เกิดอะไรขึ้นก่อนเครื่องยนต์ของ Benz?

รถ Patent-Motorwagen ของ Karl Benz ในปี 1886 ถูกบันทึกไว้ในประวัติศาสตร์ว่าเป็นจุดกำเนิดของยานยนต์; แต่เส้นทางสู่เครื่องยนต์ในตำนานนั้นคือเรื่องราวของความมุ่งมั่นและการทดลองอย่างแท้จริง หากปราศจากรถพลังงานไฮโดรเจนของ de Rivaz ในปี 1806, การขึ้นทางชันของ Samuel Brown ในปี 1826, Hippomobile ของ Lenoir และวัฏจักรสี่จังหวะของ Otto แล้ว เครื่องยนต์เบนซินของ Benz ก็คงไม่มีวันเกิดขึ้น นี่คือเรื่องราวของห่วงโซ่นั้นตั้งแต่ต้นจนจบ

แนวคิดการผลักลูกสูบด้วยการระเบิดเกิดขึ้นได้อย่างไร?

เครื่องจักรไอน้ำมีอยู่ทุกหนทุกแห่งในต้นคริสต์ศตวรรษที่ 19: มันขับเคลื่อนโรงงาน เรือ และแม้กระทั่งยานพาหนะทางถนนยุคแรกๆ แต่ก็มีปัญหาอยู่ - หม้อไอน้ำมีน้ำหนักมากและใช้เวลาหลายชั่วโมงในการให้ความร้อน แล้วถ้าเชื้อเพลิงเผาไหม้ภายในกระบอกสูบแทนที่จะอยู่ภายนอกในหม้อไอน้ำล่ะ? แนวคิดของเครื่องยนต์สันดาปภายในเกิดขึ้นจากคำถามนี้โดยตรง นั่นคือการย้ายไฟเข้าไปในตัวเครื่องยนต์เอง เปรียบเสมือนการวางเตาไว้ใต้หม้อแทนที่จะวางหม้อลงบนเตา บุคคลแรกที่นำแนวคิดนี้มาปฏิบัติอย่างจริงจังคือนายทหารปืนใหญ่ François Isaac de Rivaz

สำหรับคนที่มาจากโลกของอาวุธและดินปืน การคิดว่าการระเบิดสามารถผลักลูกสูบได้ไม่ใช่เรื่องยากเลย; ปืนใหญ่ก็ทำงานบนหลักการนี้อยู่แล้ว อย่างไรก็ตาม ปืนใหญ่ก็ทำงานในลักษณะนี้อยู่แล้ว ตั้งแต่ปี 1804 เขาได้พัฒนาเครื่องยนต์ที่คิดค้นขึ้น และในปี 1807 ก็ติดตั้งเครื่องยนต์นั้นลงบนยานพาหนะ ทำให้ยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายในคันแรกในประวัติศาสตร์ได้เคลื่อนที่ไปได้เป็นระยะทางสั้น ๆ

เครื่องยนต์ของ De Rivaz ในมุมมองของปัจจุบัน มีแนวคิดที่ทันสมัยอย่างน่าทึ่ง:

ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง ประกายไฟฟ้าสำหรับการจุดระเบิด ส่วนผสมของไฮโดรเจน-ออกซิเจนถูกเก็บไว้ในบอลลูน แบตเตอรี่ Volta สร้างประกายไฟ และลูกสูบพุ่งขึ้น แต่หลังจากนั้นก็ยุ่งยากในเชิงกลไก: ลูกสูบจะต้องเปิดและปิดด้วยมือ เนื่องจากไม่มีกลไกจับเวลา ลูกสูบที่ลงมาหมุนล้อผ่านระบบรอกที่มีแขนโยก ลูกสูบที่เคลื่อนลงหมุนล้อผ่านระบบรอกที่มีใบพัด

นักประดิษฐ์ชาวสวิสเชื้อสายฝรั่งเศสคนนี้ได้รับ สิทธิบัตรหมายเลข 731 ที่ปารีสในวันที่ 30 มกราคม 1807 เขายังจดทะเบียนในรัฐวาเลส์อีกด้วย เขาพัฒนาต่อไปอย่างหมกมุ่นเหมือนวิศวกรที่ติดใจ และในปี 1813 ก็สร้างเครื่องจักรขนาดมหึมาขึ้น: ยานพาหนะยาวหกเมตร ล้อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางสองเมตร น้ำหนักประมาณ หนึ่งตัน ที่เมืองเวเว่ เครื่องจักรวิ่งไปได้ 26 เมตรบนถนนที่มีความชัน 9% พร้อมบรรทุกน้ำหนัก 300 กิโลกรัมและผู้โดยสารสี่คน - ความเร็วอยู่ที่ 3 กม./ชม. ไม่มีทางที่จะไม่พูดว่าถ้าลงจากรถเดินไปจะเร็วกว่านี้ ที่แย่กว่านั้นคือ ไม่มีใครใส่ใจเขาเลย

ที่แย่กว่านั้นคือ ไม่มีใครเอาจริงกับเขาเลย วงการวิทยาศาสตร์ในยุคนั้นถกเถียงกันว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในจะไม่มีวันเอาชนะเครื่องจักรไอน้ำได้ ประวัติศาสตร์จะเป็นฝ่ายพิสูจน์ว่าใครถูกต้อง แต่มันต้องใช้เวลาครึ่งศตวรรษ หมายเหตุหนึ่ง: ในปีเดียวกันนั้นเอง ปี 1807 พี่น้อง Niépce ได้จดสิทธิบัตร Pyreolophore ซึ่งเป็นเรือที่ขับเคลื่อนด้วยลำน้ำ - ว่าดีไซน์ใดกันแน่ที่เป็น "จริงๆ คันแรก" ยังเป็นที่ถกเถียงถึงปัจจุบัน

Samuel Brown และความดื้อรั้นเผชิญชัน: เครื่องยนต์แก๊สปี 1826

ก้าวต่อไปมาจากอังกฤษ วิศวกร Samuel Brown ได้รับสิทธิบัตรสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในเมื่อวันที่ 4 ธันวาคม 1823 แนวทางของเขาแตกต่างจาก Rivaz: เขาดัดแปลงเครื่องจักรไอน้ำ Newcomen เก่าให้เผาแก๊สแทน เครื่องยนต์ของเขาทำงานด้วยไฮโดรเจนและใช้ห้องเผาไหม้แยกกัน; โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นดีไซน์แบบแก๊ส-สุญญากาศ ที่พึ่งพาสุญญากาศในแง่หนึ่ง

การสาธิตของ Brown เป็นหนึ่งในกลยุทธ์การตลาดที่กล้าหาญที่สุดในประวัติศาสตร์เครื่องยนต์ ในวันที่ 27 พฤษภาคม 1826 เขาติดตั้งเครื่องยนต์ลงบนรถเก๋งและขึ้นเนิน Shooter's Hill ในลอนดอน แม้ว่าวันนี้จะดูเหมือนแค่ถ่ายรูปรถแล้วจอดไว้บนยอดเนิน แต่ในสมัยนั้นมันคือสมรรถนะที่ไม่มีอะไรเทียบเท่า อย่างไรก็ตาม ยานพาหนะของ Brown ไม่ถูกนับว่าเป็นรถยนต์ใช้งานจริง - มันเป็นการสาธิต การพยายามพิสูจน์ แต่หลักฐานก็ครบถ้วนแล้ว: เมื่อการเผาไหม้เกิดขึ้นภายในกระบอกสูบ ยานพาหนะก็สามารถเคลื่อนที่ได้จริง

Étienne Lenoir: ความสำเร็จเชิงพาณิชย์ครั้งแรกและ Hippomobile

จากจุดนี้เป็นต้นไป ทุกอย่างเริ่มจริงจัง วิศวกรชาวเบลเยียม-ฝรั่งเศส Étienne Lenoir ได้สร้างเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ประสบความสำเร็จเชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรก ด้วยเครื่องยนต์ที่เขาพัฒนาระหว่างปี 1858-1860 มันเป็นเครื่องยนต์แก๊สสองจังหวะที่ไม่มีการอัดอากาศ จุดระเบิดด้วยหัวเทียน และปี 1860 คือปีที่เครื่องยนต์ของ Lenoir ถูกเรียกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในเครื่องแรก ในปารีส มีความต้องการเครื่องยนต์เหล่านี้อย่างแท้จริง; ถึงปี 1865 มีการขายเครื่องยนต์ประมาณ 143 เครื่อง บางการคำนวณระบุตัวเลขรวมสูงถึง 350-400 เครื่องเมื่อรวมเครื่องยนต์ที่ไม่ได้ใช้ในยานพาหนะด้วย - สาเหตุของความแตกต่างคืออะไรถูกนับ: เครื่องยนต์สำหรับยานพาหนะ หรือเครื่องยนต์แก๊ส Lenoir ทั้งหมด

แต่สิ่งที่ทำให้ Lenoir ถูกจารึกในประวัติศาสตร์ไม่ใช่เครื่องยนต์ แต่เป็นยานพาหนะที่บรรทุกเครื่องยนต์นั้น ในปี 1863 เขาได้เปิดตัว Hippomobile: ยานพาหนะสามล้อที่ขนเครื่องยนต์ของตัวเอง เครื่องยนต์มีกระบอกสูบเดียว ความจุ 2543 ซีซี และกำลังเพียง 1.5 แรงม้า ในเวอร์ชันแรก เชื้อเพลิงคือไฮโดรเจนที่ผลิตจากการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า; ต่อมาได้เปลี่ยนไปใช้เชื้อเพลิงจากปิโตรเลียมและเพิ่มคาร์บูเรเตอร์อย่างง่าย ในความเป็นจริง มันถูกนับว่าเป็นรถยนต์คันแรก แม้จะเป็นที่ถกเถียงก็ตาม ในขณะเดียวกัน การเปลี่ยนเชื้อเพลิงก็เป็นความน่าขันอย่างหนึ่ง: แนวคิดยานพาหนะไฮโดรเจนคันแรกย้อนไปถึงปี 1806 Lenoir ต่อมาหันไปใช้เชื้อเพลิงเบนซิน และวันนี้เครื่องยนต์ไฮโดรเจนกำลังถูกพูดถึงอีกครั้ง - บางครั้งประวัติศาสตร์ก็วนเป็นวงกลมเต็มวง

แต่ปัญหานั้นเห็นได้ชัดตั้งแต่ต้น: เครื่องยนต์ของ Lenoir มีประสิทธิภาพต่ำ เนื่องจากไม่มีการอัดอากาศ เชื้อเพลิงส่วนใหญ่จึงสูญเปล่า แทบจะสิ้นเปลืองไปครึ่งหนึ่ง ลองคิดดูแบบนี้: แนวคิดการจุดระเบิดภายในนั้นถูกต้อง แต่ต้องอัดส่วนผสมก่อนการจุดระเบิด - มิฉะนั้นการระเบิดจะขาดพลัง และคนที่จะข้ามเส้นแบ่งนี้ได้ ได้เริ่มทำงานอยู่อีกฝั่งแล้ว ที่โคโลญ

Otto และ Langen: การปฏิวัติประสิทธิภาพและวัฏจักรสี่จังหวะ

ในปี 1864 Nicolaus Otto และ Eugen Langen ได้ก่อตั้งบริษัท N. A. Otto & Co. ซึ่งเป็นบริษัทเครื่องยนต์สันดาปภายในแห่งแรกของโลกที่เมืองโคโลญ สามปีต่อมาในปี 1867 พวกเขาเปิดตัวเครื่องยนต์บรรยากาศแบบลูกสูบอิสระของตน หลักการทำงานของเครื่องยนต์นี้ชาญฉลาดอย่างมาก: การเผาไหม้ทำให้ลูกสูบพุ่งขึ้นด้านบน จากนั้นลูกสูบจะลงมาพร้อมทำงานด้วยแรงดูดของสุญญากาศ มันคว้ารางวัลใหญ่ที่งาน World Exhibition ปี 1867 ที่ปารีส และคว้าตำแหน่งเครื่องยนต์ก๊าซที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในยุคนั้น นอกจากนี้ยังเป็นเครื่องยนต์แรกที่ผลิตแบบอนุกรมได้สำเร็จ - หนึ่งในรุ่นที่มีกำลังประมาณ 0.5 hp ยังทำงานได้จนถึงทุกวันนี้ ซึ่งถือเป็นชัยชนะทางวิศวกรรมที่น่าทึ่งในตัวเอง

แต่ในใจของ Otto มีไอเดียที่ยิ่งใหญ่กว่านั้น เขาสร้างเครื่องยนต์แรกในปี 1861 และเมื่อสิ้นปีนั้นก็มาถึงแนวคิดของวงจรสี่จังหวะ ในปี 1876 เขาในที่สุดก็สร้างเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบอัดเชื้อเพลิงเครื่องแรกได้สำเร็จ - นั่นคือ Otto cycle ที่ยังคงถูกเรียกชื่อตามเขาจนถึงปัจจุบัน ความแตกต่างคืออะไร? การอัดส่วนผสมจะเพิ่มพลังของการระเบิดเป็นหลายเท่า ด้วยการเปรียบเทียบง่าย ๆ: เหมือนกับที่จะเป่าลูกโป่งเบา ๆ ลูกหนึ่ง กลับเป่าจนเต็มที่แล้วทำให้มันระเบิด ในการทดสอบครั้งแรกเครื่องยนต์พังหลังจากนั้นไม่กี่นาที และหุ้นส่วน Otto-Langen ก็แตกสลาย แต่ไอเดียนั้นได้รับการยอมรับแล้ว การออกแบบแบบเก่าที่ไม่มีการอัดถูกทิ้งไปอย่างรวดเร็ว ปัญหาความไม่มีประสิทธิภาพที่ดำเนินมาตั้งแต่ Lenoir ก็ได้รับการแก้ไขแล้ว

Delamare-Deboutteville: ความพยายามยุคแรกที่ก้าวสู่สี่ล้อ

หลังปี 1876 ก็ถึงตาของการติดตั้งเครื่องยนต์นี้ลงบนยานพาหนะอย่างเหมาะสม Édouard Delamare-Deboutteville ชาวฝรั่งเศส ได้ศึกษาผลงานของ Lenoir และ Otto ในปี 1881 แล้วสร้างเครื่องยนต์สันดาปภายในสี่จังหวะเครื่องแรกของเขา ในปี 1883 เขาได้พัฒนาเครื่องยนต์สันดาปโดยอิงจากเครื่องยนต์สี่จังหวะของ Otto ร่วมกับ Léon Malandin และในปีเดียวกันก็ออกแบบยานพาหนะที่ใช้เบนซินและเครื่องยนต์สันดาปภายใน

ทุกอย่างไม่ได้ราบรื่นเสมอไป: ในการทดลองครั้งแรกรถแตกเป็นสองท่อน - ใช่แล้ว แบบตรงตัวเลย แต่คู่หูคนนี้ในฝรั่งเศสได้รับการยกย่องในวันนี้ในฐานะผู้ประดิษฐ์รถยนต์สี่ล้อคันแรก นี่แสดงให้เห็นว่าการถกเถียงเรื่องความเป็นผู้บุกเบิกมีความละเอียดอ่อนเพียงใด: มีความแตกต่างอย่างมากระหว่างชื่อและสิทธิบัตร กับการปรากฏสู่สายตาสาธารณะและกลายเป็นสิ่งที่ใช้งานได้จริง

ก้าวสุดท้ายของ Benz ที่นำไปสู่สิทธิบัตร: 1886

เรื่องราวของ Karl Benz จริง ๆ แล้วเริ่มต้นเจ็ดปีก่อนปี 1886 เครื่องยนต์เบนซินแบบคงที่เครื่องแรกของเขาเป็นเครื่องยนต์สองจังหวะหนึ่งกระบอกสูบ และทำงานเป็นครั้งแรกใน วันสิ้นปี 1879 ส่วนแนวคิดเรื่องเบนซินเกิดขึ้นอย่างไร เรื่องราวนั้นธรรมดาจนน่าขนลุก: เมื่อ Benz กำลังทำความสะอาดถุงมือและเห็นชามเบนซีนลุกติดไฟจากประกายไฟ เขาจึงคิดว่าของเหลวระเหยง่ายชนิดนี้สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ อุบัติเหตุในครัวหนึ่งครั้ง จึงเป็นการค้นพบเชื้อเพลิงที่จุดประกายยุคแห่งรถยนต์

ยื่นคำขอและได้รับสิทธิบัตรสำหรับยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ก๊าซสำหรับ Benz Patent-Motorwagen เมื่อ 29 มกราคม 1886 เครื่องยนต์เบนซินสี่จังหวะหนึ่งกระบอกสูบให้กำลังประมาณ 0.55 kW (0.75 hp) และความเร็วสูงสุดคือ 16 กม./ชม. ตัวเลขเหล่านี้ถือเป็นการปฏิวัติเมื่อเทียบกับ 3 กม./ชม. ของ de Rivaz แต่ด้วยมาตรฐานของวันนี้ก็ยังไม่ถึงขั้นน่าทึ่ง ประเด็นสำคัญไม่ใช่ความเร็ว แต่เป็นการประสานกันของทุกอย่าง แชสซีเบา ๆ เครื่องยนต์ทรงพลังแต่ขนาดเล็ก และเชื้อเพลิงจากปิโตรเลียม - รวมถึงการที่กำลังของเครื่องยนต์ถูกถ่วงดุลกับชิ้นส่วนแปลงการหมุน เมื่อทุกอย่างมารวมกัน รถยนต์ที่ใช้งานได้จริงคันแรกจึงถือกำเนิดขึ้น นักประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่ถือว่าสิทธิบัตรนี้คือจุดกำเนิดของรถยนต์ ไม่นานนัก Gottlieb Daimler ก็เข้าร่วมฉาก หลายคนถือว่าเขาเป็นคนแรกที่สร้างเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบใช้งานได้จริง และในปี 1889 เขาได้ประดิษฐ์เครื่องยนต์สี่จังหวะแบบวี (V) สองกระบอกสูบ ซึ่งผลักดันเส้นทางนี้ไปอีกก้าวหนึ่ง

เมื่อมองทั้งห่วงโซ่ เราเห็นอะไรบ้าง?

แต่ละชื่อต่างแบกภาระของตนเอง: de Rivaz นำไฟเข้าไปในกระบอกสูบ Brown พิสูจน์ว่ามันเคลื่อนที่ได้ Lenoir แสดงให้เห็นเครื่องยนต์ที่ขายได้ Otto แก้ปัญหาประสิทธิภาพ Delamare-Deboutteville เปลี่ยนไปใช้สี่ล้อ และ Benz รวบรวมทุกอย่างไว้ในยานพาหนะเดียว ทั้งหมดนี้จะล้มเหลวหากขาดกันและกัน - แม้สิทธิบัตรจะติดชื่อนักประดิษฐ์เพียงคนเดียว แต่เครื่องยนต์นั้นแท้จริงแล้วคือผลผลิตของความพยายามร่วมกันที่ยาวนานกว่าแปดสิบปี

ดังนั้นครั้งต่อไปเมื่อคุณหมุนกุญแจรถและได้ยินเสียงเครื่องยนต์สตาร์ท ให้หยุดสักครู่และคิดให้ดี: เสียงนั้นคือตอนจบของเรื่องราวอันยาวนานมากที่เริ่มต้นด้วยลูกโป่งไฮโดรเจนในปี 1807 คุณคิดว่าก้าวใดในห่วงโซ่นี้กล้าหาญที่สุด? ของโปรดของฉันคือตอนที่ Benz คิดไอเดียเชื้อเพลิงเบนซินจากอุบัติเหตุชามเบนซีน - แต่รถไฮโดรเจนของ de Rivaz ที่ไม่เคยได้รับความสนใจอย่างจริงจังก็ไม่ควรถูกดูถูกเช่นกัน

แหล่งข้อมูล

• De Rivaz engine
• Samuel Brown (engineer)
• Samuel Brown (of Brompton)
• First Auto | The Engines of Our Ingenuity - University of Houston
• Hippomobile
• Étienne Lenoir
• Birth of an idea: Etienne Lenoir and the internal combustion engine
• Otto engine
• Otto-Langen Atmospheric Engine
• Otto (1832) - Energy Kids
• Forerunners to the automobile
• Delamare-Deboutteville
• Benz Patent Motor Car
• 1886 Benz Patent Motorwagen Replica
• Benz Patent-Motorwagen
• The History of the Automobile - Gas Engines