Первый автомобиль был не бензиновым, а работал на водороде
Поделиться этой страницей
Если вы думаете, что первым топливом автомобиля был бензин, то вы ошибаетесь: первый в истории двигатель внутреннего сгорания 1806 работал на смеси водорода и кислорода. То есть предшественником бензинового автомобиля была та самая технология, которую мы сегодня называем водородным автомобилем. Эта история,stretching от швейцарского изобретателя Франсуа Исаака де Риваза до Сэмюэла Брауна, от Этьена Ленуара до Карла Бенца, - одна из наименее известных, но самых удивительных глав истории автомобилеcтроения.
Основные моменты
- Первый двигатель внутреннего сгорания 1806 работал на водороде; патент 30 января 1807 был получен
- Сэмюэл Браун, 27 мая 1826 на своём газовом автомобиле поднялся на Shooter's Hill
- Hippomobile Этьена Ленуара на водороде, полученном электролизом, проехал из Парижа в Joinville-le-Pont(1863)
- Benz Patent-Motorwagen был запатентован лишь 29 января 1886- то есть примерно на 80 лет позже
Когда и на чём впервые работал двигатель внутреннего сгорания?
Ответ ясен: 1806 и на смеси водорода и кислорода. В том году уроженец Парижа, швейцарский артиллерийский офицер Франсуа Исаак де Риваз начал экспериментировать с двигателем, в котором воспламенение взрывоопасной топливной смеси в цилиндре толкало поршень. Именно это и есть ядро принципа работы наших современных двигателей - сожги топливо в цилиндре, толкни поршень. Более того, в двигателе де Риваза было даже воспламенение от искры, то есть обе ключевые особенности современного бензинового двигателя уже присутствовали в этом первом проекте.
Откуда пришла идея? Из армии. Как артиллерийский офицер, он был хорошо знаком со взрывчатыми веществами, и этот опыт подтолкнул его к странному, но блестящему вопросу: вместо пара нельзя ли толкать поршень непосредственно взрывом? он начал эксперименты со взрывами в цилиндре и вскоре создал работающий двигатель. В
Как работал водородный автомобиль де Риваза?
Вот здесь всё становится по-настоящему интересно. Двигатель работал на смеси водорода и кислорода, воспламеняемой в цилиндре. Сжатый водород хранился в баллоне, а кислород подавался через отдельный впуск воздуха. Воспламенение? Электрическая искра вызывалась нажатием внешней кнопки - с помощью вольтова столба. То есть водитель запускал каждый рабочий такт собственной рукой. У двигателя не было механизма газораспределения; и подача топлива, и воспламенение были полностью ручными. Только представьте: ехать на машине, нажимая кнопку на каждый такт поршня. Спортзал и шофёрская работа в одном флаконе, но технически - настоящий двигатель внутреннего сгорания.
Передача мощности тоже была совершенно иной. Взрыв толкал поршень вверх в вертикальном цилиндре, а затем тяжёлый поршень под собственным весом опускался вниз и через систему защёлок, с помощью схемы шкив-обод и канатов, вращал передние колёса автомобиля. Звучит странно, но это работало.
30 января 1807 в Париже был получен патент № 731; патентное ведомство кантона Вале в Швейцарии это подтвердило. В том же году де Риваз установил свой экспериментальный двигатель на повозку и смог проехать небольшое расстояние - первое транспортное средство, двигавшееся с помощью двигателя внутреннего сгорания, официально вышло на дороги.
Гигант 1813 года: grand char mécanique
Де Риваз не остановился и в 1813'де построил гораздо более крупный транспортное средство: 6 метров в длину, с колёсами диаметром 2 метра, весом около 1 тонны . Его цилиндр имел 1,5 метра, ход поршня - 97 см . Топливная смесь состояла примерно из 2 литров каменноугольного газа и 10–12 литров воздуха. При каждом ходе поршня транспортное средство продвигалось на 4–6 метров.
Показатели? В швейцарском городе Веве этот гигантский аппарат на дороге с уклоном ~9% перевёз 300 кг камней и дерева плюс четырёх человек на 26 метров вперёд - со скоростью 3 км/ч . Быстрым это не назовёшь, но это было транспортное средство, везущее груз и движущееся на собственной тяге, а это уже тогда было достижением.
К сожалению, убедить удалось не всех. Французская академия наук утверждала, что двигатель внутреннего сгорания никогда не достигнет производительности парового двигателя. Если оглянуться назад, насколько же ошибочным оказалось это предположение, не так ли?
А было ли оно первым? Вопрос Pyreolophore
Если быть честными, титул «первого двигателя внутреннего сгорания» до сих пор оспаривается. Французские братья Нисефор и Клод Ньепс в 1807 году разработали свой двигатель под названием Pyreolophore, приводивший в движение лодку за счёт реакции водяной струи, и 20 июля 1807 года получили на него патент. Патент же де Риваза датирован 30 января 1807 года - то есть на несколько месяцев раньше. Поскольку обе конструкции работали по разным принципам, вопрос «какая из них действительно первая» зависит от определения. Но то, что первым двигателем, который перемещал транспортное средство по дороге, был именно двигатель де Риваза, - это несомненно.
Сэмюэл Браун и подъём на Shooter's Hill (1826)
Английский инженер Сэмюэл Браун в период 1825–1835 годов разработал первый газовый двигатель, безусловно реально работавший и добившийся механического успеха. Звёздным же моментом стало 27 мая 1826 года: Браун подключил свой двигатель к транспортному средству и поднялся на Shooter's Hill к юго-востоку от Лондона. Подъём - самое беспощадное испытание для транспортного средства; это восхождение завершилось к большой радости многочисленных зрителей.
Характеристики двигателя также впечатляют: 4 л.с. мощности, 2 цилиндра, атмосферный газовый принцип работы и объём 89 литров . Да, именно 89 литров - мы даже не говорим об объёме наших нынешних двигателей. Заметим: хотя Браун прославился именно этим испытанием транспортного средства, известно, что газово-вакуумный двигатель в более позднем проекте работал на каменноугольном газе вместо водорода и использовался для целей откачки. Кроме того, говорят, что Браун адаптировал старый паровой двигатель Ньюкомена под сжигание газа - то есть связь между водородными первопроходцами и эпохой пара видна и здесь.
Hippomobile Ленуара: поездки на водороде по Парижу
Настала очередь, пожалуй, самой колоритной фигуры этой истории: бельгийского по происхождению инженера Жан-Жозефа-Этьена Ленуара. В 1860 году он получил в парижском Conservatoire National des Arts et Métiers патент на двигатель с воздухом, расширяющимся при сгорании газа. А в 1863 году он построил трёхколёсный Hippomobile- названный в честь конного экипажа, этот аппарат нёс на себе собственный двигатель внутреннего сгорания.
И вот снова водород: Hippomobile имел одноцилиндровый двигатель, работавший на водороде, полученном путём электролиза воды. Двигатель работал на естественных циклах. Иными словами, Ленуар сам разлагал воду электричеством и сам производил своё топливо. Идея, которую сегодня называют зелёным водородом, уже колесила по улицам Парижа в 1863 году.
В сентябре 1863 года Ленуар совершил поездку протяжённостью около 10 километров из своей мастерской на улице Рю-де-ла-Рокет. Позднее он проехал туда и обратно из Парижа в Жуанвиль-ле-Пон, 11 км путь; каждый сегмент занял примерно 90 минут а максимальная скорость составляла около ~9 км/ч . Другой расчёт указывает расстояние 11 миль и время 3 часа; разница, вероятно, связана с различиями маршрута и измерений, но результат не меняется: транспортное средство двигалось медленнее средней скорости пешехода. И всё же колёса вращались, и двигатель делал это на собственном топливе. Ленуар спустя годы рассказывал, что использовал свой двигатель, чтобы многократно гонять фермерскую повозку до Жуанвиль-ле-Пон и обратно. Он также адаптировал свой двигатель для различных газов, таких как угольный газ, и всего было произведено и продано около 350–400 газовых двигателей Ленуара - то есть впервые был достигнут и настоящий коммерческий успех.
Первопроходцы бок о бок: кто, когда, на чём?
| Первопроходец | Год | Топливо | Главное достижение |
|---|---|---|---|
| François Isaac de Rivaz | 1806–1807 | Смесь водорода и кислорода | Первый двигатель внутреннего сгорания, первый патент, первая поездка на транспортном средстве |
| Samuel Brown | 1826 | Газ | Подъём на Shooter's Hill |
| Étienne Lenoir | 1863 | Водород, полученный электролизом | Поездка Париж – Жуанвиль-ле-Пон, серийное производство двигателей |
| Karl Benz | 1885–1886 | Бензин | Патент, положивший начало эпохе современного автомобиля |
Как Карл Бенц пришёл к водородному наследию?
Но как после 80 лет пути водорода бензин стал королём? Ответ состоит из нескольких частей. Сначала нужно было подготовить почву: В 1876 году Никола Отто, вдохновившись ограничениями паровых двигателей, создал первый успешный четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания. Двигатель Ленуара - двухтактный, с электрическим искровым зажиганием, который он изобрёл в период 1858–1860 годов и запатентовал в 1860
году, - также был ключевым звеном этой цепи. Бенц благодаря коммерческому успеху своих двигателей смог уделять больше времени мечте о лёгком автомобиле, работающем на бензине. Результат: патент, полученный 29 января 1886 года в Мангейме на трёхколёсный Benz Patent-Motorwagen - в документе он значится как транспортное средство, работающее на газовом двигателе. И с тем, как Бенц, и Готлиб Даймлер начали производить чрезвычайно успешные и практичные бензиновые автомобили, началась эпоха современного автомобиля; поэтому Бенц обычно считается изобретателем автомобиля.
Но не будем забывать: даже собственная историческая страница Mercedes-Benz называет и таких пионеров, как Риваз, Ленуар и австриец Зигфрид Маркус, отмечая, что одни из них остались лишь на бумаге, а другие представляли собой небольшие аппараты, не способные перевозить людей. Преимущество Бенца заключалось в том, что водородные конструкции были непрактичны, а бензиновые автомобили с циклом Отто завладели коммерческой сферой. Ещё одна техническая причина: большинство ранних двигателей, как и паровая машина, работали по атмосферному принципу - то есть взрыв не создавал тягу напрямую, а образовывал вакуум, который тянул поршень вниз. Система Бенца была эффективнее.
Коронация бензина тоже произошла не за одну ночь. Бензин стал считаться ценным топливом лишь в 1892 году с изобретением автомобиля. В период 1900–1910 годов изобретение распылительного карбюратора открыло путь к использованию неочищенного бензина в автомобилях. А к 1920 году на дорогах было уже 9 миллионов бензиновых автомобилей. 80-летнее преимущество водорода было упущено в пользу бензина.
Возвращается ли водород сегодня?
Самое прекрасное в этой истории то, что она не окончена. Водородный двигатель внутреннего сгорания до сих пор разрабатывается, и многие источники сходятся в том, что заслуга изобретения этого двигателя принадлежит де Ривазу. Британский гигант строительной техники JCB заявляет, что является первой компанией в отрасли, разработавшей полностью функциональный двигатель на водороде, и сообщает, что в рамках проекта стоимостью с 150 инженерами в 100 миллионов фунтов стерлингов провела более 50 000 часов испытаний.
Есть движение и на фронте топливных элементов. Рынок современных водородных автомобилей по состоянию на 2025 год оценивается в 8,31 миллиарда долларов и на ближайшие пять лет прогнозируется ежегодный рост около 20%. Такие модели, как Toyota Mirai, Hyundai Nexo и Honda FCX Clarity, продавались на отдельных рынках; стоимость топливных элементов с 2002 года также снизилась на 80%. Так что идея де Риваза 1806 года спустя два столетия вновь на столе - на этот раз с куда более серьёзными бюджетами.
Корни бензинового двигателя уходят в водород: последнее слово
Если в следующем автомобильном разговоре кто-то скажет, что автомобиль родился на бензине, у вас теперь есть ещё один козырь: двигатель автомобиля родился на водороде, а на бензин переехал лишь десятилетия спустя. Та идея, рождённая из опыта де Риваза с артиллерийским деле, - с кнопками, воздушным шаром и тяжёлым поршнем - была слабой, но настоящей; Браун заставил её подниматься в гору, Ленуар прокатил её по улицам Парижа, а Бенц с помощью бензина превратил её в индустрию. История порой делает круг - и этот круг, возможно, завершается там же, где начался. Как вам что интереснее: то, что история, начавшаяся с водорода, свернула к бензину, или то, что она возвращается к водороду вновь?