Những gì đã xảy ra trước động cơ của Benz?

Chiếc Patent-Motorwagen năm 1886 của Karl Benz đã đi vào lịch sử như khoảnh khắc chiếc ô tô ra đời; nhưng con đường dẫn đến cỗ máy huyền thoại ấy là một câu chuyện đầy kiên trì và thử nghiệm. Không có xe chạy hydro của de Rivaz năm 1806, cuộc leo dốc của Samuel Brown năm 1826, chiếc Hippomobile của Lenoir và chu trình bốn kỳ của Otto, thì động cơ xăng của Benz sẽ không bao giờ tồn tại. Đây là câu chuyện của chuỗi sự kiện ấy từ đầu đến cuối.

Ý tưởng dùng vụ nổ đẩy piston ra đời như thế nào?

Máy hơi nước có mặt khắp nơi vào đầu thế kỷ 19: chúng vận hành các nhà máy, tàu thuyền, thậm chí cả những phương tiện đường bộ đầu tiên. Nhưng có một vấn đề - nồi hơi nước nặng nề, và mất hàng giờ để làm nóng. Vậy nếu nhiên liệu không cháy bên ngoài nồi hơi mà cháy ngay bên trong xi-lanh thì sao? Ý tưởng về động cơ đốt trong chính xác là sinh ra từ câu hỏi đó. Nói cách khác, đó là việc mang lửa vào chính trong động cơ, thay vì đặt nồi lên bếp thì lại đặt bếp xuống dưới nồi. Người đầu tiên nghiêm túc hiện thực hóa ý tưởng này là sĩ quan pháo binh François Isaac de Rivaz.

Đối với một người đến từ thế giới súng đạn và thuốc nổ, việc nghĩ rằng vụ nổ có thể đẩy piston chẳng có gì khó; bản thân khẩu pháo vốn dĩ đã hoạt động theo cách đó. súng thì vốn đã hoạt động như vậy rồi. Động cơ mà ông bắt tay nghiên cứu từ năm 1804 được lắp lên một phương tiện vào năm 1807, và chiếc xe đầu tiên trong lịch sử sử dụng động cơ đốt trong đã chạy được một quãng đường ngắn.

Nhìn theo góc nhìn ngày nay, động cơ của de Rivaz chứa đựng những khái niệm hiện đại đáng kinh ngạc:

hydro làm nhiên liệu, tia lửa điện để đánh lửa. Hỗn hợp hydro-oxy được lưu trữ trong một quả bóng, pin Volta tạo tia lửa, và piston phóng lên. Phần còn lại thì vất vả về mặt cơ khí: các van phải mở và đóng bằng tay, không có cơ cấu định thì. Piston hạ xuống quay các bánh xe thông qua một hệ thống trục ròng rọc có mái chèo. Piston hạ xuống làm quay các bánh xe thông qua một hệ thống ròng rọc có mái chèo.

Nhà phát minh người Thụy Sĩ gốc Pháp này đã nhận bằng sáng chế số 731 tại Paris vào ngày 30 tháng 1 năm 1807; Ông cũng đã đăng ký tại bang Valais. Ông tiếp tục phát triển như một kỹ sư ám ảnh và vào năm 1813 đã chế tạo một cỗ máy khổng lồ: một cỗ xe dài sáu mét, có bánh xe đường kính hai mét, nặng khoảng một tấn. Tại Vevey, cỗ máy đã đi được 26 mét trên dốc 9% với tải trọng 300 kilogram cùng bốn hành khách - tốc độ chỉ là 3 km/h. không thể không nói rằng nếu đứng dậy đi bộ thì còn nhanh hơn. Tệ hơn nữa, chẳng ai coi ông nghiêm túc.

Tệ hơn nữa, không ai coi ông ta nghiêm túc. Giới khoa học thời đó cho rằng động cơ đốt trong không bao giờ có thể vượt qua động cơ hơi nước. Lịch sử sẽ chứng minh ai đúng, nhưng điều đó cần phải mất nửa thế kỷ. Một ghi chú: cũng trong năm đó, năm 1807, anh em nhà Niépce đã đăng ký bản quyền Pyreolophore - chiếc thuyền chạy bằng tia nước - cho đến nay vẫn còn tranh cãi về thiết kế nào thực sự là chiếc đầu tiên.

Samuel Brown và Sự Kiên trì trước Dốc: Động cơ khí năm 1826

Bước tiếp theo đến từ nước Anh. Kỹ sư Samuel Brown đã nhận bằng sáng chế cho động cơ đốt trong vào ngày 4 tháng 12 năm 1823. Cách tiếp cận của ông khác với Rivaz: ông đã cải tạo một động cơ hơi nước Newcomen cũ để đốt khí. Động cơ của ông chạy bằng hydro và sử dụng các buồng đốt riêng biệt; thực chất là một thiết kế khí-chân không dựa vào chân không ở một mức độ nào đó.

Bu trình diễn của Brown là một trong những chiến thuật marketing táo bạo nhất trong lịch sử động cơ. Vào ngày 27 tháng 5 năm 1826, ông lắp động cơ lên một cỗ xe ngựa và leo lên Shooter's Hill ở Luân Đôn. Ngày nay, điều này có vẻ giống như chụp ảnh một chiếc ô tô rồi dừng lại trên đỉnh đồi, nhưng vào thời đó, đó là một màn trình diễn chưa từng có tiền lệ. Tuy nhiên, phương tiện của Brown không được coi là một chiếc ô tô thực dụng - đó là một màn trình diễn, một thử nghiệm chứng minh. Nhưng bằng chứng đã đầy đủ: khi quá trình đốt cháy diễn ra bên trong xi lanh, phương tiện thực sự có thể di chuyển được.

Étienne Lenoir: Thành công Thương mại Đầu tiên và Hippomobile

Từ thời điểm này, mọi thứ bắt đầu trở nên nghiêm túc. Kỹ sư người Bỉ-Pháp Étienne Lenoir, với động cơ ông phát triển từ năm 1858-1860, đã tạo ra động cơ đốt trong đầu tiên đạt được thành công thương mại. Đó là một động cơ khí hai kỳ không nén, đánh lửa bằng bu gi, và năm 1860 là năm động cơ của Lenoir được gọi là động cơ đốt trong đầu tiên. Tại Paris, có nhu cầu thực sự cho những động cơ này; đến năm 1865, khoảng 143 động cơ đã được bán, một số ước tính nâng tổng số lên 350-400 bao gồm cả động cơ không dành cho phương tiện - lý do của sự khác biệt nằm ở việc cái gì được tính: động cơ xe hay tất cả các động cơ khí của Lenoir.

Nhưng điều đưa Lenoir vào lịch sử không phải là động cơ mà là chiếc xe được lái bởi nó. Năm 1863, ông giới thiệu Hippomobile: một phương tiện ba bánh mang theo động cơ riêng của nó. Động cơ của nó có một xi lanh, dung tích 2543 cc và công suất chỉ 1,5 hp. Trong phiên bản đầu tiên, nhiên liệu là hydro được sản xuất bằng quá trình điện phân nước; sau đó chuyển sang nhiên liệu dẫn xuất từ dầu mỏ và thêm một bộ chế hòa khí nguyên thủy. Thậm chí nó còn được coi là chiếc ô tô đầu tiên, mặc dù còn gây tranh cãi. Nhân tiện, sự thay đổi nhiên liệu là một nghịch lý thú vị: ý tưởng về phương tiện hydro đầu tiên có từ năm 1806, Lenoir sau đó chuyển sang nhiên liệu xăng và ngày nay động cơ hydro đang được bàn luận trở lại - lịch sử đôi khi vẽ một vòng tròn hoàn chỉnh.

Nhưng vấn đề đã rõ ràng từ đầu: động cơ Lenoir không hiệu quả. Do không có sự nén, phần lớn nhiên liệu bị lãng phí, gần như lãng phí một nửa. Hãy nghĩ như thế này: ý tưởng về đánh lửa bên trong là đúng, nhưng trước khi đánh lửa, hỗn hợp phải được nén - nếu không, vụ nổ sẽ yếu. Người sẽ vượt qua ngưỡng này đã bắt đầu làm việc ở phía bên kia, ở Cologne.

Otto và Langen: Cách mạng Hiệu suất và Chu trình Bốn kỳ

Năm 1864, Nicolaus Otto và Eugen Langen thành lập N. A. Otto & Co. tại Köln - công ty động cơ đốt trong đầu tiên trên thế giới. Ba năm sau, vào năm 1867, họ giới thiệu động cơ khí quyển piston tự do của mình. Nguyên lý hoạt động của động cơ này khá là thông minh: sự cháy đẩy piston văng lên, và khi piston hạ xuống nhờ hiệu ứng chân không, nó sinh ra công. Tại Triển lãm Thế giới 1867 ở Paris, nó giành được giải thưởng lớn và đoạt danh hiệu động cơ khí hiệu quả nhất tính đến thời điểm đó. Nó cũng là động cơ đầu tiên được đưa vào sản xuất hàng loạt thành công - một trong những phiên bản công suất ~0,5 mã lực vẫn còn hoạt động, điều này tự thân đã là một chiến thắng kỹ nghệ.

Nhưng trong đầu Otto còn có một ý tưởng lớn hơn. Ông đã chế tạo động cơ đầu tiên của mình vào năm 1861 và đến cuối năm đó đã nảy ra ý tưởng về chu trình bốn thì. Năm 1876, cuối cùng ông hiện thực hóa động cơ đốt trong đầu tiên nén nhiên liệu - chu trình Otto mà ngày nay vẫn mang tên ông. Sự khác biệt là gì? Việc nén hỗn hợp làm tăng gấp bội sức mạnh của vụ nổ. Một phép so sánh đơn giản: giống như thay vì chỉ thổi nhẹ quả bóng, bạn thổi căng hết cỡ rồi làm nó nổ tung. Trong các thử nghiệm đầu tiên, động cơ hỏng sau vài phút và quan hệ đối tác Otto-Langen tan rã, nhưng ý tưởng đã thành công. Những thiết kế cũ không nén nhanh chóng bị bỏ rơi; vấn đề kém hiệu quả kéo dài từ thời Lenoir đã được giải quyết.

Delamare-Deboutteville: Những Nỗ Lực Sớm Chuyển Sang Bốn Bánh Xe

Sau năm 1876, đến lượt việc lắp đặt động cơ này vào một phương tiện một cách đúng đắn. Người Pháp Édouard Delamare-Deboutteville, sau khi nghiên cứu công trình của Lenoir và Otto, đã chế tạo động cơ đốt trong bốn thì đầu tiên của mình vào năm 1881. Năm 1883, cùng với Léon Malandin, ông phát triển một động cơ đốt trong dựa trên động cơ bốn thì của Otto, và trong năm đó đã thiết kế một phương tiện chạy xăng có động cơ đốt trong.

Mọi việc không phải lúc nào cũng suôn sẻ: trong lần thử đầu tiên, chiếc xe bị vỡ làm đôi - đúng theo nghĩa đen. Nhưng ở Pháp, bộ đôi này ngày nay được coi là người phát minh ra chiếc ô tô bốn bánh đầu tiên. Điều này cho thấy các tranh luận về vai trò tiên phong tinh tế đến mức nào: giữa tên gọi và bằng sáng chế với việc ra đời công chúng và trở nên sử dụng được có sự khác biệt đáng kể.

Bước Cuối Của Benz Dẫn Đến Bằng Sang Chế: 1886

Câu chuyện của Karl Benz thực ra bắt đầu bảy năm trước năm 1886. Động cơ xăng tĩnh đầu tiên của ông là một động cơ hai thì một xi-lanh và lần đầu chạy vào đêm giao thừa năm 1879. Còn về việc ý tưởng dùng xăng ra đời như thế nào, câu chuyện giản dị đến mức hoàn hảo: Khi Benz đang làm sạch găng tay, ông nhìn thấy một bát benzene bốc cháy vì tia lửa, và ông nghĩ rằng chất lỏng bay hơi này có thể được dùng làm nhiên liệu. Thế là một tai nạn nhà bếp đã tìm ra loại nhiên liệu khởi đầu kỷ nguyên ô tô.

Đơn xin bằng sáng chế cho phương tiện chạy bằng động cơ khí cho Benz Patent-Motorwagen được nộp và được cấp vào ngày 29 tháng 1 năm 1886. Động cơ xăng bốn thì một xi-lanh sản xuất khoảng 0,55 kW (0,75 mã lực), tốc độ tối đa là 16 km/h. Những con số này mang tính cách mạng so với 3 km/h của de Rivaz nhưng so với tiêu chuẩn ngày nay thì không đáng kể gì; vấn đề thực sự không phải là tốc độ, mà là sự kết hợp. Khung xe nhẹ, động cơ nhỏ nhưng mạnh mẽ và nhiên liệu gốc dầu mỏi - và việc cân bằng công suất đầu ra của động cơ với bánh đà. Khi tất cả những điều này hội tụ, chiếc ô tô đầu tiên thực sự sử dụng được đã ra đời. Đa số các sử gia coi bằng sáng chế này là giây phút khai sinh của chiếc ô tô. Chẳng bao lâu sau, Gottlieb Daimler cũng bước vào sân khấu; nhiều người coi ông là người đầu tiên tạo ra động cơ đốt trong thực dụng, và vào năm 1889 ông đã đưa con đường này tiến thêm một bước khi phát minh ra động cơ bốn thì hai xi-lanh hình chữ V.

Khi Nhìn Toàn Cả Chuỗi, Chúng Ta Thấy Điều Gì?

Mỗi cái tên là một người gánh vác: de Rivaz đưa ngọn lửa vào xi-lanh, Brown chứng minh rằng chuyển động là khả thi, Lenoir cho thấy động cơ có thể bán được, Otto giải quyết vấn đề hiệu suất, Delamare-Deboutteville chuyển sang bốn bánh, Benz gom tất cả lại trong một chiếc xe duy nhất. Bất kỳ ai trong số họ thiếu đi đều sẽ dẫn đến thất bại - ngay cả khi bằng sáng chế mang tên một nhà phát minh duy nhất, thì động cơ đó thực chất là thành quả của tám mươi năm nỗ lực tập thể.

Vì vậy, lần tới khi bạn xoay chìa khóa xe và nghe thấy tiếng động cơ nổ máy, hãy dừng lại một giây và suy nghĩ: âm thanh đó là mắt xích cuối cùng của một câu chuyện rất dài bắt đầu từ quả bóng hydro năm 1807. Bạn thấy mắt xích nào trong chuỗi này là táo bạo nhất? Yêu thích của tôi là khoảnh khắc Benz rút ra ý tưởng về nhiên liệu xăng từ một tai nạn với chén benzen - nhưng chiếc xe chạy hydro của de Rivaz từng bị xem nhẹ cũng không hề kém phần đáng nể.

Nguồn tài liệu

• 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