Wprowadzenie
Zainteresowanie Charlesa F. Ketteringa nauką o silnikach samochodowych wzrosło po tym, jak kolega poprosił go o pomoc przy samochodzie, który budował z zestawu. Dzięki skłonności do wynalazków i biznesu Kettering był wpływowym przywódcą, nauczycielem przez całe życie oraz entuzjastycznym rzecznikiem i propagatorem potęgi postępu technologicznego.
Jak Charles Kettering rozpoczął swoją karierę i jaki wkład wniósł do inżynierii samochodowej?
Wytrwałość
Charles Franklin Kettering urodził się na farmie w pobliżu Loudonville w stanie Ohio 29 sierpnia 1876 roku. Był czwartym z pięciorga dzieci Jacoba Ketteringa i Marthy Hunter Kettering. Doświadczył surowości matki i rolniczych obowiązków ojca, które zaszczepiły w nim zainteresowanie mechanicznym „majsterkowaniem”. Po ukończeniu szkoły średniej, Kettering zaczął uczyć w pobliskiej jednopokojowej szkole. Opuścił ją dwa lata później, aby wstąpić do College of Wooster, ale z powodu problemów ze wzrokiem wrócił do nauczania. Kolejne dwa lata później Kettering wstąpił na Uniwersytet Stanowy Ohio, ale po raz kolejny wzrok spowodował jego odejście. Zaczął pracować z ekipą instalującą okablowanie telefoniczne, aby przenieść ten najnowszy wynalazek na wieś. Powróciwszy ponownie do Ohio State, wytrwał i w końcu, w wieku dwudziestu ośmiu lat, uzyskał dyplom inżyniera elektryka. Uniwersytet zarekomendował go do zatrudnienia w National Cash Register Company (NCR) w Dayton w stanie Ohio.
High-Energy Ignition
Zatrudniony jako inżynier eksperymentalny w 1904 roku, pierwszym zadaniem Ketteringa była motoryzacja kas; jego zespół potrzebował roku, aby wynaleźć silnik elektryczny mający zastosowanie do wszystkich modeli NCR. Dalsze prace prowadzone przez oddzielne zespoły Ketteringa w ciągu następnych czterech lat dodały podstawy maszyn księgowych, tanich rejestrów i wewnętrznej komunikacji w domach towarowych.
Kettering poślubił Olive Williams z Ashland, Ohio, w 1905 roku, a ich jedyne dziecko, Eugene Williams, urodziło się 20 kwietnia 1908 roku.
Zainteresowanie Ketteringa nową nauką o silnikach samochodowych wzrosło, gdy jego kolega, Edward Deeds, poprosił o pomoc przy samochodzie, który sam budował z zestawu. Na prośbę Deedsa i z pomocą innych przyjaciół z NCR, Kettering opracował wysokoenergetyczny system zapłonu iskrowego, który miał zastąpić model o słabym iskrzeniu dostarczony z zestawem. Opuszczając NCR w 1909 r., Kettering skupił się na ostatecznym opracowaniu tego zestawu zapłonowego, a demonstracje spotkały się z przychylnym przyjęciem. Dzięki tej odpowiedzi Kettering i Deeds natychmiast stworzyli firmę Dayton Engineering Laboratories Company (DELCO).
Rozwój elektrycznego samostartu zastąpił kłopotliwą i czasami niebezpieczną metodę uruchamiania samochodu za pomocą ręcznej korby. Jako najwybitniejszy w tamtych czasach inżynier motoryzacyjny, Kettering skupił się na nauce stosowanej i pomysłowości, a nie na teoretycznych rozważaniach, i zabrał do pracy swój personel badawczy. Ich podejście eksperymentalne obejmowało serię uzasadnionych prób, ale bez określonej hipotezy do udowodnienia. Firma Delco zaczęła przerabiać prototyp na wersję, która mogłaby być produkowana masowo i montowana w modelach Cadillaca z 1912 roku.
Bright Idea
W tym czasie Kettering zajmował się również pomysłem wynikającym z jego wychowania i pierwszej pracy – dostarczaniem energii elektrycznej do wiejskich obszarów Ameryki, do których nie docierała sieć przewodów. Powstały w ten sposób generator światła Delco Light Generator zrewolucjonizował życie na wsi, zapewniając potężne źródło światła, które wydłużało dzień, oraz napędzane silnikiem źródło zasilania maszyn. Generator składał się z akumulatorów kwasowo-ołowiowych, które były ładowane i doładowywane za pomocą silnika benzynowego wyposażonego w elektryczny rozrusznik.
Kettering i Deeds sprzedali dobrze prosperującą firmę Delco firmie General Motors w 1916 roku i w tym samym roku założyli z H. E. Talbottem firmę Dayton-Wright Airplane Company, zatrudniając Orville’a Wrighta jako konsultanta ds. aeronautyki. Firma dostarczała samoloty i silniki podczas I wojny światowej i ostatecznie została przejęta przez General Motors.
Wysiłki badawcze
Jak przemysł samochodowy rozwijał się w Detroit, Alfred P. Sloan z General Motors zatrudnił Ketteringa dwa lata później, aby poprowadził wysiłki badawcze całej firmy. W tym jednym celu zbudowano w Dayton centrum, General Motors Research Corporation. Kettering, płodny wynalazca, prowadził badania we wszystkich dziedzinach doskonalenia samochodów, kładąc nacisk na te, które przyniosłyby bezpośrednie korzyści klientom. Poczyniono postępy w zakresie bezpieczeństwa i wszystkich procesów samochodowych: hamulców, przekładni, zawieszenia i oświetlenia. Przypadkowe odkrycia, takie jak freon, stosowany w chłodnictwie, również zaowocowały.
Najszerzej stosowanym wynalazkiem Ketteringa było zastosowanie tetraetyloołowiu jako dodatku do benzyny w celu rozwiązania problemu „stuków” w silniku, czyli stanu niepełnego spalania paliwa, który powoduje szybkie zużycie silnika. Zespół badawczy doszedł do rozwiązania ołowiu po sprawdzeniu wielu pomysłowych podejść i różnych kandydatów na dodatki w ciągu siedmiu lat prowadzących do wprowadzenia w 1923 roku. Pozostał on w użyciu do czasu, gdy w latach sześćdziesiątych – po śmierci Ketteringa – uznano, że jest on niebezpieczny dla zdrowia, co spowodowało przejście na benzynę bezołowiową.
Kettering zwrócił następnie uwagę na silniki wysokoprężne, zainspirowany ich niskim zużyciem paliwa i dużym potencjałem mocy. Eksperymentując z napędem diesla na własnym jachcie, wspomagany przez syna, Eugene’a, na etapie projektowania, Kettering zobaczył efekt swojej pracy, gdy General Motors wyprodukował pierwszą towarową lokomotywę z silnikiem diesla w 1939 roku.
Lider i nauczyciel
Dzięki swoim zdolnościom wynalazczym i biznesowym Kettering stał się wpływowym liderem i nauczycielem na całe życie. Był entuzjastycznym rzecznikiem i promotorem potęgi postępu technologicznego, realizując swoje zainteresowania wszystkimi nowoczesnymi ideami i metodami. W General Motors wprowadził nowe podejście do edukacji pracowników: w 1926 roku General Motors Institute (powstały z Flint YMCA School of Automotive Trades) rozpoczął szkolenie pracowników, łącząc teorię w klasie z praktycznym doświadczeniem w miejscu pracy.
Fundacja Kettering Foundation for Medical Research została założona w 1927 roku, a w 1945 roku Kettering dołączył do Alfreda P. Sloana, zakładając Sloane-Kettering Institute zajmujący się leczeniem raka. Jego siostra zmarła w 1944 roku na nowotwór szyi, a żona Olive dwa lata później na raka trzustki. Jak przystało na członka Horatio Alger Society, The Kettering Foundation jest przykładem filozofii społecznej swojego założyciela w zakresie badania relacji między demokracją a społeczeństwem.
Później, Kettering doznał kilku udarów, ale nadal jako konsultant General Motors przez całe życie. Charles Kettering (pseudonim „Boss Ket”) zmarł 25 listopada 1958 roku w swoim domu w Dayton, w stanie Ohio.
Radio Talk
Transkrypcja z serii rozmów radiowych Charlesa Ketteringa między wrześniem 1942 a lipcem 1945 roku.
„Badania nie są czymś fizycznym, lecz stanem umysłu. Jest to prosty, zorganizowany sposób dążenia do osiągnięcia czegoś, co chcesz zrobić – tak prosty, że każdy może prowadzić badania w dowolnym miejscu i czasie.
Najpierw wybierasz problem, który chciałbyś rozwiązać, a następnie wymieniasz co najmniej dziesięć powodów, dla których nie został on rozwiązany. Ale wybierając ten problem, pamiętaj, aby dokładnie go przeanalizować, aby przekonać się, że jest wart wysiłku. Rozwiązanie bezużytecznego problemu wymaga tyle samo wysiłku, co użytecznego. Upewnij się, że gra jest warta świeczki.
Po starannym – chcę podkreślić to słowo „starannym” – wybraniu problemu i dziesięciu rzeczy między tobą a rozwiązaniem, używasz następnie tej samej procedury, co przy rozwiązywaniu krzyżówki. Najpierw bierzesz łatwe przeszkody i poprzez proces eliminacji dochodzisz do jednej lub dwóch głównych. Przy rozwiązywaniu pozostałych przeszkód możesz potrzebować prostej aparatury, ale prawdopodobnie najbardziej będziesz potrzebował nieskończonej cierpliwości i wytrwałości.”
„Moim zdaniem uncja eksperymentów jest warta funta niesprawdzonej teorii.”
Pierwsze zadanie
W 1904 roku pierwszym zadaniem Ketteringa w National Cash Register było wynalezienie zmotoryzowanego zamiennika dla ręcznej dźwigni, którą operator musiał pociągnąć przy każdej transakcji kasowej. Jego rozwiązanie polegało na dodaniu do maszyny małego silnika elektrycznego. Krótkie, silne impulsy energii, których wymagała kasa, nie były możliwe do uzyskania przy użyciu istniejących silników, więc Kettering opracował układ sprzęgła, aby unowocześnić i dokładnie dopasować do potrzeb mocy ruchów kół w kasie.
Rozrusznik elektryczny
Wynalazek Ketteringa i Deeds’a, który doprowadził do założenia fabryki Dayton Engineering Laboratories Company (DELCO), był zasadniczo podobny do silnika kasy, ponieważ zapewniał krótki, intensywny impuls energii elektrycznej. Ponieważ urządzenie to usprawniło działanie samochodu, jego sukces był pewny i trwały.
Silniki benzynowe wymagają, aby tłoki były w ruchu, zanim nastąpi zapłon, a więc musi być użyty czynnik zewnętrzny, aby wprawić je w ruch. Po wprawieniu w ruch silnik sam przejmuje proces zapłonu.
Do tej pory samochody były uruchamiane przez ręczne kręcenie korbą: proces wymagający siły i refleksu. Siła była potrzebna do obracania korbą połączoną z dużym kołem zamachowym, a więc do poruszania wałem korbowym i wprawiania w ruch części silnika. Szybki refleks był konieczny, aby operator mógł się odsunąć natychmiast po uruchomieniu silnika i uniknąć niebezpiecznego i silnego „odrzutu” na korbę, gdy silnik ruszył i odrzucił potrzebę użycia korby. Henry Leland, szef Cadillac Motor Co., stracił przyjaciela, który został ranny, a później zmarł z powodu takiego „odrzutu”. Jak tylko był dostępny, włączył nowy elektryczny rozrusznik do wszystkich modeli Cadillaca.
Kettering i Deeds uznali, że elektryczny rozrusznik potrzebuje dużej energii początkowej, aby obrócić koło zamachowe i rozpocząć ruch tłoków silnika. Gdy tłoki zaczęły się poruszać, w cylindrach nastąpiłby zapłon i silnik przejąłby pracę. Ich rozrusznik wykorzystywał istniejący, niski prąd z akumulatora samochodu, zwiększał go i tworzył wysoki prąd i moc silnika, który obracał koło zamachowe i eksplodował gaz w cylindrach silnika. Po rozpoczęciu cyklu pracy tłoka, przekaźnik odłączał rozrusznik, a silnik obsługiwał pojazd i ładowanie akumulatora oraz inne potrzeby związane z niskim prądem, takie jak oświetlenie. Rozrusznik elektryczny był przedmiotem patentu Stanów Zjednoczonych nr 1,150,523, wydanego Charlesowi Ketteringowi i Clyde’owi Colemanowi.
Stukanie silnika
Silnik samochodowy „stukanie” jest dźwiękiem młotkowania lub pingowania związanym z nietypowymi wibracjami silnika i w konsekwencji zwiększonym zużyciem silnika. Jest on spowodowany niekontrolowanym zapłonem sprężonej mieszanki benzyny i powietrza w tłokach silnika. Nieregularne naprężenia powstałe uszkadzają materiały tłoków i cylindrów, co skutkuje dźwiękiem pukania i zużyciem silnika.
Podążając za ich systematycznym protokołem badawczym polegającym na pierwszym zdefiniowaniu problemu, Kettering i Thomas Midgley, Jr. użyli monografu do sprawdzenia działania tłoków w ich silniku testowym i stwierdzili, że pukanie nie było spowodowane przedwczesnym zapłonem z układu akumulatora samostartującego, ale wzrostem ciśnienia po zapłonie świecy zapłonowej. Następnym krokiem było wysunięcie szeregu możliwych teorii i przetestowanie każdej z nich. Zdecydowali, że rozwiązanie leżało w użyciu dodatku do benzyny, więc różne zostały zaproponowane i wypróbowane, a ich wyniki ocenione.
Pierwszy eksperyment przetestował teorię, że czerwony kolorowy materiał może wchłonąć ciepło i poprawić warunki cylindra. Jod, będąc czerwony, został wypróbowany pomyślnie, ale kontynuacja z czerwonymi barwnikami aniliny nie powiodło się, obalając teorię „czerwony kolor”. Następnie, bezbarwny jodek etylu okazał się skuteczny i badania chemiczne były kontynuowane. Podczas I wojny światowej zespół został skierowany do pracy nad paliwami lotniczymi i testował szeroką gamę substancji chemicznych do zastosowań lotniczych: etanol, aromaty naftowe, takie jak benzen, olefiny naftowe, etery i parafiny. Ich ostateczna decyzja zalecała mieszankę benzenu i benzyny, ale koniec wojny przekreślił plany produkcyjne i badacze powrócili do pracy w cywilu. Ponownie jod okazał się najlepszym kandydatem na środek przeciwstukowy, ale był żrący i drogi. Entuzjazm osłabł, a badania utknęły w martwym punkcie, dopóki Kettering nie natknął się na artykuł o skuteczności selenu jako dodatku; Midgley odzyskał energię. Jego nowe podejście polegało na stworzeniu listy pierwiastków kandydujących i systematycznym sprawdzaniu skuteczności każdego z nich w jednocylindrowym laboratoryjnym silniku testowym. Lista zawierała tellur, arsen, srebro, krzem, german, ołów i cynę.
W grudniu 1921 roku, po siedmiu latach badań, okazało się, że bardzo małe ilości ołowiu, rozpuszczone w etanolu i dodane do benzyny, całkowicie usunęły stukanie silnika. Moc silnika i wydajność wzrosły, a tetraetyloołów stał się wiodącym dodatkiem do benzyny na wiele lat, aż do momentu, gdy uświadomiono sobie niebezpieczeństwa związane z atmosferycznym ołowiem.
Inne osiągnięcia
Kettering wynalazł generator światła Delco, który zrewolucjonizował życie na wsi, wydłużając godziny światła dostępnego do pracy i rekreacji. Wystarczyło przesunąć przełącznik elektryczny silnika benzynowego, aby baterie zaczęły się w pełni ładować i doładowywać. W 1918 roku trzykilowatowa instalacja oświetleniowa mogła być napędzana jednocylindrowym silnikiem o mocy 5 koni mechanicznych.
Innym materiałem opracowanym przez Midgleya i Ketteringa o ogromnych konsekwencjach był freon, grupa związków halowęglowych, które zastąpiły toksyczny amoniak i dwutlenek siarki jako czynnik chłodniczy. Sprężarki do lodówek pracujące w oparciu o substancje chemiczne, które były niepalne, nietoksyczne i chemicznie obojętne, zyskały szeroką akceptację, a ich zastosowanie rozszerzyło zakres przechowywania żywności i, poprzez klimatyzację, zwiększyło komfort i czas pracy pracowników.
Patent USA nr 1,886,339 na dichlorodifluorometan, pierwszy freon, został wydany firmie Frigidaire, oddziałowi General Motors kierowanemu przez Ketteringa, 31 grudnia 1928 roku. Firma Dupont podjęła się komercyjnej produkcji freonów, a linia produkcyjna rozrosła się do ponad dwudziestu różnych produktów zróżnicowanych pod względem długości alifatycznego łańcucha węglowego oraz stopnia podstawienia chlorem i fluorem. Ich zastosowanie rozszerzyło się na gazy pędne w aerozolach i inhalatorach. Stosowanie freonów zostało wycofane, ponieważ w latach 70. odkryto, że związki te zubożają ochronną warstwę ozonową Ziemi
Podziękowania
Charles F. Kettering był posiadaczem lub współposiadaczem ponad 300 patentów. Ich szeroki zakres tematyczny obejmuje: motoryzację kasy fiskalnej, elektryczny rozrusznik samochodowy, przenośny generator światła, benzynę ołowiową, czynnik chłodniczy Freon, farbę samochodową, inkubator dla wcześniaków oraz leczenie chorób wenerycznych.
Otrzymał wiele doktoratów honoris causa i stopni naukowych oraz dziesiątki innych cytatów i medali.
Jego nazwisko jest upamiętnione w Charles F. Charlesa F. Ketteringa, Sloan-Kettering Institute for Cancer Research, Charles F. Kettering Memorial Hospital oraz Kettering University.
Roczna nagroda im. Charlesa F. Ketteringa, ustanowiona przez General Motors Cancer Research Foundation, honoruje najwybitniejszy wkład w diagnostykę lub leczenie raka.
Charles F. Kettering otrzymał w 1936 roku Medal Franklina od The Franklin Institute za naukę inżynierii samochodowej.
Credits
Prezentacja Charles F. Kettering jest możliwa dzięki wsparciu The Barra Foundation i Unisys.
Ta strona internetowa jest wysiłkiem wewnętrznego specjalnego zespołu projektowego w Instytucie Franklina, pracującego pod kierunkiem Carol Parssinen, starszej wiceprezes Centrum Innowacji w Nauce oraz Bo Hammer, wiceprezes Centrum Franklina.
Członkami specjalnego zespołu projektowego z działu Technologii Edukacyjnych są:
Karen Elinich, Barbara Holberg, Margaret Ennis i Zach Williams.
Członkami specjalnego zespołu projektowego z działu Kuratorskiego są:
John Alviti.
Członkami Rady Doradczej projektu są:
Ruth Schwartz-Cowan, Leonard Rosenfeld, Nathan Ensmenger i Susan Yoon.
Członkami Rady Doradczej projektu są:
Ruth Schwartz-Cowan, Leonard Rosenfeld, Nathan Ensmenger i Susan Yoon.
.