pomáhal jeho syn Eugene.

Kettering se dočkal výsledku své práce, když společnost General Motors vyrobila v roce 1939 první nákladní lokomotivu s dieselovým motorem.

Vůdce a učitel

Kettering se díky svému nadání pro vynálezy a podnikání stal vlivným vůdcem a celoživotním učitelem. Byl nadšeným mluvčím a propagátorem síly technického pokroku a prosazoval všechny moderní myšlenky a metody. Ve společnosti General Motors přinesl nový přístup ke vzdělávání zaměstnanců založený na kooperativním učení: v roce 1926 začal General Motors Institute (vyvinutý z Flint YMCA School of Automotive Trades) školit zaměstnance kombinací teorie ve třídě a praktických zkušeností na pracovišti.

V roce 1927 byla založena Ketteringova nadace pro lékařský výzkum a v roce 1945 Kettering společně s Alfredem P. Sloanem založil Sloane-Ketteringův institut pro léčbu rakoviny. Jeho sestra zemřela v roce 1944 na nádor na krku a jeho manželka Olive zemřela o dva roky později na rakovinu slinivky. Jak se na člena Společnosti Horatia Algera sluší, Ketteringova nadace je příkladem sociální filozofie svého zakladatele týkající se výzkumu vztahu mezi demokracií a veřejností.

Později Kettering prodělal několik mozkových příhod, přesto však po celý život působil jako konzultant společnosti General Motors. Charles Kettering (přezdívaný „Boss Ket“) zemřel 25. listopadu 1958 ve svém domě v Daytonu ve státě Ohio.

Radio Talk

Přepis ze série rozhlasových rozhovorů, které Charles Kettering vedl od září 1942 do července 1945.

„Výzkum vůbec není fyzická záležitost, ale jen stav mysli. Je to jednoduchý organizovaný způsob, jak se pokusit dosáhnout něčeho, co chcete udělat – tak jednoduchý, že Výzkum může provádět kdokoli kdekoli a kdykoli.“

Nejprve si vyberete problém, který byste chtěli vyřešit, a pak vyjmenujete alespoň deset důvodů, proč tento problém nebyl vyřešen. Při výběru tohoto problému se však ujistěte, že jste jej pečlivě analyzovali, abyste zjistili, zda stojí za námahu. Vyřešit zbytečný problém stojí stejně úsilí jako problém užitečný. Ujistěte se, že stojí za svíčku.“

Po pečlivém – a to slovo „pečlivém“ chci zdůraznit – výběru problému a deseti věcí, které stojí mezi vámi a řešením, pak použijte stejný postup jako při řešení křížovky. Nejprve vyluštíte snadné překážky a vylučovací metodou dojdete k jedné nebo dvěma hlavním. Při řešení zbývajících překážek budete možná potřebovat nějaký jednoduchý přístroj, ale to, co budete pravděpodobně potřebovat nejvíce, je nekonečná trpělivost a vytrvalost.“

„Podle mého názoru má unce experimentování cenu libry nevyzkoušené teorie.“

První úkol

V roce 1904 bylo Ketteringovým prvním úkolem ve společnosti National Cash Register vynalézt motorizovanou náhradu za ruční páku, kterou obsluha musela stisknout při každé pokladní transakci. Jeho řešení spočívalo v přidání malého elektromotoru ke stroji. Krátké a silné výboje energie, které pokladna vyžadovala, nebylo možné realizovat pomocí stávajících motorů, a tak Kettering vymyslel uspořádání spojky, které vylepšovalo a přesně odpovídalo potřebám výkonu pohybů koleček v pokladně.

Elektrický startér

Vynález Ketteringa a Deedse, který vedl k založení jejich závodu Dayton Engineering Laboratories Company (DELCO), se v principu podobal motoru pokladny v tom, že poskytoval krátký a intenzivní výron elektrické energie. Protože toto zařízení zlepšilo provoz automobilu, byl jeho úspěch zajištěn a trvalý.

Benzínové motory vyžadují, aby se písty před zážehem daly do pohybu, a proto musí být k jejich uvedení do pohybu použit vnější činitel. Jakmile se motor dá do pohybu, převezme proces zapalování jeho vlastní síla.

Do té doby se automobily startovaly ručním klikováním: proces vyžadující sílu a reflexy. Síla byla potřeba k otáčení ruční klikou připojenou k velkému setrvačníku, a tím k pohybu klikového hřídele a uvedení částí motoru do pohybu. Rychlé reflexy byly nutné k tomu, aby obsluha po nastartování motoru okamžitě ustoupila stranou a vyhnula se nebezpečnému a silnému „zpětnému rázu“ na kliku, když se motor rozběhl a odhodil potřebu kliky. Henry Leland, šéf společnosti Cadillac Motor Co., přišel o přítele, který se v důsledku takového „zpětného rázu“ zranil a později zemřel. Jakmile byl nový elektrický startér k dispozici, zařadil jej do všech modelů Cadillac.

Kettering a Deeds si uvědomovali, že elektrický startér potřebuje vysokou počáteční energii, aby roztočil setrvačník a uvedl písty motoru do pohybu. Jakmile by se písty začaly pohybovat, došlo by k zážehu ve válcích a motor by převzal chod. Jejich startér využíval stávající nízký proud z baterie vozu, zesílil jej a vytvořil vysoký proud a výkon motoru, který roztočil setrvačník a odpálil plyn ve válci motoru. Jakmile byl cyklus pístu spuštěn, relé odpojilo motor startéru a motor poháněl vozidlo a dobíjení baterie a další nízkoproudé potřeby, jako je osvětlení. Elektrický startér byl předmětem patentu Spojených států amerických č. 1 150 523, který byl vydán Charlesi Ketteringovi a Clydu Colemanovi.

Klepání motoru

Klepání motoru automobilu je kladívkový nebo pípavý zvuk spojený s neobvyklými vibracemi motoru a následným zvýšeným opotřebením motoru. Je způsobeno nekontrolovaným vznícením stlačené směsi benzínu a vzduchu v pístech motoru. Vzniklé nepravidelné napětí poškozuje materiály pístu a válce a má za následek klepání a opotřebení motoru.

Po systematickém výzkumném protokolu, kdy nejprve definovali problém, Kettering a Thomas Midgley, Jr. pomocí monografie zkontrolovali činnost pístů ve svém zkušebním motoru a zjistili, že klepání není způsobeno předčasným zážehem z uspořádání samočinného startovacího akumulátoru, ale zvýšením tlaku po zapálení zapalovací svíčky. Jejich dalším krokem bylo předložení řady možných teorií a testování každé z nich. Rozhodli se, že řešení spočívá v použití přísady do benzinu, a tak jich navrhli a vyzkoušeli celou řadu a vyhodnotili jejich výsledky.

První pokus ověřoval teorii, že červeně zbarvený materiál by mohl pohlcovat teplo a napravit stav válců. Jód, který je červený, byl vyzkoušen úspěšně, ale následný pokus s červenými anilinovými barvivy selhal, čímž byla teorie „červeného barviva“ vyvrácena. Dále se jako účinný ukázal bezbarvý ethyljodid a jejich chemický výzkum pokračoval. Během první světové války byl tým odkloněn k práci na leteckých palivech a testoval širokou škálu chemických látek pro letecké aplikace: ethanol, ropné aromáty, jako je benzen, ropné olefiny, ethery a parafíny. V konečném rozhodnutí doporučili směs benzenu a benzínu, ale konec války plány na výrobu zrušil a výzkumníci se vrátili k civilním aktivitám. Nejlepším kandidátem proti klepání byl opět jód, ale byl korozivní a drahý. Nadšení opadlo a výzkum vázl, dokud Kettering náhodou nenarazil na článek o účinnosti selenu jako aditiva; Midgley byl znovu povzbuzen. Jeho nový přístup spočíval v tom, že vytvořil seznam kandidátských prvků a systematicky ověřoval účinnost každého z nich ve svém jednoválcovém laboratorním zkušebním motoru. Seznam obsahoval tellur, arsen, stříbro, křemík, germanium, olovo a cín.

V prosinci 1921, po sedmi letech výzkumu, bylo zjištěno, že velmi malé množství olova rozpuštěného v ethanolu a přidaného do benzinu zcela odstraňuje klepání motoru. Výkon a účinnost motorů se zvýšily a tetraetylolovo se stalo hlavní přísadou do benzinu na mnoho následujících let, dokud nedošlo k uvědomění si nebezpečnosti olova v atmosféře.

Další vývoj

Kettering vynalezl Delco Light Generator, který způsobil revoluci v životě na venkově tím, že prodloužil dobu světla dostupného pro práci a rekreaci. Pouhým posunutím elektrického spínače benzinového motoru došlo k plnému nabití a dobití baterií. V roce 1918 mohla být tříkilowattová světelná elektrárna poháněna jednoválcovým motorem o výkonu 5 koní.

Dalším materiálem, který Midgley a Kettering vyvinuli a který měl obrovský význam, byl freon, skupina sloučenin halokarbonů, které jako chladivo nahradily toxický čpavek a oxid siřičitý. Kompresory chladniček pracující s chemickými látkami, které byly nehořlavé, netoxické a chemicky inertní, se široce prosadily a jejich použití rozšířilo možnosti skladování potravin a prostřednictvím klimatizace prodloužilo pohodlí a pracovní dobu pracovníků.

Patent USA č. 1 886 339 na dichlordifluorometan, první freon, byl vydán společnosti Frigidaire, divizi General Motors, kterou vedl Kettering, dne 31. prosince 1928. Společnost Dupont Company se ujala komerční výroby freonů a řada se rozrostla na více než dvacet různých výrobků, které se lišily délkou alifatického uhlíkového řetězce a stupněm substituce chlórem a fluorem. Jejich použití se rozšířilo na aerosolové hnací plyny a inhalátory. Používání freonů bylo postupně ukončeno, když se v 70. letech 20. století zjistilo, že tyto sloučeniny poškozují ochrannou ozonovou vrstvu Země

Poděkování

Charles F. Kettering byl držitelem nebo spoludržitelem více než 300 patentů. Jejich široký záběr zahrnuje: motorizaci pokladny, elektrický automobilový startér, generátor přenosného osvětlení, olovnatý benzin, freonové chladivo, automobilové barvy, inkubátor pro předčasně narozené děti a léčbu pohlavních chorob.

Obdržel mnoho čestných doktorátů a titulů a desítky dalších citací a medailí.

Jeho jméno je připomínáno v památníku Charlese F. Kettering Foundation for medical research, Sloan-Kettering Institute for Cancer Research, Charles F. Kettering Memorial Hospital a Kettering University.

Každoroční cena Charlese F. Ketteringa, kterou zřídila nadace General Motors Cancer Research Foundation, se uděluje za nejvýznamnější nedávný příspěvek k diagnostice nebo léčbě rakoviny.

Charles F. Kettering byl v roce 1936 oceněn Franklinovou medailí Franklinova institutu za vědu v oblasti automobilového inženýrství.

Kredity

Prezentace Charlese F. Ketteringa vznikla díky podpoře nadace The Barra Foundation a společnosti Unisys.

Tato webová stránka je dílem interního týmu speciálního projektu Franklinova institutu, který pracuje pod vedením Carol Parssinenové, senior viceprezidentky Centra pro inovace ve vědeckém vzdělávání, a Bo Hammera, viceprezidenta Franklinova centra.

Členy speciálního projektového týmu z oddělení vzdělávacích technologií jsou:
Karen Elinich, Barbara Holberg, Margaret Ennis a Zach Williams.

Členy speciálního projektového týmu z oddělení kurátorství jsou:
John Alviti.

Členy poradního sboru projektu jsou:
Ruth Schwartz-Cowan, Leonard Rosenfeld, Nathan Ensmenger a Susan Yoon.