Устройство автомобилей





Рождение автомобиля


Паровой котел под капотом



Попытки изобрести автомобиль, т. е. самоходное устройство, оснащенное автономным двигателем, работа которого не зависела бы от внешних природных сил или мускульной силы человека и животных, предпринимались давно. Наиболее часто в качестве движущей силы для далеких предков автомобиля древние изобретатели пытались приспособить пар.

паровая реактивная повозка Ньютона

Так, еще древнегреческий ученый Герон Александрийский описывал в своих трудах устройства, использующие для передвижения паровую турбину.
Звезда классической механики И. Ньютон оставил потомкам чертежи примитивной повозки, приводимой в движение паровым реактивным двигателем, состоявшим из парового котла с соплом, из которого вырывался пар и приводил в движение это самоходное устройство.

Ну и первым «настоящим» автомобилем, т. е. автономно передвигающимся устройством, явился именно «паромобиль» французского инженера Жозефа Кюньо, который в 1769 году изобрел и изготовил паровую повозку для нужд военного министерства Франции. По замыслам военных, это средство передвижения должно было подвозить тяжелые снаряды артиллеристам. Повозка вполне удовлетворительно прошла испытания, была способна перевозить грузы до 2,5 тонн со скоростью 5 км/ч и даже быстрее.

Николас Жозеф Кюньо (Nicolas Joseph Cugnot, 1725-1804) - французский военный инженер, получивший известность, как изобретатель первой самоходной машины. В 1769 году Кюньо представил проект повозки, «движимой действием водяного пара, образуемого огнем». Повозка передвигалась на трёх деревянных колесах, при этом переднее колесо было управляемым. Машина была снабжена небольшим паровым котлом, размещенным в передней части, и паровым двигателем с вертикальным цилиндром.
паровая повозка Вербиста Демонстрация чудо-машины на улицах Парижа в 1770 году закончилась не совсем удачно, поскольку машина Кюньо оказалась очень тяжёлой в управлении, и во время первых же испытаний врезалась в стену. Тем не менее, «паромобиль» Куньо по праву можно считать предшественником автомобилей, а также и паровозов.

Как это часто бывает в истории великих изобретений, первенство назваться прародителем самоходных машин оспаривает паромобиль Фердинанда Вербиста, построившего в 1672 году (т. е. почти на сто лет раньше Куньо) это необычное чудо техники для китайского императора Канси. Правда машина Вербиста не предназначалась для выполнения какой-либо транспортной работы или пассажироперевозок - его автомобиль был игрушечным, длиной чуть более полуметра. Но, тем не менее...

Несмотря на то, что машина Куньо произвела на приемную комиссию и очевидцев испытания большое впечатление, из-за множества недоработок практического применения «паромобиль» Ж. Куньо так и не нашел, и в 1801 году занял почетное место в парижском Музее искусств, где и хранится до сих пор.
Но, как говорится, - «лиха беда – начало». Вслед за Ж. Куньо конструированием паровых самоходных установок занялись многие талантливые изобретатели. Некоторые модели «паромобилей» могли не только вполне сносно перемещаться, но и выполнять транспортную работу.

К таким устройствам относятся повозка-локомотив француза Вильгельма Мердока, изготовленная в 1785 году (В. Мердок являлся в свое время ассистентом Ж. Куньо), дорожные повозки изобретателей Вильяма Саймигтона (1786), Натана Рида (1790), Оливера Эванса (1800), Ричарда Тревисика (1801) и многих других талантливых инженеров.

паровая машина Куньо

Некоторые образцы паровых автомобилей имели неплохие даже по нынешним меркам технические характеристики. Так, паровой автомобиль Rapide, построенный в 1881 году французом Амедэ Болле, мог передвигаться со скоростью движения 60 км/час, а паровые автомобили французской компании De Dion-Bouton, основанной в Париже в 1883 году, выиграли гонки Париж-Руан в 1894 году.



Считать паровые автомобили неуклюжими и неповоротливыми монстрами, пыхтящими и чадящими продуктами своей «жизнедеятельности», будет не совсем верно. В конце XIX века «паромобили» наиболее передовых фирм и производителей достигли своеобразного пика в совершенствовании моделей. Усовершенствование конструкции привело к тому, что паровые двигатели автомобилей наиболее удачных моделей работали мягко, бесшумно и вполне комфортно для пассажиров и водителя, в том числе с точки зрения экологии.

Изобретение в 1889 году компактного парогенератора французом Леоном Эммануэлем Серполле (Leon Serpollet) позволило заметно снизить массу парового двигателя и автомобиля в целом, а также время на подготовку двигателя к работе.
Пар теперь можно было получать быстро благодаря особому устройству-испарителю, представляющему щелевую трубку, подогреваемую керосиновой горелкой. Поступая в разогретую трубку, вода испарялась практически моментально, что позволяло значительно расширить эксплуатационные и динамические возможности парового двигателя.

Достаточно сказать, что в 1902 году Л. Серполле создал гоночную машину с паровым двигателем, на которой в Ницце был установлен мировой рекорд скорости на суше - 120,77 км/ч. А если верить французскому изданию «La Locomotion», в августе 1902 года Серполле на своем автомобиле с паровым двигателем в одном из тренировочных заездов достиг скорости 180 км/ч!. Однако из-за серьезной поломки паровой машины официально повторить рекорд не удалось.
Паровой автомобиль-рекордсмен Серполле Следует отметить также, что Л. Серполле первым придал автомобилю обтекаемые формы, хотя они и были далеки до совершенства с точки зрения современной аэродинамики.
Достижения Леона Серполле в науке и технике увековечены памятником, установленным во Франции. Памятник изготовлен из белоснежного мрамора, что символизирует победу человека над стихией пара.

Тем не менее, несмотря на древность родословной и простоту получения энергии пара, «паромобили» вскоре уступили место более совершенным средствам передвижения, использующим в качестве энергетического средства двигатели внутреннего сгорания. Основные причины, по которым паровые автомобили не смогли конкурировать с новыми транспортными средствами – низкий КПД паровых двигателей, массивность агрегатов и узлов, а также относительно долгая подготовка паровой машины к работе (разогрев котла и парогенератора и т. п.). Низкий КПД изначально заложен в конструкции поршневых двигателей внешнего сгорания - подогрев рабочего тела вне цилиндров неизбежно приводит к потерям теплоты во внешнюю среду, а «путешествие» разогретого пара или газа в цилиндр сопровождалось еще бóльшими потерями.
Применение парогенераторов, как можно догадаться, не решало вопроса по повышению КПД, поскольку сжигание керосина или иного топлива вне цилиндра двигателя для разогрева элементов парогенератора тоже сопровождалось существенными потерями энергии. Быть может, в прошлом веке это было не столь уж существенным недостатком, но времена и требования стремительно меняются. В настоящее время такая характеристика любого двигателя, как экономичность, занимает лидирующие позиции в показателях его эффективной работоспособности и лимитирует его востребованность к производству.

***

Электромобиль - достоинства и недостатки электрической тяги на колесах