Co działo się przed silnikiem Benza?

Patent-Motorwagen Karla Benza z 1886 roku przeszedł do historii jako narodziny samochodu; ale droga do tej legendarnego silnika to cała opowieść o determinacji i eksperymentach. Bez wodorowego pojazdu de Rivaza z 1806 roku, podjazdu Samuela Browna z 1826 roku, Hippomobile'a Lenoira i czterosuwowego cykla Otta silnik benzynowy Benza nigdy by nie powstał. Oto historia tego łańcucha od początku do końca.

Jak narodził się pomysł popychania tłoka wybuchem?

Maszyny parowe były na początku XIX wieku wszędzie: napędzały fabryki, statki, a nawet pierwsze pojazdy drogowe. Ale był jeden problem - kocioł parowy był ciężki, a jego nagrzewanie trwało godzinami. A co, gdyby paliwo spalało się nie w kotle na zewnątrz, lecz wewnątrz cylindra? Właśnie z tego pytania narodził się pomysł silnika spalinowego. Chodziło o przeniesienie ognia do samego silnika - jak postawienie kuchenki pod garnkiem zamiast stawiania garnka na kuchence.

Człowiekiem, który po raz pierwszy podszedł do tego pomysłu poważnie, był oficer artylerii François Isaac de Rivaz. Dla kogoś wywodzącego się ze świata broni i prochu strzelniczego pomyśleć, że wybuch może popchnąć tłok, nie było wcale trudne; przecież dokładnie tak działało działo. Silnik, nad którym pracował od 1804 roku, zamontował w 1807 roku w pojeździe i pierwszy w historii pojazd z silnikiem spalinowym przejechał krótki dystans.

Wodór w balonie, zapłon w ogniwie Volty

Silnik de Rivaza zawierał z dzisiejszej perspektywy niesamowicie nowoczesne koncepcje: wodór jako paliwo, iskra elektryczna do zapłonu. Mieszanina wodorowo-tlenowa była przechowywana w balonie, ogniwo Volty wzbudzało iskrę, a tłok wystrzeliwał w górę. Dalszy ciąg był mechanicznie uciążliwy: zawory trzeba było otwierać i zamykać ręcznie, nie było mechanizmu rozrządu. Opadający tłok obracał koła za pośrednictwem systemu kołowrotu z łopatkami.

Ten szwajcarski wynalazca francuskiego pochodzenia otrzymał 30 stycznia 1807 roku w Paryżu patent numer 731; a rejestracji dokonał w kantonie Valais. Jak obsesyjny inżynier kontynuował rozwój i w 1813 roku zbudował gigantyczną maszynę - pojazd o długości sześciu metrów i średnicy dwóch metrów, ważący około jednej tony. W Vevey przejechał 26 metrów po drodze o nachyleniu 9% z ładunkiem 300 kilogramów i czterema pasażerami - prędkość wynosiła 3 km/h. Na każdy suw przesuwał się zaledwie o 4-6 metrów; trudno nie powiedzieć, że idąc pieszo, byłbym szybszy.

Co gorsza, nikt nie traktował go poważnie. Środowiska naukowe tamtych czasów twierdziły, że silnik spalinowy nigdy nie prześcignie silnika parowego. Historia miała okazać, kto miał rację, ale zajęłoby to pół wieku. Drobna uwaga: w tym samym roku, w 1807, bracia Niépce opatentowali Pyreolophore, jednostkę napędzającą łódź strumieniem wody - i do dziś toczy się spór, który projekt był naprawdę pierwszy.

Samuel Brown i upór pod górę: Silnik gazowy z 1826 roku

Kolejny krok przyszedł z Anglii. Inżynier Samuel Brown 4 grudnia 1823 roku uzyskał patent na silnik spalinowy. Jego podejście różniło się od rozwiązania Rivaza: przystosował stary silnik parowy Newcomena do spalania gazu. Jego silnik pracował na wodorze i wykorzystywał oddzielne komory spalania; był to w istocie gazowo-próżniowy typ konstrukcji, oparty w pewnym sensie na próżni.

Prezentacja Browna była jednym z najodważniejszych chwytów marketingowych w historii silników. 27 maja 1826 roku zamontował silnik w wozie i wjechał pod górę Shooter's Hill w Londynie. Choć dziś wygląda to jak zrobienie zdjęcia samochodowi i zatrzymanie się na szczycie, w tamtych czasach był to występ bez żadnego odpowiednika. Niemniej pojazdu Browna nie uznaje się za praktyczny samochód - to była demonstracja, próba dowodu. Ale dowód był kompletny: gdy spalanie zachodzi wewnątrz cylindra, pojazd naprawdę może się poruszać.

Étienne Lenoir: Pierwszy sukces komercyjny i Hippomobile

Od tego momentu sprawy robią się poważne. Belgijsko-francuski inżynier Étienne Lenoir, silnikiem, który rozwijał w latach 1858-1860, stworzył pierwszy komercyjnie udany silnik spalinowy. Był to dwusuwowy silnik gazowy bez sprężania, z zapłonem od świecy, a rok 1860 stał się rokiem, w którym silnik Lenoira uznano za pierwszy silnik spalinowy. W Paryżu istniało realne zapotrzebowanie na te silniki; do 1865 roku sprzedano około 143 silników, a według niektórych szacunków łączna liczba, wraz z silnikami nieprzeznaczonymi do pojazdów, sięga 350-400 - przyczyną różnicy jest to, co się liczy: silniki pojazdów czy wszystkie silniki gazowe Lenoira.

Ale tym, co zapisało Lenoira w historii, nie był tyle silnik, ile pojazd, który nim jeździł. W 1863 roku zaprezentował Hippomobile: trójkołowy pojazd niosący własny silnik. Jego silnik był jednocylindrowy, o pojemności 2543 cm3 i mocy zaledwie 1,5 KM. W pierwszej wersji paliwem był wodorotrwały wytwarzany w drodze elektrolizy wody; później przejściowo zmieniono paliwo na pochodną ropy naftowej i dodano prymitywny gaźnik. Niektórzy uważają go wręcz za pierwszy samochód, choćby kontrowersyjnie. Ta zmiana paliwa niesie ciekawą ironię: pierwsza koncepcja pojazdu wodorowego sięga 1806 roku, Lenoir wraca do paliwa benzynowego, a dziś znów mówi się o silnikach wodorowych - historia czasem zatacza pełne koło.

Problem był jednak jasny od początku: silnik Lenoira był nieefektywny. Brak sprężania oznaczał, że większość paliwa szła na marne - marnowano niemal połowę. Pomyśl tak: idea zapłonu wewnątrz była słuszna, ale przed zapłonem trzeba sprężyć mieszankę - w przeciwnym razie wybuch pozostaje słaby. Człowiek, który miał przekroczyć ten próg, po drugiej stronie, w Kolonii, już rozpoczynał pracę.

Otto i Langen: Rewolucja wydajności i czterosuwowy cykl

W 1864 roku Nicolaus Otto i Eugen Langen założyli w Kolonii N., pierwszą na świecie firmę produkującą silniki spalinowe. A. Otto & Co. Trzy lata później, w 1867 roku, zaprezentowali swój swobodnie tłokowy silnik atmosferyczny. Zasada działania tego silnika była dość sprytna: spalanie wyrzucało tłok w górę, a tłok, opadając pod wpływem efektu podciśnienia, wykonywał pracę. Na Wystawie Światowej w Paryżu w 1867 roku zdobył główną nagrodę i zyskał miano najwydajniejszego silnika gazowego dotychczas skonstruowanego. Był to również pierwszy silnik, który wszedł z powodzeniem do produkcji seryjnej - jeden z wersji o mocy ok. 0,5 KM wciąż działa, co samo w sobie jest inżynierskim triumfem.

Ale Otto miał w głowie większy pomysł. W 1861 roku zbudował swój pierwszy silnik, a pod koniec tego samego roku doszedł do koncepcji cyklu czterosuwowego. W 1876 roku wreszcie zrealizował pierwszy silnik spalinowy sprężający paliwo - cykl, który do dziś nosi jego nazwisko: cykl Otto. Jaka jest różnica? Sprężanie mieszanki wielokrotnie zwiększa siłę wybuchu. Prostą analogią: zamiast lekko napompować balon, napompować go do granic możliwości i go rozerwać. Podczas pierwszych testów silnik psuł się po kilku minutach, a spółka Otto-Langen się rozpadła, ale pomysł się przyjął. Starsze konstrukcje bez sprężania szybko zostały porzucone; problem nieefektywności trwający od czasów Lenoira został rozwiązany.

Delamare-Deboutteville: Wczesne próby, które przeszły na cztery koła

Po 1876 roku przyszła pora na odpowiedni zamontowanie tego silnika w pojeździe. Francuz Édouard Delamare-Deboutteville, studiując w 1881 roku prace Lenoira i Otto, zbudował swój pierwszy czterosuwowy silnik spalinowy. W 1883 roku wraz z Léonem Malandinem opracował silnik spalinowy oparty na czterosuwowym silniku Otto, a w tym samym roku zaprojektował pojazd napędzany benzyną, ze silnikiem spalinowym.

Sprawy nie zawsze szły gładko: podczas pierwszej próby samochód rozpadł się na dwie części - tak, dosłownie. Ale we Francji ten duet jest dziś uznawany za wynalazców pierwszego czterokołowego samochodu. To pokazuje, jak subtelne są spory o pierwszeństwo: między nazwiskiem i patentem a pojawieniem się na rynku i użytecznością istnieje poważna różnica.

Ostatni krok Benza aż do patentu: 1886

Historia Karla Benza właściwie zaczyna się siedem lat przed 1886 rokiem. Jego pierwszy stacjonarny silnik benzynowy był jednocylindrowym silnikiem dwusuwowym i po raz pierwszy zadziałał w sylwestra 1879 roku. Jak narodził się pomysł na benzynę, historia jest tak codzienna, że wręcz idealna: Benz, czyszcząc rękawice, zobaczył, jak miseczka z benzenem zapala się od iskry i pomyślał, że ta lotna ciecz może być użyta jako paliwo. Czyli to on znalazł paliwo, które zapoczątkowało całą epokę.

Dla Benz Patent-Motorwagen 29 stycznia 1886 r. złożono wniosek patentowy na pojazd napędzany silnikiem gazowym i patent uzyskano. Jednocylindrowy czterosuwowy silnik benzynowy generował około 0,55 kW (0,75 KM), a prędkość maksymalna wynosiła 16 km/h. To rewolucja w porównaniu z 3 km/h Rivaza, ale według dzisiejszych standardów nie zapiera dechu w piersiach. prawdziwym tematem nie była prędkość, lecz kombinacja. Lekkie podwozie, mocny ale mały silnik i paliwo na bazie ropy naftowej - oraz wyważenie mocy silnika kołem zamachowym. Kiedy wszystko to się połączyło, narodził się po raz pierwszy użyteczny samochód. Większość historyków uważa ten patent za narodziny samochodu. Wkrótce potem na scenę wkroczył także Gottlieb Daimler; wielu uważa go za pierwszego twórcę praktycznego silnika spalinowego, a w 1889 roku wynalazł widlasty dwucylindrowy czterosuwowy silnik, przenosząc sprawę o krok dalej.

Co widzimy, patrząc na cały łańcuch?

Każde nazwisko niosło część ciężaru: de Rivaz wprowadził ogień do cylindra, Brown udowodnił, że można się poruszać, Lenoir pokazał silnik, który można sprzedawać, Otto rozwiązał kwestię wydajności, Delamare-Deboutteville przeszedł na cztery koła, a Benz połączył wszystko w jednym pojeździe. Każdy z nich zawiódłby w izolacji - choć historia patentu nosi imię jednego wynalazcy, ten silnik był w rzeczywistości owocem zbiorowej pracy osiemdziesięciu lat.

Dlatego następnym razem, gdy przekręcisz kluczyk i usłyszysz, że silnik zaskoczył, zatrzymaj się na chwilę i pomyśl: ten dźwięk to ostatnie ogniwo bardzo długiej historii, która zaczęła się w 1807 roku od balonu z wodorem. Który krok w tym łańcuchu uważacie za najodważniejszy? Moją ulubioną jest historia o tym, jak Benz wyciągnął pomysł na paliwo benzynowe z wypadku z miską benzenu - ale wodorem napędzany pojazd de Rivaza, który nigdy nie został potraktowany poważnie, też na to zasługuje.

Źródła

• Silnik de Rivaza
• Samuel Brown (inżynier)
• Samuel Brown (z Brompton)
• First Auto | Ingenuity - University of Houston
• Hippomobile
• Étienne Lenoir
• Narodziny idei: Etienne Lenoir i silnik spalinowy
• Silnik Otto
• Silnik atmosferyczny Otto-Langen
• Otto (1832) - Energy Kids
• Poprzednicy samochodu
• Delamare-Deboutteville
• Samochód Benz Patent Motor Car
• Replika Benz Patent Motorwagen z 1886 roku
• Benz Patent-Motorwagen
• Historia samochodu - silniki benzynowe