Экипаж с паровым двигателем

Теоретически задача постройки автомобиля, то есть повозки, которая бы сама ездила, была уже почти решена. Необходимо было лишь построить экипаж с механизмом управления, приводимый в движение находящимся в нем двигателем. Очевидно, что в XVIII веке таким двигателем могла стать только паровая машина.

Впервые эту идею высказали авторы единицы мощности – «лошадиная сила», Дениз Папин и Томас Сэвери, но, к сожалению, они не были в состоянии подтвердить свои мысли практически. Даже знаменитый Джеймс Уатт, являющийся изобретателем паровой машины, когда ему в 1759 году один из студентов по фамилии Робинсон предложил постройку паровой телеги, заинтересовался этой идеей лишь ненадолго, поскольку эта работа отрывала его от основной цели – усовершенствования мощной фабричной паровой машины с отдельным котлом. Реализация оставшихся в теории английских проектов Сэвери, Робинсона и Уатта удалась французу Никола Йозефу Кюньо.

Кюньо, родившийся в 1725 году в Лотарингии, был хорошо образован и уже с детства проявил исключительный интерес к технике. К несчастью, он не имел капитала, который позволил бы юноше посвятить себя изобретательству, и, чтобы получить материальную независимость, Кюньо поступает на службу в армию и вскоре дослуживается до звания капитана инженерных войск. Уже тогда он проявил глубокие знания строителя современных укреплений, причем попутно осуществил ряд ценных изобретений. Некоторые из его проектов дожили до наших дней.

Инженер детально интересовался приспособлением паровой машины для привода «безлошадного экипажа», досконально знал конструкцию машины Папина и ряда паровых машин Уатта. К сожалению, все они имели основной недостаток – слишком большие размеры этих конструкций не позволял разместить их на повозке. Поэтому Кюньо начал постройку собственной паровой машины небольших размеров. Но получавшиеся конструкции были слишком велики, и, наконец, скромный капитан встал перед необходимостью прекратить работы, на которые уже не хватало личных финансовых средств, а все усилия по поиску дополнительного финансирования от правительства не давали результата.

Однако в 1764 году, когда изобретатель был готов полностью отказаться от исполнения своей мечты, ему улыбнулась удача. Подаваемая много раз просьба об аудиенции у министра обороны была удовлетворена. Естественно, сам министр не имел намерения интересоваться работой и проектами Кюньо, но поручил генералу де Грибьев, знающему толк в механике, ознакомиться с изобретением. Генерал, исключительно интеллигентный и умный человек, быстро понял, какой переворот может совершить в армии «механический мул» в качестве артиллерийского тягача. Он поддержал идею построения опытного образца машины Кюньо. Однако первых пробных поездок пришлось ждать пять лет. Они с полным успехом прошли в Брюксе в присутствии небольшого числа зрителей. Результат этих испытании позволил устроить демонстрацию машины в Париже, на которую был приглашен даже министр обороны Франции.

Первый автомобиль, так называемая малая телега Кюньо, с собственным именем Фардье, устойчиво развивал на дороге скорость 4,5 километров час, но только в течение 12 минут, поскольку на большее не хватало ни воды, ни пара. Необходимо было наполнить котел водой и вновь разжечь под ним костер, так как у первого автомобиля отсутствовала даже топка. Несмотря на свои недостатки, телега так понравилась министру, что он приказал тотчас же приступить к постройке улучшенного и увеличенного экземпляра, который можно было бы изготовлять в больших количествах для использования в войсках для транспортировки пушек.

Получив в свое распоряжение 20 тыс. франков в качестве вознаграждения за первую конструкцию, Кюньо с энтузиазмом взялся за дело. В конце 1770 года были проведены испытания нового, более мощного парового автомобиля Кюньо в присутствии официальных военных экспертов, которые дали очень похвальное заключение, когда тягач полностью выполнил поставленные перед ним задачи, хотя его скорость езды не превышала 4 километров в час вместо требуемых пятнадцати. Движение было уже непрерывным, поскольку котел имел собственную топку, и не требовалось разжигать на земле костер. К тому же Кюньо уже придумал, как увеличить скорость хотя бы до скорости марша войсковых колонн, чтобы артиллерия не оставалась сзади. Дальнейшая судьба развития в этом направлении и получения заказа на большую серию паровых тягачей зависела от официального показа действующей машины перед высшей государственной властью и аристократией.

Наконец настал день демонстрации. Кюньо, как обычно, занял место водителя. Передвинув рычаг и открыв клапан подачи пара, он обеими руками взялся за рукоятки руля, требовавшие, приложения очень большой силы во время поворота, что необходимо было исправить в следующих образцах. Телега, шипя выходящим из цилиндров паром, под удивленные возгласы собравшихся зрителей, с большой скоростью проехала вдоль улицы. Наконец-то успех! Однако... Что это? Телега свернула с дороги и едет прямо в стену! Заклинило механизм управления. Стоп! Стоп!

К несчастью, Кюньо не хватило сил, чтобы своевременно повернуть переднее колесо с закрепленной над ним паровой машиной и тяжелым котлом, наполненном водой. Он растерялся и забыл о возможности остановить телегу простым перекрытием подачи пара. Разогнавшаяся телега всей своей массой в три тонны ударилась в стену и разнесла ее буквально на кирпичики. Массивный водяной котел оторвался и взорвался, как писали газеты того времени, «с грохотом на весь Париж». Среди поднявшейся суматохи, толкнули кого-то из важных чинов, наступили на ногу маршалу королевского двора, и сбили шляпу с головы министра обороны...

Возмущение было единодушным. Присутствующие во весь голос выражали свое недовольство. Как ни пытался изобретатель объяснить причины этого неприятного инцидента, собравшиеся были настроены по-иному, и дальнейшие испытания были прекращены.

К счастью, телегу Кюньо не постигла участь многих подобных технических новинок, она не сгнила и не заржавела на свалке. В 1794 году телегу сдали в появившееся в этот год «хранилище машин, инструментов, моделей, рисунков и описаний по всем видам искусств и ремесел» в качестве очередной механической диковинки.

Позднее она заняла центральное место в Парижском музее искусств и ремесел, а ее изображение стало эмблемой французского общества автомобильных инженеров. На родине Кюньо, в Лотарингии, ему поставят памятник, где в 1969 году было торжественно отмечено двухсотлетие «паровой телеги».

В начале XIX века возникли и начали быстро развиваться железные дороги. Но из-за необходимости прокладывать рельсы, движущиеся по ним машины, получившие название паровоз, не могли широко использоваться на всей территории государства.

Для подвозки грузов и пассажиров к железной дороге стали широко применять экипажи. Поэтому в эти годы появилось множество конструкций безрельсовых паровых повозок. Основное свое развитие они получили в Англии, где паровые машины, как и ткацкие станки, стали основой промышленного переворота.

К этому времени мощность паровых экипажей уже увеличился в 10 раз по сравнению с повозкой Кюньо, значительно были уменьшены размеры машин и расход топлива. Однако развитие безрельсового парового транспорта в отличии от железнодорожного шло не достаточно быстро. Истории известен такой случай, когда церковь заподозрила Уильяма Мердока в общении с нечистой силой, во время опытов с паровой машиной, и изобретателю пришлось остановить все работы. Кроме этого вокруг паровых машин возник скандал, связанный с тем, что Джеймс Уатт обвинил своего бывшего сотрудника Ричарда Тревитика планировавшего установить паровую машину на свою повозку, в краже идей фирмы «Болтон и Уатт». Уатт пытался даже провести в английском парламенте закон о запрещении опасных паровых экипажей. Ему это не удалось, но Тревитику все равно пришлось остановить работы. Это было связано с отсутствием в окрестностях Лондона хороших дорог, пригодных для его парового экипажа. На расчистку трасс для повозки от камней и деревьев ушло все состояние Тревитика, и он умер в неизвестности и нищете. Лишь в 20-х годах XIX века, после значительного улучшения качества дорог, паровые повозки вновь стали появляться на английской земле.

Первые четыре паровых повозки, изготовленные Голдсвортом Гарнье Гэрнея, начали совершать регулярные рейсы и наездили в 1831 году около 6 тысяч километров. Однако этот результат был почти в десять раз меньше годового пробега четырех конных дилижансов.

Более успешно организовал движение паровых повозок другой английский изобретатель – Уолтер Хэнкок. Однако и его повозки были далеки от совершенства. На рейс длиной в 120 километров требовалось затратить около 12 часов. Из них паровой дилижанс двигался часов 7-8. Остальное время уходило на пополнение запасов воды и топлива. Со временем к дилижансу присоединили повозку с запасами топлива и воды. Это позволило 9-ти пятнадцатиместным паровым дилижансам Хэнкока совершить около 700 рейсов и преодолеть почти 7 тысяч километров со скоростью в 30 километров в час.

Едва паровые дилижансы стали более уверено вести себя на дорогах, появилось новое препятствие. Владельцы конного почтового и пассажирского транспорта, видя в паровых автомобилях серьезного конкурента, убедили парламент Англии в том, что машины портят дороги. Правительство ввело налоги на паровые автомобили, а подкупленные журналисты, даже мельчайшие проблемы, возникающие во время движения, раздували до огромных статей, описывающих ужасы, которые таит в себе паровик. Это не могло не вызвать недовольство у населения. Следующим ударом по владельцам механических повозок стал принятый парламентом «Закон о дорожных локомотивах», который уничтожил самое главное преимущество парового транспорта – скорость, ограничив ее до скорости конного транспорта – 15 километров в час.

В 1865 году, когда железные дороги покрыли своей сетью основную часть территории Англии, их владельцы совместно с владельцами конного транспорта нанесли окончательный удар по паровым каретам. Под их давлением парламент принял дополнения к «Закону о дорожных локомотивах». Начиная с этого года, паровые машины должны были на загородных участках дороги двигаться со скоростью 7 километров в час, в приделах города – со скоростью еще в два раза меньшей. Кроме этого перед паровой повозкой должен был бежать человек с красным флажком, предупреждая всех о приближающейся опасности.

Этот, не вызывающий ничего кроме удивления, закон был смягчен лишь в 1878 году и полностью отменен в 1896 году, когда уже по территории Европы ездили десятки сотен автомобилей с бензиновыми двигателями. Так в Англии на несколько десятилетий был уничтожен такой вид транспорта, как паровые дилижансы. Однако паровозы, приводимые в движение тем же паровым двигателем беспрепятственно, и с выгодой для их владельцев продолжали катить по рельсам.

Россия тоже не отстала от всеобщего увлечения паровыми двигателями. И хотя проектов создания паровых автомобилей в России было достаточно много, построены из них были лишь единицы. Первым наиболее реальным проектом стал «быстрокат» Казимира Янкевича, датированный 1830 годом. Однако, он так и не был построен несмотря на то, что по заверениям автора был способен развивать скорость до 30 километров в час.

Первый паровой колесный тягач в России был построен в 1874 году на Мальцовском заводе в Людиново. За прототип был взят английский автомобиль «Эвелин-Портер», однако русский тягач получился мощнее и тяжелее. Кроме этого он был приспособлен к работе на дровах, а не на угле. Всего было построено семь таких тягачей.

Как и во Франции, большой интерес к паровым тягачам в России проявило военное ведомство. Как только в России появился первый рутьер, приобретенный бароном Буксгевденом для своего имения под Ригой, военные провели его испытания. Паровой тягач «системы Томсона» достойно выдержал испытания, и в 1876 году, после испытаний еще нескольких моделей рутьеров, было принято решение об их закупке для нужд российской армии.

Следующим паровым автомобилем после рутьеров Мальцевского завода был построенный в 1901 году легковой паромобиль московского велосипедного завода «Дукс». На машине этой довольно удачной конструкции был не только совершен пробег в Крым и обратно, но и совершено восхождение на Ай-Петри. Однако паровым автомобилям так и не удалось серьезно прижиться в России. Лишь перед началом Первой мировой войны появилась еще одна конструкция – дорожный локомотив Коломенского машиностроительного завода со 110-сильными паровыми машинами. Позже они успешно работали на строительстве восточной части Амурской железной дороги.

Последней попыткой России в этом направлении стала постройка в конце 1949 года двух паровых грузовых автомобилей НАМИ-012. Созданные с использованием узлов и агрегатов автомобиля ЯАЗ-200, они были оснащены паровой машиной мощностью 100 лошадиных сил, работающей на дровах, и предназначались для использования на лесоразработках. Испытания подтвердили работоспособность и долговечность машин, при этом их ходовые качества были не хуже, чем у дизельного грузовика. Позже был разработан проект усовершенствованного лесовозного полноприводного тягача на базе НАМИ-012, который был даже рекомендован в серийное производство. Однако из-за отсутствия производственных мощностей его выпуск так и не был налажен.

Но вернемся во Францию конца XIX века. Здесь в это время паровые автомобили пережили свое второе рождение. На этот раз его двигатели были оснащены керосиновыми горелками вместо угольных топок, и не нуждались в тяжелом запасе угля и долгом разогреве. Леон Серполле (1858-1907) в своей модели парового экипажа заменил водяной котел длиной, многократно изогнутой трубой – змеевиком. Это позволило уменьшить объем используемой воды – змеевик быстро разогревался, непрерывно образовывая необходимое для работы машины количество пара. При этом пар не скапливался в водяном баке, что часто служило поводом для его взрыва. Кроме этого на повозке Серполле были установлены эластичные шины, повышающие комфорт поездки и специальный механизм, соединяющий вал паровой машины и ведущие колеса – кардан. Он получил свое название от имени итальянского изобретателя Джероламо Кардано и позволял передать вращение от неподвижно закрепленной паровой машины к покачивающимся на рессорах колесам повозки.

Аналогичным образом были построены паровые экипажи отца и сына Болли (их обоих звали Амадеями). Занимаясь литьем колоколов, Болли-отец увлекся изучением технологии обработки металлов, а затем и устройством различных машин. На выставке в Париже, проходящей в 1867 году, двадцатилетнего юношу поразили велосипеды и паровые омнибусы.

У Амадея Болли зародилась идея создать паровую повозку личного пользования, которая, как писал сам мастер – «предоставила бы удобства велосипеда людям пожилого возраста и далеким от спорта». Причем планировалось создать не подобие паровоза без рельсов и не конный экипаж с паровым двигателем, а принципиально новое средство передвижения.

Начало франко-прусской войны на время отодвинуло реализацию этой идеи, но уже в 1875 году первая паровая машина Болли была продемонстрирована в Париже. Она представляла собой паровой дилижанс, рассчитанный на 12 мест, и получила название «L'Obeissante» («Послушная»). Имея общую массу 5 тонн, паровик расходовал на 1 километр пути 2,5 килограммов угля и 14 литров воды. По этим показателям Болли удалось опередить подобные паровые омнибусы англичан в 1,5-2 раза. Впереди сидел управляющий поездом (по терминологии тех лет – кондуктор), а сзади – кочегар (шофер), который обслуживал паровой котел. Четырехцилиндровая паровая машина, точнее, две двухцилиндровых, каждая из которых имела привод на одно колесо через цепную передачу, давала возможность на ровной горизонтальной дороге развивать скорость до 40 километров в час. Экипаж имел двухступенчатую коробку передач. «Послушная» восхищала своими параметрами посетителей выставки и вместе с тем отпугивала своей необычной внешностью.

Болли продолжал совершенствовать свою паровую повозку и через некоторое время придал ей более традиционный вид. Его новая модель, изготовленная в 80-х годах XIX века, получившая название – «Новая» имела еще более высокие показатели. Масса омнибуса составляла 3,5 тонн, при этом на один километр пути ей требовалось 1,5 килограммов угля и 7 литров воды. По своим скоростным характеристикам машина Болли могла соревноваться даже с только что появившимися бензиновыми автомобилями. Кстати, если отбросить паровой двигатель, то по конструкции и внешнему виду повозка Болли гораздо больше была похожа на современный автомобиль, чем первые бензиновые «безлошадные экипажи», официально считающиеся автомобилями. В их конструкции присутствовали даже такие элементы, как независимая подвеска колес и металлический кузов, получившие распространение на автомобилях лишь в середине 30-х годов XX века.

В дальнейшем проявилась тенденция использования паровой машины в качестве двигателя легких трех- и четырехколесных повозок. Во Франции этим занимались Леон Серполле и фабрика «Де Дион-Бутон и Трепарду». Использование вертикального трубчатого котла намного меньшего размера, чем обычные, позволило уменьшить вес двигателя, упростить обслуживание и устранить опасность взрыва. Получившиеся в результате усовершенствования небольшие, похожие на брички четырехместные паровые экипажи были очень популярны в начале XX века во Франции и особенно в США, где паровые автомобили выпускались вплоть до «Великой депрессии» начала тридцатых годов.

Но, несмотря на все усовершенствования, паровые автомобили второй половины XIX века оставались весьма неудобными для эксплуатации. Водителю такого автомобиля нужно было владеть теми же знаниями и сноровкой, как и машинисту на железной дороге. Ведь только для того чтобы подготовить паровой автомобиль к движению, необходимо было проявить немало смекалки и потратить большое количество времени.

Задолго до планируемой поездки водитель должен был запалить пусковую горелку (считалось большой удачей, если это удавалось сделать в безветренную погоду) и отрегулировать подачу горючего и воздуха. После этого надо было терпеливо ждать повышения давления пара до определенного уровня. Если по недосмотру водителя давление в котле чрезмерно повышалось, стеклянная мерная трубка лопалась, поездку приходилось откладывать. Вначале гасили горелку и после того, как машина остывала, меняли измерительную трубку. После этого процесс по подготовки автомобиля к поездке повторялся вновь. Кстати, первое зеркало заднего вида появилось на американском паровом автомобиле. Предназначалось оно не для того чтобы наблюдать за дорогой, а для того чтобы смотреть за капризной измерительной трубкой.

В пути водитель должен был следить за уровнем воды в котле, добавлять воду перед подъемами, а при спусках с горы – накапливать пар. Кроме этого ему приходилось время от времени подкачивать механизмом, напоминающим велосипедный насос топливо к горелке. Но и это еще не все – через каждые 50 километров нужно было заправлять котел водой, горелку – топливом, смазывать механизмы, удалять накипь и нагар.

Заканчивая поездку нельзя было просто поставить автомобиль в гараж, выключить горелку и пойти домой. Предварительно водитель задувал главную горелку и выпускал часть воды из котла. Пусковая горелка оставалась зажженной до утра, что нередко приводило к пожарам.

Не каждый бы человек согласился ежедневно проводить все эти операции и дополнительно овладевать специальностью машиниста паровоза. Это привело к тому, что паровая машина была практически недоступна массовому потребителю. Несмотря на это, именно она сыграла важную роль в развитии автомобильной техники. Была доказана возможность механического передвижения экипажа, опробованы и усовершенствованы механизмы будущего автомобиля. Со времен паровых автомобилей нам осталось и слово «шофер» (его раньше писали через два «ф»), что в переводе с французского обозначает «кочегар». И хотя на автомобиле давно уже нет ни котла, ни топки, часто современного водителя называют шофером.

К началу XX века паровые двигатели могли достигать мощности в 15 миллионов ватт, а скорость вращения их вала составляла 1000 оборотов в минуту. На одной из своих поздних машин Серполле в 1902 году устанавливает мировой рекорд скорости автомобиля – 120 километров в час. Годом позже он устанавливает еще один рекорд – 144 километров в час. А еще через два года, в 1905 году американец Ф. Мариотт на паровом автомобиле превышает скорость в 200 километров в час.

Казалось, еще чуть-чуть и паровой автомобиль будет признан всеми и завоюет себе будущее. Усилия Серполле и других автомобильных конструкторов вызывают одобрение, и люди мирятся с хлопотами связанными с обслуживанием паровых машин. Но технический прогресс не стоит на месте – в 80-х годах XIX века появляются автомобили с бензиновыми двигателями. Их главное преимущество заключается в малой массе и быстром запуске, хотя они не лишены ряда недостатков, от которых уже «вылечились» паровые машины.

В течении четверти века шло соревнование между двумя видами двигателей, заканчивавшееся полной победой бензинового. Однако про паровой двигатель при этом не забыли. Нашлись энтузиасты, которые продолжали его совершенствование даже после поражения. Им удалось сделать паровики практически бесшумными, более долговечными. Кроме этого изготовленные инженерами паровые двигатели начала XX века быстро запускались, были просты в управлении и не загрязняли воздух. Но самый главный их недостаток по сравнению с бензиновыми двигателями остался и даже продолжал увеличиваться. Речь идет об отношении массы двигателя к развиваемой им мощности. Для бензиновых двигателей этот коэффициент оказался в несколько раз ниже. Именно поэтому даже паровозы, просуществовавшие на железных дорогах достаточно длительное время, в середине XX века практически полностью были вытеснены дизельными и электрическими локомотивами.

Не смотря на все старания ученых и инженеров спасти паровики, они уже не соответствовали тем требованиям, которые предъявляла автомобильная техника. Паровые двигатели оставались тяжелыми, громоздкими, требовали большого количества топлива и воды и не обещали никакого дальнейшего повышения экономичности. На транспорте их все больше и больше вытесняли появившиеся в конце XIX века двигатели внутреннего сгорания.