第一辆汽车不是汽油驱动的,而是氢燃料驱动的
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如果你以为汽车的最初燃料是汽油,那其实你就错了:历史上的第一台内燃机 1806 年是用氢氧混合气运转的.也就是说,汽油汽车的先驱,正是我们今天称之为氢能源汽车的这项技术本身.从瑞士发明家François Isaac de Rivaz到Samuel Brown,从Étienne Lenoir到Karl Benz,这段故事是汽车历史上最鲜为人知却最充满惊喜的篇章之一.
亮点
- 第一台内燃机 1806年以氢气运转;专利 1807年1月30日获得
- Samuel Brown 于1826年5月27日驾驶他的燃气发动机车辆爬上了Shooter's Hill
- Étienne Lenoir的Hippomobile使用电解产生的氢气 从巴黎前往Joinville-le-Pont(1863年)
- Benz Patent-Motorwagen直到 1886年1月29日才获得专利——也就是大约80年之后
内燃机最早是什么时候、用什么燃料运转的?
答案很明确: 1806年,用的是 氢氧混合气.那一年,出生于巴黎的瑞士炮兵军官François Isaac de Rivaz开始试验一种发动机,通过在气缸内点燃爆炸性的燃料混合气来推动活塞.这正是我们今天使用的发动机工作原理的核心——在气缸内燃烧燃料,推动活塞.而且de Rivaz的发动机甚至还有火花塞点火,也就是说现代汽油发动机的两个基本特征在这个最初的设计中就已经具备了.
这个想法从哪里来?来自军旅生涯.作为一名炮兵军官,他与爆炸物打过很多交道,这段经历把他推向了一个古怪却聪明的问题:不用蒸汽,能否直接用爆炸来推动活塞? 1804年,他开始在气缸内进行爆炸实验,并很快制造出了一台可以运转的发动机.
De Rivaz的氢动力汽车是如何工作的?
到了这里,事情就变得真正有趣了.发动机以在气缸内点燃的氢氧混合气运转.压缩氢气储存在一个气球中,氧气则通过一个单独的进气口提供.点火呢?通过按下一个外部按钮产生电火花——用的是伏打电池.也就是说,每一次动力冲程都要由驾驶员亲手触发.发动机没有正时机构;燃料供给和点火全都是手动的.想象一下:每推动一次活塞都要按一下按钮来开车.健身房加司机合二为一,但从技术上讲这是一台真正的内燃机.
动力传输方式也截然不同.爆炸在垂直气缸中向上推动活塞,然后沉重的活塞靠自身重量下落,通过一个棘爪系统带动滑轮-轮圈和绳索装置转动汽车的前轮.听起来很奇怪,但确实有效.
1807年1月30日在巴黎 获得了第731号专利 ;瑞士瓦莱州专利局也对此予以确认.同年,de Rivaz把他的实验发动机安装到一辆车上,并成功行驶了一小段距离——第一辆靠内燃机行驶的车辆正式上路了.
1813年的巨物:grand char mécanique
De Rivaz没有停下脚步, 1813制造了一辆大得多的车辆:长6米,车轮直径2米,重约 1吨 .其气缸 1.5米,活塞行程 97 cm .燃料混合物由大约 2升 煤气与 10–12升 空气组成.每个活塞行程车辆前进4–6米.
性能如何?在瑞士沃韦,这台巨型车辆在约9%坡度的道路上载着 300 kg 石块和木材,加上四个人, 前进了26米 - 速度为 3 km/s.算不上快,但它是一辆靠自身动力前进并载重的车辆,这在当时就已是一项成就.
遗憾的是,并非所有人都被说服.法兰西科学院坚持认为内燃机永远无法达到蒸汽机的性能.今天回头看,这个预测错得有多离谱,不是吗?
那么是第一台吗?Pyreolophore的问题
说实话,“第一台内燃机”的头衔至今仍有争议.法国兄弟Nicéphore和Claude Niépce于 1807年开发了以水射流反作用驱动船只的发动机Pyreolophore,并于 1807年7月20日获得专利.而de Rivaz的专利日期为 1807年1月30日 - 即早了几个月.由于两种设计以不同方式工作,“哪个才是真正的第一”这个问题取决于定义.但第一台驱动车辆上路的发动机无疑属于de Rivaz.
Samuel Brown与Shooter's Hill爬坡(1826)
英国工程师Samuel Brown在 1825–1835 年间开发了第一台真正做功且机械上成功的燃气发动机.他的高光时刻是 1826年5月27日:Brown将发动机连接到一辆车辆上,爬上了伦敦东南部的Shooter's Hill.坡道是机动车最严酷的考验;这次爬坡在众多观众的满意中圆满结束.
发动机的参数也很惊人: 4 hp 功率,2个气缸,常压燃气工作, 排量89升 .是的,89升 - 更别说我们今天发动机的排量了.值得一提:尽管Brown以这次车辆测试闻名,但据了解,燃气-真空发动机在后来的一个项目中以煤气而非氢气运行,并用于泵送目的.此外,据说Brown将一台旧Newcomen蒸汽机改装为燃烧燃气 - 因此氢气先驱与蒸汽时代之间的联系也在这里显现.
Lenoir的Hippomobile:在巴黎以氢气行驶
接下来轮到也许是故事中最具代表性的人物:比利时出生的工程师Jean-Joseph-Étienne Lenoir. 1860年,他从巴黎的Conservatoire National des Arts et Métiers获得了燃气燃烧使空气膨胀的发动机专利. 1863年,他制造了三轮 Hippomobile- 这辆以马车命名的车辆搭载了自己的内燃机.
而这里又回到了氢:Hippomobile装有一台单缸发动机,使用通过电解水产生的氢气.发动机以自然循环方式运转.也就是说,Lenoir自己把水电解成燃料,自己生产燃料.如今被称为绿氢的理念,早在1863年就已经行驶在巴黎的街头了.
1863年9月,Lenoir从位于Rue de la Roquette的车间出发,完成了一次约10公里的旅程.随后他从巴黎往返Joinville-le-Pont, 11公里 的路程;单程约需 90分钟 ,最高速度约为 ~9 公里/小时 左右.另一种说法是距离为11英里、耗时3小时;差异可能来自路线和测量方式的不同,但结论不变:这辆车的速度比普通步行还慢.尽管如此,车轮在转,而且发动机用的是自己生产的燃料.Lenoir多年后回忆说,他曾多次用自己的发动机驱动一辆农用车往返Joinville-le-Pont.此外,他还把发动机改装用于煤气等多种气体,共生产并售出了约 350–400 台Lenoir燃气发动机——也就是说,这也是首次真正的商业成功.
先驱者们并肩而立:谁、何时、用什么?
| 先驱 | 年份 | 燃料 | 突出成就 |
|---|---|---|---|
| François Isaac de Rivaz | 1806–1807 | 氢氧混合气体 | 第一台内燃机、第一项专利、首次车辆行驶 |
| Samuel Brown | 1826 | 燃气 | Shooter's Hill爬坡 |
| Étienne Lenoir | 1863 | 电解制取的氢气 | 巴黎–Joinville-le-Pont之旅,发动机批量生产 |
| Karl Benz | 1885–1886 | 汽油 | 开启现代汽车时代的专利 |
Karl Benz是如何继承氢气遗产的?
那么,在氢气行驶了80年之后,汽油是如何登上王座的?答案由几个部分组成.首先要打好基础: 1876年,Nikola Otto受蒸汽发动机局限性的启发,研制出第一台成功的四冲程内燃机.Lenoir在 1858–1860 年间发明、并于 1860年获得专利的双作用电火花点火发动机,也是这一链条中关键的一环.
凭借发动机带来的商业成功,Benz得以将更多时间投入到用汽油驱动的轻型汽车的梦想上.结果是: 1886年1月29日,他在Mannheim为三轮车 Benz Patent-Motorwagen 申请了专利——档案中的名称是“以燃气发动机驱动的车辆”.随着Benz和Gottlieb Daimler都生产出极其成功且实用的汽油车辆,现代汽车时代开始了;因此Benz通常被认为是汽车的发明者.
但让我们不要忘记:梅赛德斯-奔驰自己的历史页面也将Rivaz、Lenoir和奥地利人Siegfried Marcus等先驱单独列出,并指出其中一些人只停留在纸面上,另一些人制造的小型车辆则无法载人.Benz的优势来自于氢气设计不切实际,以及奥托循环汽油车辆在商业领域的主导地位.另一个技术原因是:早期的大多数发动机像蒸汽机一样基于大气压原理工作——也就是说,爆炸并不直接产生推进力,而是产生真空将活塞向下拉动.Benz带来的方案更加高效.
汽油加冕也并非一夜之间.汽油直到 1892年随着汽车的发明才开始被视为有价值的燃料. 1900-1910 年间,喷油式化油器的发明为未精炼汽油在车辆中的使用铺平了道路.到了 1920年,道路上已有 900万辆 汽油车辆.氢气80年的领先优势就这样拱手让给了汽油.
氢气如今是否卷土重来了?
有意思的是:故事还没有结束.氢内燃机如今仍在开发中,许多资料一致认为这项发动机发明的荣誉属于de Rivaz.英国建筑设备巨头JCB表示自己是首家开发出完全可用氢燃料内燃机的建筑设备公司,并宣布在一个 150名工程师 1亿英镑 的项目中进行了超过 5万小时 的测试.
燃料电池方面也有动静.截至 2025 年,现代氢燃料汽车市场规模达 83.1亿美元 ,预计未来五年年增长率约为20%.丰田Mirai、现代Nexo和本田FCX Clarity等车型在部分市场有售;燃料电池成本自2002年以来也下降了 80% .也就是说,de Rivaz在1806年的想法在两个世纪后重新回到了桌面上——这一次预算要认真得多.
汽油发动机的根源在于氢气:最终定论
在下一次汽车闲谈中,如果有人说汽车诞生于汽油,你手里就多了一张牌:汽车的发动机诞生于氢,直到几十年后才转用汽油.De Rivaz凭借炮兵经验打造的那台带按钮、气球状、活塞笨重的机器,虽然孱弱,却是一个真实的想法;Brown让它爬上了山坡,Lenoir驾驶它穿行于巴黎街头,而Benz则用汽油将它变成了一个产业.历史有时会兜圈子——而这个圈子,或许正是终结在它最初开始的地方.你觉得哪个更有趣:一个始于氢的故事拐向汽油,还是它重新回归氢?