Introduzione

L’interesse di Charles F. Kettering per la scienza dei motori automobilistici crebbe dopo che un collega gli chiese aiuto per una macchina che stava costruendo da un kit. Con un’inclinazione verso l’invenzione e gli affari, Kettering fu un leader influente, un insegnante per tutta la vita e un portavoce entusiasta e promotore del potere del progresso tecnologico.

Come ha iniziato Charles Kettering e quali contributi ha dato all’ingegneria automobilistica?

Perseveranza

Charles Franklin Kettering è nato in una fattoria vicino a Loudonville, Ohio, il 29 agosto 1876. Era il quarto di cinque figli di Jacob Kettering e Martha Hunter Kettering. Ha sperimentato la severità di sua madre e le responsabilità agricole di suo padre che gli hanno instillato un interesse per la meccanica. Dopo il diploma di scuola superiore, Kettering iniziò a insegnare in una vicina scuola di una sola stanza. Lasciò due anni dopo per entrare nel College of Wooster, ma a causa di deboli problemi di vista, tornò all’insegnamento. Altri due anni dopo Kettering entrò alla Ohio State University, ma ancora una volta, la sua vista lo costrinse a lasciare. Cominciò a lavorare con una squadra che installava il cablaggio telefonico per portare questa recente invenzione in tutta la campagna. Tornando ancora una volta alla Ohio State, perseverò e alla fine, all’età di ventotto anni, ottenne una laurea in ingegneria elettrica. L’università lo raccomandò per un impiego presso la National Cash Register Company (NCR) a Dayton, Ohio.

Accensione ad alta energia

Assunto come ingegnere sperimentale nel 1904, il primo compito di Kettering fu la motorizzazione dei registri; il suo team impiegò un anno per inventare un motore elettrico applicabile a tutti i modelli NCR. Ulteriori lavori da parte dei team separati di Kettering durante i successivi quattro anni aggiunsero le basi delle macchine contabili, i registri a basso costo e le comunicazioni interne dei grandi magazzini.

Kettering sposò Olive Williams di Ashland, Ohio, nel 1905, e il loro unico figlio, Eugene Williams, nacque il 20 aprile 1908.

L’interesse di Kettering nella nuova scienza dei motori automobilistici crebbe quando un collega, Edward Deeds, chiese aiuto per una macchina che stava costruendo da solo da un kit. Su richiesta di Deeds e con l’aiuto nel tempo libero di altri amici NCR, Kettering sviluppò un sistema di accensione a scintilla ad alta energia per sostituire il modello a scintilla debole fornito con il kit. Lasciando NCR nel 1909, Kettering si concentrò sullo sviluppo finale di questo set di accensione e le dimostrazioni furono accolte favorevolmente. Con questa risposta, Kettering e Deeds crearono immediatamente la Dayton Engineering Laboratories Company (DELCO).

Lo sviluppo di un auto-avviatore elettrico sostituì il metodo ingombrante e talvolta pericoloso di avviare l’automobile a manovella. Come ingegnere automobilistico più importante del tempo, Kettering si concentrò sulla scienza applicata e sull’ingegno piuttosto che sulla contemplazione teorica, e mise al lavoro il suo staff di ricerca. Il loro approccio sperimentale comportava una serie di tentativi ragionati ma nessuna ipotesi dichiarata da dimostrare. Delco iniziò a convertire il loro prototipo in una versione che poteva essere prodotta in serie per essere incorporata nei modelli Cadillac del 1912.

Idea brillante

Durante questo periodo Kettering era anche occupato con un’idea derivante dalla sua educazione e dal suo primo lavoro: la fornitura di elettricità alle aree rurali americane che la rete di fornitura via cavo non raggiungeva. Il risultante Delco Light Generator rivoluzionò la vita rurale, fornendo una potente fonte di luce che estendeva il giorno e una fonte azionata dal motore di potenza della macchina. Il generatore consisteva in batterie al piombo che venivano caricate e ricaricate da un motore a benzina dotato di un interruttore di avviamento elettrico.

Kettering e Deeds vendettero la fiorente attività Delco alla General Motors nel 1916 e nello stesso anno fondarono la Dayton-Wright Airplane Company con H. E. Talbott e arruolarono Orville Wright come loro consulente aeronautico. L’azienda fornì aerei e motori durante la prima guerra mondiale e alla fine fu acquisita dalla General Motors.

Sforzi di ricerca

Quando l’industria automobilistica avanzò a Detroit, Alfred P. Sloan della General Motors reclutò Kettering due anni dopo per guidare gli sforzi di ricerca dell’intera azienda. Un centro, la General Motors Research Corporation, fu costruito a Dayton per questo unico scopo. Kettering, un inventore prolifico, condusse indagini in tutte le aree di miglioramento dell’automobile, sottolineando quelle che avrebbero beneficiato direttamente il cliente. I progressi sono stati fatti nella sicurezza e tutti i processi automobilistici: freni, ingranaggi, sospensioni e illuminazione. L’invenzione più utilizzata da Kettering fu l’uso del piombo tetraetile come additivo della benzina per risolvere il problema del “knock”, una condizione di combustione incompleta del carburante che causa una rapida usura del motore. Il team di ricerca arrivò alla soluzione del piombo dopo aver verificato molti approcci ingegnosi e diversi candidati additivi in un periodo di sette anni che portò all’introduzione del 1923. Rimase in uso fino a quando il riconoscimento dei suoi rischi per la salute negli anni ’60 – dopo la morte di Kettering – ha causato il passaggio alla benzina senza piombo.

Kettering ha poi rivolto la sua attenzione ai motori diesel, ispirato dal loro basso consumo di carburante e alto potenziale di potenza. Sperimentando l’alimentazione diesel sul suo yacht, assistito da suo figlio, Eugene, nella fase di progettazione, Kettering ha visto il risultato del suo lavoro quando la General Motors ha prodotto la prima locomotiva diesel per il trasporto merci nel 1939.

Leader e insegnante

Con la sua attitudine per le invenzioni e gli affari, Kettering divenne un leader influente e un insegnante per tutta la vita. Era un entusiasta portavoce e promotore del potere del progresso tecnologico, perseguendo i suoi interessi in tutte le idee e metodi moderni. Alla General Motors, portò un nuovo approccio di apprendimento cooperativo all’educazione dei dipendenti: nel 1926 il General Motors Institute (sviluppato dalla Flint YMCA School of Automotive Trades) iniziò a formare i dipendenti con una combinazione di teoria in classe ed esperienza pratica sul posto di lavoro.

La Kettering Foundation for Medical Research fu fondata nel 1927, e nel 1945, Kettering si unì ad Alfred P. Sloan nel fondare lo Sloane-Kettering Institute per il trattamento del cancro. Sua sorella era morta per un tumore al collo nel 1944 e sua moglie, Olive, morì due anni dopo per un cancro al pancreas. Come si addice ad un membro della Horatio Alger Society, la Fondazione Kettering esemplifica la filosofia sociale del suo fondatore sulla ricerca della relazione tra la democrazia e il pubblico.

In seguito, Kettering soffrì di una serie di ictus ma continuò come consulente della General Motors per tutta la sua vita. Charles Kettering (soprannominato “Boss Ket”) morì il 25 novembre 1958, nella sua casa di Dayton, Ohio.

Radio Talk

Trascritto da una serie di discorsi alla radio che Charles Kettering tenne tra settembre 1942 e luglio 1945.

“La ricerca non è affatto una cosa fisica ma solo uno stato mentale. È un modo semplice e organizzato di cercare di realizzare qualcosa che si desidera fare – così semplice che chiunque può fare Ricerca ovunque e in qualsiasi momento.

Prima di tutto, si sceglie il problema che si vorrebbe risolvere, poi si elencano almeno dieci ragioni per cui questo non è stato risolto. Ma nello scegliere quel problema assicuratevi di analizzarlo attentamente per vedere che vale la pena di fare lo sforzo. Ci vuole tanto sforzo per risolvere un problema inutile quanto uno utile. Assicuratevi che il gioco valga la candela.

Dopo aver attentamente – e voglio sottolineare quella parola “attentamente” – selezionato il problema e le dieci cose che si trovano tra voi e la soluzione, usate la stessa procedura come per risolvere un cruciverba. Si prendono prima gli ostacoli facili e con un processo di eliminazione si arriva a uno o due ostacoli principali. Nella soluzione degli ostacoli rimanenti si può avere bisogno di qualche semplice apparato, ma le cose di cui probabilmente si avrà più bisogno sono pazienza infinita e persistenza.”

“Secondo me, un grammo di sperimentazione vale un chilo di teoria non provata.”

Primo incarico

Nel 1904, il primo incarico di Kettering al National Cash Register fu quello di inventare un sostituto motorizzato per la leva manuale che l’operatore doveva tirare per ogni transazione del registratore di cassa. La sua soluzione fu l’aggiunta di un piccolo motore elettrico alla macchina. Le brevi e forti raffiche di energia che il registro richiedeva non erano possibili con i motori esistenti, così Kettering ideò un sistema di frizione per aggiornare e abbinare esattamente le esigenze di potenza dei movimenti delle ruote nel registro.

Avviamento elettrico

L’invenzione di Kettering e Deeds che portò alla fondazione del loro stabilimento Dayton Engineering Laboratories Company (DELCO) aveva delle somiglianze di principio con il motore del registratore di cassa, in quanto forniva un breve e intenso spruzzo di elettricità. Poiché questo dispositivo migliorava il funzionamento dell’automobile, il suo successo era assicurato e permanente.

I motori a benzina richiedono che i pistoni siano in movimento prima che avvenga l’accensione e quindi un agente esterno deve essere utilizzato per metterli in movimento. Una volta in movimento, la forza propria del motore subentra nel processo di accensione.

Fino a quel momento, le automobili venivano avviate a manovella: un processo che richiedeva forza e riflessi. La forza era necessaria per girare la manovella collegata al grande volano e quindi muovere l’albero motore e mettere in moto le parti del motore. I riflessi rapidi erano necessari all’operatore per farsi immediatamente da parte una volta che il motore si fosse avviato ed evitare il pericoloso e potente “contraccolpo” sulla manovella quando il motore si avviava e faceva scattare la necessità della manovella. Henry Leland, capo della Cadillac Motor Co. aveva perso un amico che si era ferito e poi era morto a causa di tale “contraccolpo”. Non appena fu disponibile, incluse il nuovo avviamento elettrico in tutti i modelli Cadillac.

Kettering e Deeds riconobbero che l’avviamento elettrico aveva bisogno di un’elevata energia iniziale per girare il volano e mettere in movimento i pistoni del motore. Una volta che i pistoni iniziavano a muoversi, l’accensione sarebbe avvenuta nei cilindri e il motore avrebbe preso a funzionare. Il loro motorino d’avviamento usava la bassa corrente esistente dalla batteria dell’auto, la aumentava e creava l’alta corrente e la potenza del motore che faceva girare il volano e faceva esplodere il gas nel cilindro del motore. Una volta avviato il ciclo del pistone, un relè scollegava il motorino d’avviamento e il motore azionava il veicolo e la ricarica della batteria, più altre necessità a bassa corrente come l’illuminazione. L’avviamento elettrico era il soggetto del brevetto degli Stati Uniti n. 1.150.523, rilasciato a Charles Kettering e Clyde Coleman.

Engine Knock

Il “knock” del motore delle automobili è un suono martellante o pinging associato a vibrazioni insolite del motore e di conseguenza a una maggiore usura del motore. È causato dall’accensione incontrollata della miscela compressa benzina/aria nei pistoni del motore. Le sollecitazioni irregolari che si accumulano danneggiano i materiali del pistone e del cilindro e provocano il bussare e l’usura del motore.

Seguendo il loro protocollo di ricerca sistematica di prima definizione del problema, Kettering e Thomas Midgley, Jr. usarono una monografia per ispezionare l’azione dei pistoni nel loro motore di prova e trovarono che il bussare non era causato dall’accensione prematura dalla disposizione della batteria auto-avviante, ma dall’aumento di pressione dopo l’accensione della candela. Il loro passo successivo fu quello di porre una serie di possibili teorie e di testare ognuna di esse. Decisero che la soluzione risiedeva nell’uso di un additivo per la benzina, così ne furono proposti diversi, provati e valutati i loro risultati.

Il primo esperimento testò la teoria che il materiale di colore rosso potesse assorbire il calore e correggere le condizioni del cilindro. Lo iodio, essendo rosso, fu provato con successo, ma un follow-up con coloranti rossi all’anilina fallì, confutando la teoria della “colorazione rossa”. Successivamente, lo ioduro di etile incolore si dimostrò efficace e la loro ricerca chimica continuò. Il team fu dirottato a lavorare sui carburanti per aerei durante la prima guerra mondiale e testò una vasta gamma di sostanze chimiche per applicazioni aeronautiche: etanolo, aromatici del petrolio come il benzene, olefine del petrolio, eteri e paraffine. La loro decisione finale raccomandava una miscela di benzene e benzina, ma la fine della guerra cancellò i piani di produzione e i ricercatori tornarono alle attività civili. Ancora una volta lo iodio era il miglior candidato anti-knock, ma era corrosivo e costoso. L’entusiasmo scemò e la ricerca si impantanò fino a quando Kettering si imbatté in un articolo sull’efficacia del selenio come additivo; Midgley fu ri-energizzato. Il suo nuovo approccio fu quello di creare una lista di elementi come candidati e controllare sistematicamente l’efficacia di ciascuno nel suo motore di prova di laboratorio a un cilindro. La lista includeva tellurio, arsenico, argento, silicio, germanio, piombo e stagno.

Nel dicembre del 1921, dopo sette anni di ricerca, si scoprì che piccolissime quantità di piombo, sciolte in etanolo e aggiunte alla benzina, eliminavano completamente il rumore del motore. La potenza e l’efficienza del motore aumentarono e il piombo tetraetile divenne il principale additivo della benzina per molti anni a seguire, fino alla realizzazione dei pericoli del piombo atmosferico.

Altri sviluppi

Kettering aveva inventato il Delco Light Generator che rivoluzionò la vita rurale estendendo le ore di luce disponibili per il lavoro e la ricreazione. Semplicemente muovendo l’interruttore elettrico per il motore a benzina, le batterie si caricavano e ricaricavano completamente. Nel 1918, un impianto di illuminazione da tre kilowatt poteva essere alimentato da un motore monocilindrico da 5 cavalli.

Un altro materiale sviluppato da Midgley e Kettering con enormi implicazioni fu il Freon, un gruppo di composti di alocarburi che sostituirono l’ammoniaca tossica e l’anidride solforosa come refrigerante. I compressori per frigoriferi che lavoravano con prodotti chimici non infiammabili, non tossici e chimicamente inerti ottennero un’ampia accettazione e il loro uso ampliò la portata della conservazione degli alimenti e, attraverso l’aria condizionata, estese il comfort e le ore utilizzabili dei lavoratori.

Il 31 dicembre 1928 il brevetto statunitense n. 1.886.339 per il diclorodifluorometano, il primo Freon, fu rilasciato a Frigidaire, la divisione della General Motors guidata da Kettering. La Dupont Company intraprese la produzione commerciale di freon e la linea crebbe fino a oltre venti prodotti diversi, differenziati dalla lunghezza della catena di carbonio alifatico e dal grado di sostituzione di cloro e fluoro. Le loro applicazioni si allargarono ai propellenti per aerosol e agli inalatori. L’uso del freon è stato gradualmente eliminato quando si è scoperto negli anni ’70 che i composti riducono lo strato protettivo di ozono della terra

Riconoscimento

Charles F. Kettering era titolare o co-titolare di più di 300 brevetti. I loro argomenti ad ampio raggio includono: la motorizzazione del registratore di cassa, l’avviamento elettrico dell’auto, il generatore di illuminazione portatile, la benzina con piombo, il refrigerante Freon, la vernice per automobili, un’incubatrice per bambini prematuri e un trattamento per le malattie veneree.

Ha ricevuto molti dottorati e lauree ad honorem più decine di altre citazioni e medaglie.

Il suo nome è ricordato nella Charles F. Kettering Foundation per la ricerca medica, lo Sloan-Kettering Institute for Cancer Research, il Charles F. Kettering Memorial Hospital e la Kettering University.

L’annuale Charles F. Kettering Prize, creato dalla General Motors Cancer Research Foundation, onora il più eccezionale contributo recente alla diagnosi o al trattamento del cancro.

Charles F. Kettering ha ricevuto la Medaglia Franklin nel 1936 dal Franklin Institute per la scienza dell’ingegneria automobilistica.

Credits

La presentazione di Charles F. Kettering è resa possibile dal sostegno della Fondazione Barra e di Unisys.

Questo sito web è il risultato di un team interno di progetti speciali del Franklin Institute, che lavora sotto la direzione di Carol Parssinen, vicepresidente senior del Centro per l’innovazione nell’apprendimento delle scienze, e Bo Hammer, vicepresidente del Franklin Center.

I membri del team del progetto speciale del dipartimento Tecnologie Educative sono:
Karen Elinich, Barbara Holberg, Margaret Ennis, e Zach Williams.

I membri del team del progetto speciale del dipartimento Curatoriale sono:
John Alviti.

I membri del comitato consultivo del progetto sono:
Ruth Schwartz-Cowan, Leonard Rosenfeld, Nathan Ensmenger, e Susan Yoon.