Что происходило до появления двигателя Бенца?

Патент-Моторваген Карла Бенца 1886 года вошёл в историю как рождение автомобиля; но путь к этому легендарному двигателю - это целая история упорства и экспериментов. Без водородного автомобиля де Риваза 1806 года, подъёма в гору Сэмюэла Брауна 1826 года, Hippomobile Ленуара и четырёхтактного цикла Отто бензиновый двигатель Бенца никогда бы не появился. Вот история этой цепи от начала до конца.

Как родилась идея толкать поршень взрывом?

Паровые машины были повсюду в начале XIX века: они приводили в действие фабрики, корабли и даже первые дорожные транспортные средства. Но была проблема - паровой котёл был тяжёлым, а его нагрев занимал часы. А что, если топливо будет сгорать не снаружи в котле, а внутри цилиндра? Именно из этого вопроса и родилась идея двигателя внутреннего сгорания. Иными словами, перенести огонь в сам двигатель - это как вместо того, чтобы ставить кастрюлю на плиту, разместить плиту под кастрюлей.

Первым, кто серьёзно воплотил эту идею, стал артиллерийский офицер Франсуа Исаак де Риваз. Для человека, пришедшего из мира оружия и пороха, было совсем не сложно представить, что взрыв может толкать поршень - ведь пушка работала именно так. Над двигателем, над которым он работал с 1804 года, в 1807 году он установил его на транспортное средство, и первый в истории автомобиль с двигателем внутреннего сгорания проехал небольшое расстояние.

Водород в баллоне, зажигание от гальванического элемента Вольта

Двигатель де Риваза с высоты сегодняшнего дня содержал невероятно современные концепции: водород в качестве топлива, электрическая искра для зажигания. Смесь водорода и кислорода хранилась в баллоне, гальванический элемент Вольта высекал искру, поршень взлетал вверх. Дальше всё было механически трудоёмко: клапаны приходилось открывать и закрывать вручную, механизма синхронизации не было. Опустившийся поршень через систему ворота с лопастями вращал колёса.

Этот швейцарский изобретатель французского происхождения 30 января 1807 года в Париже получил патент номер 731 и также зарегистрировал его в кантоне Вале. Как одержимый инженер, он продолжал разработки и в 1813 году создал огромную машину: длиной шесть метров, с колёсами диаметром два метра, весом около одной тонны . В Веве он проехал 26 метров по дороге с уклоном 9% с грузом 300 килограммов и группой из четырёх пассажиров - скорость составляла 3 км/ч . За каждый такт он продвигался всего на 4-6 метров; невольно скажешь, что я пошёл бы пешком быстрее.

Хуже того, никто не воспринимал его всерьёз. Научные круги того времени утверждали, что двигатель внутреннего сгорания никогда не превзойдёт паровой двигатель. История покажет, кто был прав, но на это понадобилось полвека. Примечание: в том же году, в 1807, братья Ньепс запатентовали Pyreolophore, способный двигать лодку с помощью водяной струи - какой дизайн был действительно первым, до сих пор обсуждается.

Сэмюэл Браун и упорство против подъёма: газовый двигатель 1826 года

Следующий шаг пришёл из Англии. Инженер Сэмюэл Браун 4 декабря 1823 года получил патент на двигатель внутреннего сгорания. Его подход отличался от подхода Риваза: он приспособил старый паровой двигатель Ньюкомена для работы на газовом топливе. Его двигатель работал на водороде и использовал отдельные камеры сгорания; по сути, это был газово-вакуумный тип конструкции, в какой-то мере основанный на вакууме.

Демонстрация Брауна стала одним из самых смелых маркетинговых ходов в истории двигателей. 27 мая 1826 года он установил двигатель на повозку и поднялся в гору на Shooter's Hill в Лондоне. Хотя сегодня это выглядит как фотография машины, остановившейся на вершине, в то время это было выступление, не имевшее аналогов. Тем не менее, транспортное средство Брауна нельзя считать практичным автомобилем - это была демонстрация, попытка доказательства. Но доказательство было завершено: когда сгорание происходит внутри цилиндра, транспортное средство действительно может двигаться.

Этьен Ленуар: первый коммерческий успех и Hippomobile

С этого момента дела становятся серьёзными. Бельгийско-французский инженер Этьен Ленуар создал первый двигатель внутреннего сгорания, достигший коммерческого успеха, с двигателем, который он разработал в 1858-1860 годах. Это был двухтактный газовый двигатель без сжатия, с зажиганием от свечи, и 1860 год стал годом, когда двигатель Ленуара был назван первым двигателем внутреннего сгорания. В Париже на эти двигатели был реальный спрос; к 1865 году было продано около 143 двигателей, а по некоторым подсчётам общее число с учётом двигателей, не предназначенных для транспортных средств, достигает 350-400 - причина разницы в том, что считается: двигатели для транспортных средств или все газовые двигатели Ленуара.

Но то, что вписало Ленуара в историю, было не столько двигателем, сколько транспортным средством, на котором ездили. В 1863 году он представил Hippomobile: трёхколёсное транспортное средство, несущее собственный двигатель. Его двигатель был одноцилиндровым, объёмом 2543 см3 и мощностью всего 1,5 л.с. Первая версия работала на водороде, полученном путём электролиза воды; затем перешли на нефтяное топливо и добавили примитивный карбюратор. Его даже считают, пусть и спорно, первым автомобилем. Между тем, смена топлива - интересная ирония: идея первого водородного автомобиля восходит к 1806 году, Ленуар затем возвращается к бензиновому топливу, а сегодня водородные двигатели снова обсуждаются - история иногда описывает полный круг.

Проблема же была очевидна с самого начала: двигатель Ленуара был неэффективен. Из-за отсутствия сжатия большая часть топлива расходовалась впустую, терялось почти наполовину. Подумайте так: идея внутреннего зажигания была верной, но перед зажиганием необходимо сжать смесь - иначе взрыв остаётся слабым. Человек, который преодолеет этот порог, уже начал работать по другую сторону, в Кёльне.

Отто и Ланген: революция эффективности и четырёхтактный цикл

В 1864 году Николаус Отто и Ойген Ланген основали в Кёльне N. A. Otto & Co. - первую в мире компанию по производству двигателей внутреннего сгорания. Три года спустя, в 1867 году, они представили свой свободнопоршневой атмосферный двигатель. Принцип его работы был довольно остроумным: сгорание подбрасывало поршень вверх, а затем поршень под действием вакуума опускался вниз, совершая полезную работу. На Всемирной выставке 1867 года в Париже он получил большую премию и заслужил звание самого эффективного газового двигателя на тот момент. Кроме того, это был первый двигатель, успешно запущенный в серийное производство - один из его вариантов мощностью около 0,5 л.с. до сих пор находится в рабочем состоянии, что само по себе является инженерной победой.

Но у Отто в голове была идея побольше. В 1861 году он построил свой первый двигатель, а к концу того же года пришёл к идее четырёхтактного цикла. В 1876 году он наконец создал первый двигатель внутреннего сгорания со сжатием топлива - цикл Отто, который до сих пор носит его имя. В чём разница? Сжатие смеси многократно увеличивает силу взрыва. Простая аналогия: это как не просто слегка надуть воздушный шарик, а надуть его до конца и взорвать. В первых испытаниях двигатель сломался через несколько минут, и партнёрство Отто-Лангена распалось, но идея прижилась. Старые конструкции без сжатия были быстро оставлены; проблема низкой эффективности, тянущаяся со времён Ленуара, была решена.

Деламар-Дебутвиль: ранние попытки, вставшие на четыре колеса

После 1876 года настала очередь должным образом установить этот двигатель на транспортное средство. Француз Эдуар Деламар-Дебутвиль, изучив в 1881 году работы Ленуара и Отто, создал свой первый четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания. В 1883 году вместе с Леоном Маланденом он разработал двигатель внутреннего сгорания на основе четырёхтактного двигателя Отто, а в том же году спроектировал транспортное средство с бензиновым двигателем внутреннего сгорания.

Дело не всегда шло гладко: при первой попытке автомобиль развалился на две части - да, буквально. Но во Франции эту пару сегодня называют изобретателями первого четырёхколёсного автомобиля. Это показывает, насколько тонкими бывают споры о первенстве: между именем и патентом и выходом в свет в пригодном к использованию виде есть серьёзная разница.

Последний шаг Бенца к патенту: 1886

История Карла Бенца на самом деле начинается за семь лет до 1886 года. Его первый стационарный бензиновый двигатель был одноцилиндровым двухтактным мотором, который впервые в канун Нового 1879 года заработал. Что касается того, как родилась идея использовать бензин, то история настолько обыденная, что просто идеальна: чистя перчатки, Бенц увидел, как чашка с бензолом вспыхнула от искры, и подумал, что эту летучую жидкость можно использовать в качестве топлива. Выходит, кухонная случайность нашла топливо, запустившее эпоху автомобилей.

На Benz Patent-Motorwagen для 29 января 1886 года была подана и получена патентная заявка на транспортное средство с газовым двигателем. Одноцилиндровый четырёхтактный бензиновый двигатель выдавал около 0,55 кВт (0,75 л.с.), максимальная скорость 16 км/ч была. Цифры были революционными по сравнению с 3 км/ч у де Риваза, но по сегодняшним меркам не впечатляют; дело было не в скорости, а в комбинации. Лёгкое шасси, мощный, но компактный двигатель и топливо на основе бензина - а также балансировка мощности двигателя с маховиком. Всё это вместе впервые дало пригодный к использованию автомобиль. Большинство историков считают этот патент рождением автомобиля. Вскоре на сцену вышел Готлиб Даймлер; многие считают его первым, кто создал практичный двигатель внутреннего сгорания, а в 1889 году он изобрёл V-образный двухцилиндровый четырёхтактный двигатель, сделав ещё один шаг вперёд.

Что мы видим, если взглянуть на всю цепочку?

Каждое имя несло свой груз: де Риваз ввёл огонь в цилиндр, Браун доказал, что движение возможно, Ленуар показал продаваемый двигатель, Отто решил проблему эффективности, Деламар-Дебуттевиль перешёл на четыре колеса, а Бенц собрал всё воедино в одном транспортном средстве. Каждый из них потерпел бы неудачу в отсутствие других - даже если патент носит имя одного изобретателя, этот двигатель на самом деле стал плодом восьмидесяти лет коллективного труда.

Поэтому в следующий раз, когда вы повернёте ключ и услышите, как заводится двигатель, остановитесь на секунду и подумайте: этот звук - последнее звено очень долгой истории, начавшейся в 1807 году с водородного шара. Какой шаг в этой цепочке вы считаете самым смелым? Мой фаворит - как Бенц вывел идею бензинового топлива из случайной чаши с бензолом - но нельзя не отдать должное и водородному автомобилю де Риваза, который так и не получил серьёзного признания.

Источники

• Двигатель де Риваза
• Сэмюэл Браун (инженер)
• Сэмюэл Браун (из Бромптона)
• First Auto | Engines of Our Ingenuity - Университет Хьюстона
• Hippomobile
• Этьен Ленуар
• Рождение идеи: Этьен Ленуар и двигатель внутреннего сгорания
• Двигатель Отто
• Атмосферный двигатель Отто-Лангена
• Отто (1832) - Energy Kids
• Предшественники автомобиля
• Деламар-Дебутвиль
• Benz Patent Motor Car
• Реплика Benz Patent Motorwagen 1886 года
• Benz Patent-Motorwagen
• История автомобиля - бензиновые двигатели