Chiếc ô tô đầu tiên không chạy bằng xăng, mà chạy bằng hydro
Chia sẻ trang này
Nếu bạn nghĩ rằng chiếc ô tô đầu tiên chạy bằng xăng thì thực ra bạn đang nhầm: động cơ đốt trong đầu tiên trong lịch sử chạy bằng hỗn hợp hydro-oxy vào năm 1806. Nghĩa là tiền thân của chiếc ô tô xăng lại chính là công nghệ mà ngày nay chúng ta gọi là xe hydro. Câu chuyện trải dài từ nhà phát minh người Thụy Sĩ François Isaac de Rivaz đến Samuel Brown, từ Étienne Lenoir đến Karl Benz, là một trong những chương ít được biết đến nhất nhưng đầy bất ngờ của lịch sử ô tô.
Những điểm nổi bật
- Động cơ đốt trong đầu tiên chạy bằng hydro vào năm 1806; bằng sáng chế được cấp vào ngày 30 tháng 1 năm 1807
- Samuel Brown, với chiếc xe dùng động cơ khí, đã leo lên Shooter's Hill vào ngày 27 tháng 5 năm 1826
- Chiếc Hippomobile của Étienne Lenoir chạy bằng hydro sản xuất qua điện phân đã đi từ Paris đến Joinville-le-Pont (1863)
- Benz Patent-Motorwagen chỉ được cấp bằng sáng chế vào ngày 29 tháng 1 năm 1886 - tức là gần 80 năm sau
Động cơ đốt trong đầu tiên chạy vào lúc nào và bằng gì?
Câu trả lời rất rõ ràng: vào năm 1806 và bằng hỗn hợp hydro-oxy. Năm đó, sĩ quan pháo binh người Thụy Sĩ sinh tại Paris François Isaac de Rivaz bắt đầu thử nghiệm một động cơ đẩy piston bằng cách đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu nổ bên trong xi-lanh. Đó chính xác là cốt lõi của nguyên lý hoạt động của những động cơ chúng ta dùng ngày nay - đốt nhiên liệu trong xi-lanh, đẩy piston. Hơn nữa, động cơ của de Rivaz còn có cả hệ thống đánh lửa bằng bugi, nghĩa là hai đặc tính cơ bản của động cơ xăng hiện đại đã sẵn có trong thiết kế đầu tiên này.
Ý tưởng đến từ đâu? Từ quân ngũ. Là sĩ quan pháo binh, ông từng làm việc nhiều với thuốc nổ, và kinh nghiệm ấy đã đẩy ông đến một câu hỏi kỳ lạ nhưng xuất sắc: Thay vì hơi nước, liệu có thể đẩy piston trực tiếp bằng một vụ nổ không? Ông bắt đầu các thí nghiệm về vụ nổ trong xi-lanh vào năm 1804 và sớm cho ra đời một động cơ hoạt động được.
Chiếc xe hydro của de Rivaz hoạt động như thế nào?
Đây là lúc mọi thứ thực sự trở nên thú vị. Động cơ chạy bằng hỗn hợp hydro-oxy được đốt cháy trong xi-lanh. Hydro nén được lưu trong một quả bóng, còn oxy được cung cấp qua một cửa gió riêng. Còn đánh lửa thì sao? Tia lửa điện được tạo ra bằng cách bấm một nút từ bên ngoài - bằng pin Volta. Nghĩa là người lái tự tay kích hoạt mỗi cú đánh sức của động cơ. Động cơ không có cơ cấu định thời; cả việc nạp nhiên liệu lẫn đánh lửa đều hoàn toàn bằng tay. Bây giờ hãy tưởng tượng: lái xe bằng cách bấm một nút cho mỗi cú đánh của piston. Vừa tập gym vừa làm tài xế trong một, nhưng về mặt kỹ thuật đây là một động cơ đốt trong thực thụ.
Truyền động lực cũng hoàn toàn khác biệt. Vụ nổ đẩy piston lên trong xi-lanh thẳng đứng, sau đó khi piston nặng hạ xuống theo trọng lượng của chính nó, một hệ thống chốt thông qua cơ cấu ròng rọc-vành và dây xoay các bánh xe trước của chiếc xe. Nghe có vẻ kỳ lạ, nhưng nó hoạt động.
Bằng sáng chế số 731 được cấp tại Paris vào ngày 30 tháng 1 năm 1807; văn phòng bằng sáng chế của bang Valais, Thụy Sĩ cũng xác nhận điều này. Cùng năm đó, de Rivaz đặt động cơ thử nghiệm của mình lên một chiếc xe và đi được một quãng ngắn - chiếc xe đầu tiên di chuyển bằng động cơ đốt trong chính thức có mặt trên đường.
Gã khổng lồ năm 1813: char mécanique vĩ đại
De Rivaz không dừng lại và vào 1813 đã chế tạo một phương tiện lớn hơn nhiều: Dài 6 mét, bánh xe đường kính 2 mét, nặng khoảng 1 tấn. Xi-lanh của nó dài 1,5 mét, hành trình piston 97 cm. Hỗn hợp nhiên liệu gồm khoảng 2 lít khí than và 10-12 lít không khí. Trong mỗi hành trình piston, phương tiện tiến được 4-6 mét.
Hiệu suất thế nào? Tại thành phố Vevey của Thụy Sĩ, chiếc xe khổng lồ này đã chở 300 kg đá và gỗ cùng bốn người đi được 26 mét trên con đường dốc khoảng 9% - với tốc độ 3 km/h. Chưa nói đến nhanh, nhưng đó là một phương tiện tự di chuyển bằng sức riêng của mình và chở được hàng hóa, và điều đó đã là một thành tựu ngay cả vào thời đó.
Đáng tiếc là không phải ai cũng bị thuyết phục. Viện Hàn lâm Khoa học Pháp cho rằng động cơ đốt trong sẽ không bao giờ đạt được hiệu suất của động cơ hơi nước. Nhìn lại hôm nay, dự đoán đó đã sai đến mức nào, đúng không?
Vậy có phải là chiếc đầu tiên? Vấn đề Pyreolophore
Nói thật lòng, danh hiệu "động cơ đốt trong đầu tiên" vẫn còn đang được tranh luận. Hai anh em người Pháp Nicéphore và Claude Niépce đã phát triển động cơ Pyreolophore của họ vào 1807, chạy thuyền bằng phản lực dòng nước, và nhận bằng sáng chế vào ngày 20 tháng 7 năm 1807. Còn bằng sáng chế của De Rivaz có ngày 30 tháng 1 năm 1807 - tức là trước đó vài tháng. Vì cả hai thiết kế đều hoạt động theo những phương pháp khác nhau, câu hỏi "cái nào thực sự là chiếc đầu tiên" là một vấn đề tùy thuộc vào cách định nghĩa. Nhưng động cơ đầu tiên chở người đi trên đường thì chắc chắn là của De Rivaz.
Samuel Brown và cuộc leo Shooter's Hill (1826)
Kỹ sư người Anh Samuel Brown đã phát triển động cơ khí đầu tiên hoạt động thực sự và thành công về mặt cơ học trong giai đoạn 1825-1835. Khoảnh khắc đỉnh cao là vào ngày 27 tháng 5 năm 1826: Brown đã gắn động cơ của mình vào một phương tiện và leo lên Shooter's Hill ở phía đông nam London. Con dốc là bài kiểm tra khắc nghiệt nhất đối với phương tiện động cơ; cuộc leo núi này kết thúc với sự hài lòng của rất nhiều khán giả.
Thông số của động cơ cũng ấn tượng: Công suất 4 hp, 2 xi-lanh, hoạt động bằng khí khí quyển và dung tích 89 lít. Đúng vậy, 89 lít - chưa kể đến dung tích của những động cơ ngày nay của chúng ta. Nên ghi chú một điều: Mặc dù Brown nổi bật với thử nghiệm phương tiện này, người ta biết rằng động cơ khí-chân không sau đó đã được vận hành bằng khí than thay vì hydro trong một dự án khác và được sử dụng cho mục đích bơm. Ngoài ra, người ta nói rằng Brown đã chuyển đổi một động cơ hơi nước Newcomen cũ để đốt khí - tức là mối liên hệ giữa những người tiên phong dùng hydro và thời đại hơi nước cũng được thấy ở đây.
Chiếc Hippomobile của Lenoir: Du ngoạn Paris bằng hydro
Đến lượt nhân vật có lẽ là đặc sắc nhất của câu chuyện: Kỹ sư sinh ra tại Bỉ Jean-Joseph-Étienne Lenoir. Vào 1860, ông nhận bằng sáng chế từ Conservatoire National des Arts et Métiers ở Paris cho động cơ khí nở rộng do quá trình đốt cháy khí. Năm 1863, ông chế tạo chiếc Hippomobile ba bánh - phương tiện mang tên gọi từ xe ngựa này mang theo động cơ đốt trong của riêng nó.
Và đây, hydro trở lại: Hippomobile có động cơ một xi-lanh chạy bằng hydro được sản xuất bằng cách điện phân nước. Động cơ hoạt động theo các chu kỳ tự nhiên. Nghĩa là Lenoir tự tách nước của mình thành điện và tự sản xuất nhiên liệu. Ý tưởng ngày nay được gọi là hydro xanh đã lăn bánh trên các con phố Paris từ năm 1863.
Tháng 9 năm 1863, Lenoir thực hiện một hành trình khoảng 10 km từ xưởng của mình ở Rue de la Roquette. Sau đó ông đi chuyến khứ hồi 11 km từ Paris đến Joinville-le-Pont; mỗi hướng mất khoảng 90 phút và tốc độ tối đa vào khoảng ~9 km/h. Một nguồn tính toán khác cho biết quãng đường là 11 dặm và thời gian là 3 giờ; chênh lệch có lẽ do sự khác biệt về tuyến đường và phép đo, nhưng kết luận không thay đổi: phương tiện chậm hơn tốc độ đi bộ trung bình. Dẫu vậy, bánh xe vẫn quay và động cơ làm điều đó bằng chính nhiên liệu của mình. Nhiều năm sau, Lenoir kể rằng ông đã dùng động cơ của mình để vận hành một chiếc xe thùng đi Joinville-le-Pont nhiều lần. Ông cũng điều chỉnh động cơ chạy với nhiều loại khí khác nhau như khí than, và khoảng 350–400 động cơ khí Lenoir đã được sản xuất và bán ra - tức là lần đầu tiên cũng có một thành công thương mại thực sự.
Những người tiên phong cạnh nhau: ai, khi nào, bằng gì?
| Người tiên phong | Năm | Nhiên liệu | Thành tựu nổi bật |
|---|---|---|---|
| François Isaac de Rivaz | 1806–1807 | Hỗn hợp hydro-oxy | Động cơ đốt trong đầu tiên, bằng sáng chế đầu tiên, chuyến đi bằng phương tiện đầu tiên |
| Samuel Brown | 1826 | Khí | Chặng leo dốc Shooter's Hill |
| Étienne Lenoir | 1863 | Hydro sản xuất bằng điện phân | Hành trình Paris–Joinville-le-Pont, sản xuất động cơ hàng loạt |
| Karl Benz | 1885–1886 | Xăng | Bằng sáng chế mở ra thời đại ô tô hiện đại |
Karl Benz đã kế thừa di sản hydro như thế nào?
Vậy sau 80 năm tiến bộ, tại sao xăng lại trở thành vua? Câu trả lời gồm nhiều mảnh ghép. Trước hết, nền tảng phải được chuẩn bị: Năm 1876, Nikola Otto, lấy cảm hứng từ những hạn chế của động cơ hơi nước, đã phát triển động cơ đốt trong bốn thì thành công đầu tiên. Động cơ hai tác dụng với hệ thống đánh lửa bằng tia lửa điện mà Lenoir phát minh trong giai đoạn 1858–1860 và đăng ký bằng sáng chế năm 1860 cũng là một mắt xích quan trọng trong chuỗi này.
Nhờ thành công thương mại của các động cơ, Benz có thể dành nhiều thời gian hơn cho giấc mơ về một chiếc xe nhẹ chạy bằng xăng. Kết quả: Ngày 29 tháng 1 năm 1886, bằng sáng chế cho chiếc Benz Patent-Motorwagen ba bánh ở Mannheim - trong hồ sơ, nó được ghi tên là phương tiện chạy bằng động cơ khí. Thời đại ô tô hiện đại bắt đầu khi cả Benz lẫn Gottlieb Daimler sản xuất ra những chiếc xe xăng cực kỳ thành công và thực dụng; vì thế Benz thường được coi là người phát minh ra ô tô.
Nhưng đừng quên điều này: Chính trang lịch sử của chính Mercedes-Benz cũng liệt kê thêm những người tiên phong như Rivaz, Lenoir và người Áo Siegfried Marcus, đồng thời lưu ý rằng một số người chỉ dừng lại trên giấy, một số người chỉ có những chiếc xe nhỏ không chở được người. Sự vượt trội của Benz đến từ việc các thiết kế hydro không thực tế và các phương tiện chạy xăng chu trình Otto thống trị lĩnh vực thương mại. Một lý do kỹ thuật khác: phần lớn các động cơ thời kỳ đầu hoạt động theo nguyên lý khí quyển, giống như động cơ hơi nước - tức là vụ nổ không tạo lực đẩy trực tiếp mà tạo chân hút kéo piston xuống. Cách bố trí mà Benz mang lại hiệu quả hơn.
Việc xăng lên ngôi vương miện cũng không diễn ra trong một đêm. Xăng chỉ bắt đầu được coi là nhiên liệu có giá trị với phát minh ra ô tô vào năm 1892. Giữa 1900-1910, phát minh ra bộ chế hòa khí phun mở đường cho việc sử dụng xăng chưa tinh chế trên các phương tiện. Và đến năm 1920, có 9 triệu phương tiện chạy xăng trên đường. Nói cách khác, ý tưởng của de Rivaz năm 1806 sau hai thế kỷ lại trở lại bàn đàm phán - lần này với những ngân sách nghiêm túc hơn nhiều.
Hydro hôm nay có quay trở lại không?
Điều thú vị của câu chuyện là: câu chuyện chưa khép lại. động cơ của ô tô sinh ra từ hydro, và chỉ được chuyển sang xăng sau hàng chục năm. JCB, gã khổng lồ thiết bị xây dựng người Anh, tuyên bố là công ty thiết bị xây dựng đầu tiên phát triển động cơ đốt trong hoạt động đầy đủ bằng hydro, và cho biết đã thử nghiệm hơn 50.000 giờ trong một dự án trị giá 100 triệu bảng với 150 kỹ sư.
Phía pin nhiên liệu cũng có động thái. Thị trường phương tiện hydro hiện đại được định giá 8,31 tỷ đô la tính đến năm 2025 và dự kiến tăng trưởng khoảng ~20%/năm trong năm năm tới. Các mẫu xe như Toyota Mirai, Hyundai Nexo và Honda FCX Clarity đã được bán ở một số thị trường chọn lọc; chi phí pin nhiên liệu cũng đã giảm 80% kể từ năm 2002. Vậy ý tưởng của de Rivaz năm 1806 đã quay lại bàn đàm phán sau hai thế kỷ - lần này với ngân sách nghiêm túc hơn nhiều.
Gốc rễ của động cơ xăng dựa trên hydro: lời cuối
Trong buổi trò chuyện ô tô tiếp theo, nếu ai đó nói rằng ô tô sinh ra từ xăng, bạn giờ có thêm một lá bài trong tay: động cơ của ô tô được sinh ra từ hydro, còn xăng chỉ được chuyển sang sau hàng chục năm. Chiếc piston nặng có nút bấm, có bong bóng, sinh ra từ kinh nghiệm pháo binh của de Rivaz là một ý tưởng yếu ớt nhưng có thật; Brown đã lái nó leo dốc, Lenoir đã lái nó dạo quanh các con phố Paris, còn Benz thì biến nó thành công nghiệp với xăng. Lịch sử đôi khi đi một vòng - và vòng ấy, biết đâu lại kết thúc ngay nơi nó bắt đầu. Theo bạn, điều nào thú vị hơn: một câu chuyện bắt đầu bằng hydro lại rẽ sang xăng, hay quay trở lại với hydro?