Мы издавна привыкли к тому, что понятия «автомобиль» и «двигатель внутреннего сгорания» связаны неразрывно. Но так было не всегда. Более века вспять, на заре автомобилизма, у ДВС был очень суровый соперник — движок с наружным сгоранием. Либо, просто, паровая машина.

Более того, эра полной мобильности в истории населения земли началась совсем не с паровозов либо пароходов, а конкретно с паромобилей!

Паровая машина — 1-ый механический термический движок, который был освоен населением земли. Механизм работы прост — горючее сгорает не в рабочем теле (к примеру, в составе топливовоздушной консистенции, как в ДВС), а вне его. В паровой машине рабочим телом служит вода, которая греется подводом теплоты снаружи.

1-ый термический движок был сотворен еще в Старой Греции Героном Александрийским — то был насос для перекачивания воды, а источником тепла служило солнце. Но так как рабский труд тогда еще никто не отменял, паровая машина оказалась просто ненадобной. И о ней запамятовали — на полторы тыщи лет!

Точно сказать, кто и когда в первый раз применил энергию пара для передвижения, нереально. К примеру, в исторических хрониках Средневековья упоминается некоторый испанский морской офицер, который в 1543 году типо выстроил огромное судно с медным котлом и 2-мя боковыми колесами, которое плавало на рейде Барселоны без использования силы ветра. В 1601 году итальянец делла Порта сделал паровую машину, в какой пар теснил воду из бака, 14 лет спустя французский инженер Соломон де Ко соорудил сосуд, который при нагревании выкидывал водяную струю, чем и развлекал придворных короля Людовика XIII…

Но только в 1698 году британец Томас Севери получил патент на первую в мире промышленную паровую машину — которая, а именно, применялась для подъема воды. А наибольший вклад в паровую энергетику занес английский инженер Джеймс Уатт. Тот Уатт, что принял лошадиную силу за единицу мощности паровых машин. Их в то время уже использовали для самых различных работ — к примеру, для осушения шахт и для привода различного оборудования. И Уатт после бессчетных опытов с конным приводом первым ввел универсальную единицу мощности движков — производительность в 33000 фунто-футов за минуту либо 76 кгм/с (с введением метрической системы — 75 кгм/с). Правда, такую мощность развивали только самые сильные лошадки и совершенно недолго, а «среднестатистические» лошади были в два раза слабее.

Набросок паровой повозки Джеймса Уатта к патенту 1784 года. Рабочий цилиндр паровой машины размещался над котлом. Усилие от штока поршня передавалось на полубалансир, который средством кривошипно-шатунного механизма крутил колеса

Конкретно Джеймс Уатт первым смог организовать рабочий процесс так, чтоб пар не охлаждался снутри цилиндра — по другому тот конденсировался, и эффективность падала. В машине Уатта использовалось лишнее давление пара, которое позволяло сделать лучше экономичность и понизить габариты установки (эта особенность была патентована в 1768 году). И благодаря патентной защите компания Boulton&Watt стала абсолютным монополистом в Великобритании на добрую четверть века — прямо до 1800 года.

Все это время Уатт продолжал улучшать паровые движки. Думал он и о паромобилях. Но Уатт высчитал, что сделать малогабаритный, применимый для самоходного экипажа паровой движок можно только при высочайшем давлении в котле — до 8,3 атм при толщине медных стен в 6,35 мм. И, решив, что это очень опасно (котел может просто подорваться!), Уатт, на самом деле, приостановил развитие паромобилей в Англии на целых 32 года — на срок деяния собственного патента!

1-ый паромобиль Николя Жозефа Кюньо, 1769 год. На разрезе показано устройство двухцилиндровой паровой машины, которая размещалась за огромным котлом. Связь поршней с колесами обеспечивал рычажно-храповый механизм

Вот поэтому пальма первенства принадлежит не Великобритании, а Франции — 1-ый полноразмерный паровой автомобиль был изготовлен в 1769 году артиллерийским офицером Николя Жозефом Кюньо. Паромобиль Кюньо был огромной трехколесной тележкой, при этом переднеприводной — тяжкий котел совместно с двухцилиндровой паровой машиной размещался перед фронтальным ведущим колесом и поворачивался совместно с ним. Представляете, какова была маневренность? Нехитро, что один из первых выездов трицикла завершился тараном кирпичной стенки… К тому же производительность большого парового котла была жалкой — при наибольшей скорости в 3,65 км/ч каждые 15 минут приходилось останавливаться и опять разводить пары.

В Англии тем временем некие ученики Уатта, невзирая на его серьезный запрет, потаенно работали над паровиками. Так, к примеру, Уильям Мердок испытывал свою модель ночами… В 1800 году «срок годности» патентов Уатта истек, и ученики вышли из «подполья». Год спустя Ричард Тревитик выстроил 1-ый в Великобритании паромобиль, а в 1803 году — очередной (его копия — на большем снимке). Экипаж Тревитика был заднеприводным и с восемью пассажирами разгонялся до 13 км/ч! А в 1829 году паровики стали самым резвым транспортом для пассажиров — скорость емких омнибусов (от латинского «повозка для всех») достигала 24 км/ч. И никаких перекладных!

Английское паромобилестроение было на подъеме. В 1834 году паровой омнибус Мачерони и Сквайра показал рекордную для тех лет надежность — 2740 км без какого-нибудь ремонта. А давление в паровом котле достигало уже 10,3 атмосфер! Но суровой преградой развитию паромобилей стали лошадки — при виде грохочущего и извергающего пары экипажа они пугались и становились неуправляемыми. На паровики ополчились и процветавшие по сю пору конные компании, и обладатели дорог (не любая мостовая выдерживала паровой экипаж с томным котлом), в прессе муссировались уаттовские ужасы по поводу вероятных взрывов котлов — время от времени, вобщем, небеспочвенные. В конечном итоге в 1865 году был принят так именуемый Закон о красноватом флаге, по которому перед каждым самоходным экипажем не поближе 55 метров был должен идти человек, предупреждавший о вероятной угрозы. Скорости паровиков, естественно, свалились — в городке нельзя было двигаться резвее 3,2 км/ч, за городом — 6,45 км/ч. Главные достоинства паромобилей были фактически уничтожены.

Но прогресс было уже не приостановить. Загнав паровые авто в строгие рамки, противники «упустили» возникновение стальной дороги. 1-ый паровоз, кстати, сделал тот же Тревитик в 1804 году — он перевозил до 17,3 тонн груза со скоростью до 25,7 км/ч! И паровые движки стали совершенствоваться на стальной дороге — чтоб потом вновь возвратиться на авто.

Во 2-ой половине XIX века появились 1-ые паровые тягачи и тракторы, построенные по «новым технологиям». К примеру, паромобиль Перкинса отличался сверхвысоким давлением пара (31,5 кг/см2), частотой вращения коленчатого вала в 1000 об/мин и конденсатором (он охлаждал отработанный пар перед возвратом в водяной бак), который облагораживал экономичность. А в Америке стали строить паровые «пожарки». Чтоб оперативно реагировать на возгорания, дежурный по гаражу повсевременно поддерживал пары в котле. Зато при тушении огня самый мощнейший паровик тех пор (он принадлежал городку Бостону) мог подавать через раскладную 15-метровую трубу до 5150 л. воды за минуту с дальнобойностью более 100 метров!

Все паромобили тех пор поправлялись углем либо даже дровами, и потому не считая водителя в паровом экипаже непременно был к тому же шофер — другими словами кочегар (от французского слова schauffeur). Первым, кому в 1868 году удалось использовать в качестве горючего не уголь, а подешевевший керосин, стал Жозеф Равель — отец известного композитора Мориса Равеля. Место угольных колосников в топках котлов заняли керосиновые горелки, рабочий процесс удалось заавтоматизировать. Скоро паровой грузовик, работавший на керосине, предложила английская компания Leyland. Но расход горючего шокирует — 15,5 л. керосина на единственный километр!

Создателем еще 1-го принципиального изобретения стал француз Леон Серполле. Он додумался, что подменой массивного котла на змеевик (длинноватую неоднократно изогнутую трубку) можно значительно понизить массу паромобиля и время разогрева. Вода в парогенератор (так именовалось изобретение) подавалась насосом. Водяной объем котла и масса паровой установки снизились, а рабочее давление возросло до 21 кгс/см2. При всем этом парогенераторы были еще безопаснее — как пишет историк Александр Моравский, во время испытаний они выдерживали до 100 кгс/см2!

Реплика парового автомобиля Stanley 1902 года (на снимке) предлагается сейчас за 55 тыщ фунтов стерлингов…

А вот так устроен «оригинал»: 1 — водяной бак емкостью 77,5 л, 2 — котел, 3 —горелка, 4 — топливный бак, 5 — двухцилиндровая паровая машина. Подачу горючего обеспечивало лишнее давление воздуха, который хранился в особом баллоне — 6. Управлялся паровик рычагом, связанным с управляющий трапецией

В 1896 году Закон о красноватом флаге отменили, и паромобиль «вздохнул полной грудью». Уже через год братья Фрилан Оскар и Франсис Эдгар Стэнли организовали в Америке «массовый» выпуск паровиков — за 1-ый год разошлось 200 таких машин! Позднее права на создание паромобилей Stanley были куплены многими компаниями, в том числе и столичным обществом «Дукс». 1-ые машины конструкции братьев Стэнли имели много общего с великами: колеса со спицами, пневматические шины, легкая трубчатая рама. Движок выкидывал отработанный пар в атмосферу — так было проще и дешевле (не было конденсатора), но водяного бака объемом 77,5 л. хватало только на 64 километра пути. Рабочее давление в котле было поднято до 12 кг/см2, а сам котел был обернут 2-мя слоями проволоки и заключен в металлической кожух с термоизоляцией из асбеста. Паромобиль Stanley развивал мощность в 6,5 л.с., а скорость, которая регулировалась конфигурацией давления пара, достигала 45 км/ч. Керосин уже не лился рекой — на сотку км требовалось «всего» 28 л.. Любопытно, что до автомобилей братья Стэнли мастерски занимались созданием скрипок и изобрели уникальный способ проявки фото, который впоследствие был приобретен компанией Kodak…

Другой известной «паровой» компанией тех лет была компания De Dion-Bouton, основанная в 1883 году графом Альбертом де Дионом и Жоржем Бутоном — они выпускали, в главном, томные коммерческие паромобили. Конкретно De Dion-Bouton с самим Бутоном за рулем в июле 1894 года выиграл именитый пробег Париж—Руан, со средней скоростью в 17 км/ч опередив и другие паромобили, и электромобили, и авто с бензиновыми движками. Но судьи сочли паровики ненадежными (из 7 стартовавших финишировали три машины) и дали победу «бензиновым» автомобилям Panhard Levassor и Peugeot с движками Daimler, которые добрались до финиша в полном составе. В том же году де Дион начал опыты с движками внутреннего сгорания…

Но спортивная слава паровиков фуррором в пробеге Париж—Руан не ограничилась. Как мы уже ведали, первым в истории сухопутных заездов предел в 200 км/ч преодолел конкретно паровой автомобиль (см. АР №4, 2005). Случилось это 26 января 1906 года, когда Фред Мариотт разогнал «Ракету» братьев Стэнли, Stanley-Rocket, до 205,44 км/ч — скорости, в то время недосягаемой для обыденных бензиновых автомобилей!

Но невзирая на высшую скорость и бесшумность, у паромобилей был как минимум один большой, неискоренимый недочет — двадцатиминутный разогрев парового котла до поездки. Это в особенности ярко обрисовывает узнаваемый историк Юрий Долматовский. «Запалив пусковую горелку, необходимо было отрегулировать подачу горючего и воздуха; прислушиваться, когда появится жужжание — признак испарения горючего, бульканье кипящей воды и свист пара. Позже следовало проверить давление пара с помощью стеклянной трубки, установленной на креплениях с боковой стороны автомобиля». А если из-за превышения давления трубка взрывалась, то приходилось ожидать, пока остановленная машина остынет, поменять трубку, доливать воду и вновь греть котел. Кстати, 1-ое зеркало заднего вида появилось на южноамериканском паровике компании Locomobile, но предназначалось оно для наблюдения не за дорогой, а за трубкой-манометром!

А авто тем временем быстро совершенствовались. В 1912 году с изобретением электронного стартера возникает «самозапускающийся» Cadillac Model 30 Self Starter. Именитая «жестянка Лиззи», Форд T, продается в четыре раза дешевле паровиков Стэнли! В 1914 году Генри Форд производит в денек больше автомобилей, чем братья Стэнли — за год. Не выдержав конкуренции, в 1917 году братья продали бизнес, и спустя семь лет марка Stanley не стала существовать.

Сначала XX века авто с ДВС практически на сто процентов вытеснили паромобили. Практически, но не совершенно! Паровыми движками продолжали оснащать грузовики, которым приходилось работать в томных критериях при нехватке водянистого горючего. В Рф это было в особенности животрепещуще. К примеру, еще в 1874 году спецы Мальцевского завода «усовершенствовали» колесный тягач британской компании Aveling & Porter, приспособив его для топки не углем, а дровами. Паровой тягач развивал тогда целых 10 л.с. и мог тащить за собой 10 платформ с 16 тоннами груза! А уже в русские времена в институте НАМИ занимались экспериментальными паромобилями на шасси 7-тонного грузовика ЯАЗ-200, которые работали на дровах, на буром угле либо даже на торфе. К примеру, 100-сильный шеститонный паровой грузовик НАМИ-012 имел расход твердого горючего приблизительно 400–500 кг/100 км! А паровик НАМИ-018 был вэдовым. Но сначала 50-х все работы по созданию паромобилей в НАМИ были свернуты, и грузовики даже не успели стать музейными экспонатами…

На данный момент о паровом движке практически никто не вспоминает. Хотя всплеск энтузиазма в послевоенные годы был — в связи с созданием малогабаритных турбинных движков. К примеру, некоторый южноамериканский предприниматель Уильям Лир в 1969 году подрядился воплотить экологическую программку штата Калифорния — при помощи паровых турбин, которые должны были приводить в движение автобусы. Мысль, опять-таки, не нова — 1-ая действующая модель паровика, которую в 1668 году в Китае выстроил бельгийский миссионер-иезуит Фердинанд Вербист, была конкретно паротурбинной. Монах уже тогда предложил направлять пар из сопла, сообщенного с паровым котлом, на лопатки турбины, которая через систему шестерен крутила колеса.

По заказу Лира компания Barber-Nichols сделала несколько малогабаритных паровых турбин. Но проект провалился, и силовые установки попали сначала в руки энтузиаста Джима Крэнка, который решил побить «паровой» рекорд скорости 1906 года, а позже — к создателю паровых турбин и совладельцу конторы Barber-Nichols Бобу Барберу. Тот все-же достроил рекордный паротурбинный автомобиль Крэнка — и в августе 1985 года на бонневильском плато преодолел зачетную милю со скоростью 234,3 км/ч. Но интернациональная авто федерация FIA рекорд так и не признала. Дело в том, что Барбер сделал только один заезд, чего по южноамериканским правилам довольно. А FIA регистрирует рекорды по двум заездам в обратных направлениях…

Кстати, паровые турбины до сего времени обширно употребляются мировой энергетикой — огромные роторы с обилием сверхпрочных лопаток трудятся в силовых установках термических и атомных электрических станций. Но на авто транспорте у паровых движков навряд ли есть хоть какое-нибудь будущее. Правда, очередные энтузиасты, которые рассчитывают покорить на паровике 200-мильный предел скорости (см. АР №4, 2005), уповают привлечь таким макаром внимание к «экологически чистым» паровым установкам — к примеру, для грузовиков. Представляете для себя, скажем, Freightliner с паровым движком, который управляется компом?

Зависимость вращающего момента от скорости автомобиля для различных типов движков. Понижение оборотов паровой машины (к примеру, при подъеме в гору) автоматом вызывает рост вращающего момента — потому, в отличие от автомобилей с ДВС, паромобилям не нужна коробка

Цикл Стирлинга

1 — вытеснительный поршень, 2 — рабочий поршень, 3 — «холодная» зона цилиндра, 4 — регенератор, 5 — нагреватель, 6 — «горячая» зона

Одной из самых узнаваемых альтернатив паровой машине можно именовать движок Роберта Стирлинга, шотландского священника, а по совместительству ученого и изобретателя. 1-ый патент Стирлинг получил в 1816 году. Он предложил установить в рабочем цилиндре сходу два поршня — рабочий и вытеснительный. Надпоршневые объемы сообщались через регенератор (в виде плотной проволочной сетки) — он отбирал тепло у отработанного воздуха и передавал его свежайшему (прохладному) заряду. Головка цилиндра обогревалась снаружи («внешнее сгорание»), что вызывало совместное перемещение вытеснителя и поршня — рабочий ход. Но тогда «стирлинги» не отыскали развития из-за низкой надежности и относительно низких характеристик. И о их практически запамятовали. Но в 1938 году по инициативе известной голландской конторы Philips работа над «стирлингами» возобновилась. Инженеры компании решили приспособить автономные движки для привода генераторов в «неэлектрифицированных» районах — чтоб продавать там свои радиотовары. Расчеты проявили, что на теоретическом уровне КПД мотора Стирлинга может достигать 70%! В 40-х годах была построена опытнейшая модель с КПД в 39% — больше, чем у тогдашних дизелей (36%) и бензиновых моторов (30%). «Стирлинги» отличались бесшумной работой, экономичностью и всеядностью: головка цилиндров могла обогреваться и дровами, и углем, и даже солнечными лучами. А стационарное «внешнее горение» определяло высшую экологичность.

В 1945 году инженеры конторы Philips отыскали «стирлингу» оборотное применение — раскрутив вал мотора электромотором, они вызвали остывание головки цилиндров до минус 190°С! Эта особенность мотора Стирлинга отыскала применение в промышленных холодильных установках. А в 1972 году был построен экспериментальный автомобиль Форд Torino с 4-х цилиндровым «стирлингом» Philips мощностью 172 л.с. Но далее тестов дело не пошло — обыденные ДВС были уже очень отлично освоены. Но южноамериканское аэрокосмическое агентство NASA отыскало возможность использовать «стирлинги» в составе электрических станций для работы в космосе…

Схема паросиловой установки автомобиля Stanley 735

При пуске следовало поднять давление в водяном и топливном баках при помощи ручных насосов и поджечь горелку. Во время прогрева горелка сжигала бензин, а после переключалась на основное горючее — керосин. Вода поступала в котел с обилием жаровых трубок и закипала, превращаясь в насыщенный пар. Этот пар направлялся в так именуемый пароперегреватель, расположенный в топке, и под температурой более 150°С с давлением в 40 атм попадал в двухцилиндровую горизонтальную машину мощностью в 20 л.с., которая приводила задние колеса. Коробки не было. Тяга регулировалась подачей пара при помощи дроссельного клапана. Отработанный пар отчаливал в конденсатор, где остывал, и в виде воды ворачивался в водяной бак. Расход воды и керосина был приблизительно схож — по 23 л/100 км. Припас хода составлял 250–400 км. Вместе с автоматикой, которая контролировала уровень воды в котле и подачу горючего к горелке, применялись «ручные» органы управления