Паровой двигатель на автомобиле: Пар против бензина / Хабр

Содержание

Паровые автомобили, способные обогнать самолет

В 1769 году на улицах Парижа появилась причудливая самодвижущаяся повозка, которой управлял ее создатель — артиллерийский инженер Николай Жозеф Кюньо. Сердцем конструкции была паровая машина, работающая по принципу медицинской банки — медный цилиндр наполняли паром, после чего впрыскивали воду, и возникавший вакуум втягивал поршень.

Александр Ильин

Несмотря на архаичность конструкции, повозка развила приличную скорость, о чем свидетельствует конец первого в истории заезда: водитель не справился с управлением и врезался в стенку. Спустя сто лет паровые автомобили вовсю носились по городским улицам, развивая приличные даже по сегодняшним меркам скорости.

В январе 1906 года Фред Мариотт на паровичке с удивительно скромным названием «Ракета», построенном компанией «Братья Стенлей», впервые в мире преодолел 200-километровую отметку, развив скорость в 205,4 км/ч. «Ракета» обгоняла не только любой автомобиль того времени, но и даже самолет. В следующем году прославленный гонщик разбился — опять же на паровом автомобиле. Как показало расследование, на скорости 240 км/ч. Напомним, шел 1907 год. К началу XX века по дорогам колесили уже десятки тысяч паровых автомобилей, в основном грузовиков. От бензиновых собратьев они отличались чрезвычайной долговечностью и надежностью и могли работать на всем, что горит, — угле, дровах, соломе. У этих машин была небольшая скорость (до 50 км/ч), они брали на борт сотни литров воды и выпускали пар в атмосферу.

В Европе паровые автомобили продержались до начала Второй мировой войны и еще в 50-е годы серийно выпускались в Бразилии. Однако были у замечательных машин и серьезные недостатки: после твердого топлива остается много золы и шлака, в его дыме содержится копоть и сера, что абсолютно неприемлемо для городских улиц. Но даже не копоть поставила крест на таких автомобилях. Дело в том, что растопка котла на твердом топливе длилась около двух часов. Поэтому их старались не гасить вовсе — на ночь котел подключали к зданию, нуждавшемуся в тепле, а утром через 10−15 минут автомобиль был готов отправиться в путь. Аналогично использовались железнодорожные паровозы — для отопления небольших поселков.

Автомобиль на спирте

Альтернативой стал паровой автомобиль на жидком топливе: бензине, керосине и спирте. Казалось бы, зачем применять паровой котел, если жидкое топливо прекрасно горит и в двигателе внутреннего сгорания (ДВС)?

Но инженеры того времени рассуждали иначе. Многим из них казалось, что ДВС для транспорта не пригоден: его нельзя запустить, не размыкая трансмиссию, достаточно его притормозить, и он глохнет. ДВС не развивает достаточную тягу во всем диапазоне скоростей, и его приходится дополнять коробкой передач. А теперь посмотрите на паровую машину. Она обладает способностью автоматически приспосабливаться к дорожным условиям. Если сопротивление движению возрастает, она замедляет вращение и увеличивает крутящий момент. Если же сопротивление движению уменьшается, она вращается все быстрее и быстрее.

Вспомним паровоз. Поршень его паровой машины соединялся шатуном непосредственно с колесами. Сцепления и коробки передач не было и в помине. Простой подачей пара в цилиндр паровозы трогали с места тысячетонные составы, постепенно увеличивая их скорость, иной раз километров под двести. И все это делал без каких-либо промежуточных элементов простейший (если сравнивать с ДВС) двигатель.

Поэтому инженеры предпочитали изготовить легкий компактный парогенератор и обойтись лишь одной только паровой машиной, не прибегая к коробке передач и сцеплению.

Первые паровые автомобили на жидком топливе начинали движение уже через 23 минуты. Они выпускали пар в атмосферу, и им требовалось около 30 л бензина и более 70 л воды на 100 км пути. Именно такой двигатель стоял на чемпионской «Ракете».

Автомобиль для миллионеров

В 1935 году на Московском автозаводе им. Сталина (ныне ЗИЛ) появился легковой автомобиль высшего класса с кузовом из красного дерева на шасси «Паккард» из хромоникелевой стали. Этот автомобиль, сделанный американской фирмой «Беслер» по лицензии компании «Добль» в 1924 году, был паровым. Под его капотом размещались парогенератор и два (один за другим) радиатора. На заднем мосту стояла небольшая паровая машина, выполненная в едином блоке с дифференциалом. Сцепления, коробки передач и карданного вала на автомобиле не было. Управление двигателем осуществлялось педалью подачи пара. Изредка приходилось изменять отсечку — фазу прекращения впуска пара в цилиндр. Обычный поворот ключа зажигания — и через 45 секунд автомобиль трогается с места. Еще пара минут — и он готов начать разгон до скорости 150 км/ч с ускорением 2,7 м/с².

Езда на паровом автомобиле — одно удовольствие. Он движется бесшумно и плавно. Тот самый «Добль-Беслер» продолжали испытывать и после войны. Вот что рассказывал инженер-испытатель автомобиля А. Н. Малинин.

В автoмобильной промышленности широко используются испытательные стенды с беговыми барабанами. На таком стенде автомобиль устанавливают ведущими колесами на специальные барабаны, которые имитируют дорогу: мотор работает, колеса вертятся, «дорога» движется, а машина стоит.

И вот однажды в кабину паровичка, стоявшего на таком стенде, сели Малинин и профессор Чудаков (мировая величина в области теории автомобиля). Сели и сидят в полной тишине. Только профессор кнопки нажимает и на приборы поглядывает. Инженер поскучал и спрашивает: «Не пора ли в путь?» «А мы давно уже едем», — отвечает профессор. Спидометр показывал 20 км/ч — величину по тем временам приличную.

По нашим понятиям улицы тогда были пустынны. Но чтобы услышать шум работы парового автомобиля даже на такой улице, приходилось прикладывать ухо к выхлопной трубе парогенератора. Тут тоже требуется пояснение. Двигатель автомобиля «Добль-Беслер» работал по замкнутому циклу с конденсацией пара.

70 л воды хватало на 500 км езды. Выпускать пар на улицу приходилось лишь в редких случаях. Поэтому при хорошо сделанных механизмах в автомобиле просто ничего не могло шуметь, а из парогенератора доносился лишь шум пламени.

Ездить на всем, что горит

Сгорание топлива в цилиндре двигателя внутреннего сгорания (ДВС) протекает при постоянно меняющихся количестве кислорода и температуре, что приводит к образованию огромного объема токсичных веществ. Легковой автомобиль за час работы вырабатывает их достаточно для гибели не одного человека.

В горелке парогенератора все процессы протекают при постоянных и наилучших условиях, поэтому токсичность выхлопа парового автомобиля в сотни раз ниже, чем у автомобиля с ДВС. Проще говоря, сгорание топлива в парогенераторе — длительный непрерывный процесс, как в кухонной газовой горелке. В нем успевают полностью завершиться почти все реакции, чего не удается сделать в цилиндре ДВС.

Важнейший показатель автомобиля — расход топлива. «Добль-Беслер» выпуска 1924 года при массе 2200 кг в среднем расходовал 18 л бензина на 100 км. Это было довольно мало для того времени и оставалось приемлемо для машин такой массы на протяжении 40 лет. Заметим, что в горелке парогенератора могло гореть любое жидкое топливо — бензин, керосин, спирт, растительное масло, мазут… Хотя задача удешевления или экономии топлива в данном случае не ставилась. Автомобиль предназначался для миллионеров.

Наследник самогонного аппарата

Самый важный элемент автомобиля — парогенератор. Он был разработан американскими изобретателями братьями Добль еще в 1914 году и выпускался в Детройте. Он состоял из 10 соединенных последовательно плоских змеевиков в корпусе из жаропрочной стали. Стенки корпуса также были увиты трубками с водой. Холодная вода из конденсатора при помощи небольшого насоса подавалась вначале в трубку, обвивающую стенки корпуса, где немного подогревалась. Это уменьшало потери тепла через стенки. А дальше она поступала в змеевики, где закипала и превращалась в перегретый пар с температурой 450°C и давлением 120 атмосфер.

Такие параметры пара для того времени считались крайне высокими. Как говорит теория, с увеличением температуры и давления пара КПД паровой машины растет. Воспользовавшись этим, братья Добль сделали ее весьма экономичной и легкой. Она имела два цилиндра, и каждый из них был сдвоенным. Пар вначале подавался в верхнюю часть малого диаметра, где расширялся и совершал работу. После этого он поступал в нижнюю часть, имевшую большие диаметр и объем, где совершал дополнительную работу. Принцип двойного расширения был особенно полезен при движении по городу. Здесь часто (например, в момент разгона или троганья с места) в машину подавались большие порции пара, которые бы не сумели отдать всю свою энергию, расширяясь однократно.

Отработанный пар отдавал свое тепло холодной воде, поступавшей в парогенератор, и лишь только после этого попадал в конденсатор, где превращался в воду. Вода подавалась в парогенератор порциями, достаточными лишь для совершения одного-двух ходов поршня паровой машины. Поэтому в парогенераторе единовременно содержалось лишь несколько десятков граммов воды, и это его делало абсолютно взрывобезопасным. При разрыве трубки пар струйкой втекал в топку и автоматика выключала горелку. Подобный случай произошел лишь однажды — после пробега более чем в 200 тысяч километров. Об этом узнали только потому, что автомобиль перестал заводиться. Ремонт длился не более часа и сводился к замене змеевика.

Куда они делись

Возникает вопрос: если паровые автомобили так хороши, то почему же они не вытеснили автомобили с ДВС? Паровой двигатель, насыщенный автоматикой, множеством вспомогательных агрегатов, в начале XX века был сложнее и дороже, чем ДВС, и при этом имел меньший КПД. К тому же, занимал довольно много места — в первую очередь из-за необходимости иметь отдельный бак с водой. Токсичность же выхлопа в те времена никто не ограничивал. И паровая машина проиграла.

С тех пор ДВС значительно усложнился, оброс электроникой, а для снижения токсичности его выхлопа используется специальная система. Сложными стали и трансмиссии. Так что неизвестно, на чем бы мы ездили сейчас, появись экологические требования на полвека раньше.

Легковые паровые автомобили начала XX века — NovaInfo 74

Яковлев В.Ф.
Самарский государственный технический университет
кандидат наук,доцент

NovaInfo 74, с.87-97, скачать PDF
Опубликовано 29 ноября 2017
Раздел: Технические науки
Просмотров за месяц: 28
CC BY-NC

Аннотация

Автомобили с паровым двигателем были первыми транспортными дорожными средствами, которые начали производиться промышленно в больших количествах. В начале ХХ века именно эти автомобили были наиболее совершенными, но быстро уступили в конкурентной борьбе электромобилям и авто-мобилям с двигателями внутреннего сгорания.

Ключевые слова

ЛЕГКОВОЙ АВТОМОБИЛЬ, ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ, ПАРОВОЙ КОТЕЛ, ПАРОВАЯ МАШИНА

Текст научной работы

Люди всегда нуждались в дорожных транспортных средствах с механическим двигателем, чтобы не зависеть от физического состояния тягловых животных. Первыми механическими двигателями, успешно применявшимися на практике, были паровые машины, именно их и устанавливали на автомобили в прошлом.

Сведения для составления настоящего обзора собраны в интернете, на сайтах, посвященных старинным автомобилям, например [1-3], в специальной литературе [4].

Прототипом автомобиля (и паровоза) считается устройство, успешно реализованное французским военным инженером Н.Ж. Кюньо в 1770 году. На рисунке 1 приведена фотография современной действующей копии этого устройства (https://commons.wikimedia. org/w/index.php?curid=41891793).

Рисунок 1. Современная копия машины Кюньо

Кюньо проектировал артиллерийский тягач. Концепт-кар имел габариты 7.25х2.3 м, три колеса, грузоподъемность 5 т, скорость 4 км/час, вес 2.8 т. Котел отапливался дровами, загружаемыми на остановке. Тягач не имел тормозов, и испытания в Париже закончились аварией, автомобиль врезался в стену арсенала [5]. В распоряжении Кюньо еще не было технологий, позволяющих создать надежный автомобиль, пригодный для практического применения.

Паровой двигатель и производственные технологии совершенствовались, что позволило начать в 1890-х годах масштабный выпуск паровых автомобилей для коммерческого и личного использования, в основном в США. Наиболее известными производителями паровых автомобилей были Clark (1895-1909 гг.), Locomobile (1899-1903 гг.), Stanley (1897-1924 гг.).

На рисунках 2-5 представлены фотографии некогда популярных паровых автомобилей [1, 3], они восстановлены и используются энтузиастами. У пассажиров и водителей этих элегантных автомобилей уже не было необходимости кидать лопатой в топку парового котла каменный уголь или подбрасывать дрова.

Рисунок 2. Stanley 735B 1918 годаРисунок 3. Doble D2 1922 годаРисунок 4. White Model G 1907 годаРисунок 5. Brooks Devon 1924 года

На рубеже ХХ века промышленность развитых стран выпускала электромобили, автомобили с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), паровые автомобили. В период 1898-1905 гг. больше всего выпускалось именно паровых автомобилей, например, в 1902 году из 909 вновь зарегистрированных автомобилей в США 485 были паровыми [2]. Только Stanley в 1898 -1906 гг. имел ежегодный объем продаж больший, чем все производители автомобилей с ДВС вместе взятые [1]. С 1906 года лидерами продаж стали электромобили, оттеснив паровые автомобили на второе место.

На рисунке 6 показана упрощенная схема автомобильной силовой установки с паровым двигателем двойного действия. Описание принципа её действия иллюстрируется фотографиями соответствующих узлов широко распространенных автомобилей Stanley [1].

Рисунок 6. Упрощенная схема парового двигателя автомобиля: 1 — водяная помпа, 2 — котел, 3 — дроссель, 4 — педаль газа, 5 — цилиндры, 6 — золотниковый механизм, 7 — кривошипно-шатунный механизм, 8 — конденсатор

Помпа 1 подает воду в парогенератор (котел) 2. На паровых автомобилях использовались дымогарные котлы с вертикальным расположением нагревательных трубок, по которым проходят раскаленные продукты сгорания топлива, нагревая и испаряя воду (Рис.7). Похожую конструкцию имеет всем знакомый самовар.

Рисунок 7. Паровой котел

Рабочее давление пара в котле автомобиля 28-42 кГ/см². Для сравнения: на паровозах нормального давления, например, наиболее распространенных в России серии «О», пар имеет давление до 22 кГ/см², на паровозах повышенного давления — 22-60 кГ/см² [6]. Котел расположен под капотом, на 20-ти сильном автомобиле Stanley 735B его диаметр 58.8 см, высота 46.0 см, внутри 750 нагревательных трубок.

На фотографии одного из автомобилей Stanley (Рис.8) виден котел 1, закрытый капотом. Под котлом расположен керосиновый нагреватель 2.

Рисунок 8. Котел с нагревателем на одном из Stanley: 1 — котел, 2 — нагреватель, 3 — сопла основного нагревателя, 4 — паровой двигатель, 5 — шторка фитиля

Для запуска подогревателя водитель должен отодвинуть защитную шторку 5 и зажечь спичкой в специальном отверстии на нагревателе керосиновый фитиль (как на старых газовых колонках). Фитиль нагревает подаваемый в сопла 3 основного нагревателя керосин до парообразного состояния. На некоторых моделях паровых автомобилей розжиг производился электрически, кнопкой из салона.

Нужно некоторое время, чтобы прогреть силовую установку парового автомобиля. Паровоз с холодной топкой будет готов к поездке не ранее, чем через 5 часов (это называется заправка паровоза [6]). Котел парового автомобиля менее инерционен, для большинства моделей его разогрев занимает от 20 минут до часа. Некоторые производители автомобилей, например, Doble [3], использовали флэш-котлы. Во флэш-котле вода подается и испаряется в спиральном змеевике, размещенном в потоке раскаленных продуктов сгорания топлива. Такие котлы разогреваются за полторы минуты. При низкой тепловой инерционности они требуют тщательного контроля давления и температуры пара, что было затруднительно при доступных в то время технологиях. Флэш-котлы были малонадежны и редко встречались на автомобилях.

Водитель, нажимая на педаль газа 4, на некоторых моделях это ручка на рулевой колонке, управляет количеством пара, подаваемого в цилиндры двигателя 5, с помощью дросселя-клапана 3 (Рис. 6).

Рисунок 9. Двигатель Stanley 735B: 1 — цилиндры, 2 — впускной патрубок, 3 — золотниковый механизм, 4 — коленчатый вал с маховиком, 5 — опорная плита, 6 — выпускной патрубок

Паровой двигатель 4 (Рис. 8) размещается вблизи ведущих задних колес. На рисунке 9 этот двигатель представлен без защитного кожуха. Пар в цилиндры 1 подается от котла через впускной патрубок 2. Золотниковый механизм 3 управляет впуском и выпуском пара в полости цилиндров. Паровая машина двойного действия, поэтому оба хода поршней — рабочие, их возвратно-поступательное перемещение преобразуется кривошипно-шатунным механизмом (Рис. 6, 7) во вращательное движение коленчатого вала 4 и колес. Все блоки двигателя и кожух смонтированы на опорной плите 5.

Отработанный пар через выпускной патрубок (Рис. 9, 6) подается в конденсатор (Рис. 6, 8), где остывает, конденсируется и помпой подается снова в котел. Конструктивно конденсатор близок автомобильному радиатору. Часть пара безвозвратно уходит в атмосферу, расход воды при этом составляет 23-30 л на 100 км пути. Ранние модели паровых автомобилей, такие как на рисунке 8, не оснащались конденсаторами и имели расход воды 117-235 л на 100 км пути.

Паровые машины широко применялись на автомобилях на рубеже ХХ века, т.к. обладали преимуществами по отношению к тогдашним двигателям внутреннего сгорания и электромоторам с точки зрения их применения на транспорте.

Паровая машина не нуждается в стартере. Сегодня на автомобилях с ДВС имеется система пуска: стартер, аккумуляторная батарея, коммутационная аппаратура. До 1912 года, пока автомобили с ДВС не начали комплектовать электростартером, пуск двигателя был проблемой. При прокрутке коленчатого вала пусковой рукояткой в случае обратной вспышки можно было получить травму вплоть до перелома руки или челюсти. На первом крупносерийном автомобиле конвейерной сборки Ford T в качестве безопасного варианта пуска двигателя предлагалось прокручивать поднятое домкратом заднее ведущее колесо [7].

В двигателе внутреннего сгорания рабочим является один ход поршня из четырех. В паровой машине двойного действия каждый ход поршня рабочий, поэтому двухцилиндровый паровой двигатель имеет такую же равномерность вращения коленчатого вала, как 8-ми цилиндровый ДВС.

Паровой двигатель обеспечивает необходимый для трогания автомобиля момент на валу при низких оборотах, легко останавливается и запускается водителем, поддерживает старт-стопный режим, нет необходимости использовать коробку передач, сцепление и глушитель.

Автомобиль, независимо от типа двигателя, расходует энергию, полученную извне. В топках паровых автомобилей сжигался керосин, недорогой и доступный, т.к. использовался в любом населенном пункте для освещения и на кухне. Сети заправочных станций для ДВС тогда ещё не было. Аккумуляторные батареи электромобилей заряжались в те годы от электромашинных преобразователей переменного напряжения в постоянное, т.е. двигатель переменного тока подключался к коммунальным электросетям и вращал якорь генератора постоянного тока. Полупроводниковых выпрямителей тогда не было.

В таблице 1 для сравнения приведены технические характеристики двух наиболее продаваемых в своих классах автомобилей на рубеже ХХ века: парового Stanley 735B [1] и бензинового Ford T [7].

Таблица 1. Технические характеристики Stanley 735B и Ford T
Характеристика	Stanley 735B	Ford T
Мощность, л.с.	20	20
Максимальная скорость, км/ч	72 — 80	64 — 72
Расход топлива л. на 100 км.	23 — 25	11 — 18
Снаряженная масса,кг	1320	540
Число мест	4 — 7	4
Цена, $	2600 в 1916 г., 55000 сегодня	350 в 1916 г., 7000 сегодня
Всего выпущено, шт.	1700	15000000

После оснащения автомобилей с двигателями внутреннего сгорания электростартерами они легко и быстро запускались. Паросиловая установка требует времени для приведения её в рабочее состояние. Паровой котел при рабочем давлении пара 28-42 кГ/см² и температуре 250-300 ºС опасен для окружающих при аварии с участием парового автомобиля. Паровой двигатель имеет более низкий коэффициент полезного действия, отсюда и больший расход топлива. Нужно иметь запас мягкой воды для котла. По совокупности этих причин паровой двигатель на автомобиле не выдержал конкуренции с ДВС.

Список литературы

Stanley Steamer – General Information. — [Электронный ресурс]. — URL: http:// www.stanleymotorcarriage.com (дата обращения: 2.11.2017).
Steam Automobile Club of America. — [Электронный ресурс]. — URL: https://www.steamautomobile.com (дата обращения: 2.11.2017).
Steam Car Club of Great Britain. — [Электронный ресурс]. — URL: http://www.steamcar.net (дата обращения: 2.11.2017).
Anderson C. D. Electric and hybrid cars: a history. — North Carolina, USA: McFarland & Company, 2010. – 269 p.
History of steam road vehicles. [Электронный ресурс]. — URL: https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_steam_road_vehicles (дата обраще-ния: 2.11.2017).
Технический железнодорожный словарь. [Электронный ресурс]. — URL: https://dic.academic.ru/contents.nsf/railway/ (дата обращения: 6.11.2017).
Ford Model T. [Электронный ресурс]. — URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Ford_Model_T (дата обращения: 8.11.2017).

Цитировать

Яковлев, В.Ф. Легковые паровые автомобили начала XX века / В.Ф. Яковлев. — Текст : электронный // NovaInfo, 2017. — № 74. — С. 87-97. — URL: https://novainfo.ru/article/14251 (дата обращения: 20.10.2022).

Экспериментальные паровые автомобили НАМИ-012 и НАМИ-018

Дмитрий Дашко, фото из архива ГУП НАМИ и автора

В 1948 году впервые в мире был изготовлен автомобиль, который заправляли… дровами. Разработчик и изготовитель – Центральный научный автомоторный институт, СССР.

Предшественники

Паровой автомобиль был предшественником не только привычного нам бензинового автомобиля, но и паровоза. Первая самоходная «паровая телега» была построена Николя-Жозефом Кюньо в 1769 году. После изобретения двигателя внутреннего сгорания паровые автомобили начали быстро вытесняться конкурентами. Однако в 1927 году вновь ненадолго возрос интерес к автомобилям парового типа благодаря освоению парового двигателя высокого давления. Это позволило продержаться паромобилям как грузовым, так и легковым в производстве до конца 30-х годов.

Россия познакомилась с машинами на паровом ходу еще в 1870–1878 годах, во время Русско-турецкой войны. В русской армии применялись локомобили английского и отечественного производства, по сути, дорожные паровозы-тягачи.

В 1902 году в Санкт-Петербурге в Ремесленном училище принца Ольденбургского был изготовлен паровой легковой автомобиль по типу французского Gardner-Serpolett. В 1902–1903 годах по лицензии американской фирмы Locomobile, изготавливающей простые легковые паромобили, была организована сборка семисильных малюток «Локомобилей» петербургским заводом «Дукс» и ростовским «Аксай». Таких автомобилей в общей сложности собрали несколько десятков.

Советские инженеры впервые обратились к автомобилям с паровыми двигателями в середине тридцатых годов прошлого века. НИИ Механизации лесного хозяйства в 1935 году предложил проект парового трехосного грузовика на базе ЯГ-10. Опытный экземпляр не был построен ввиду сложности изготовления конструкции – в конструкцию ЯГ-10 вносилось слишком много изменений. В том же году в Научном автотракторном институте (НАТИ) было создано Бюро паросиловых установок, которое занималось испытаниями всевозможной техники с паровыми двигателями. В 1936 году там испытали легковой паромобиль Double; в 1938 – шеститонный грузовой Sentinel S4 с котлом низкого давления. Британский Sentinel топили углем и, несмотря на все минусы такой заправки, эксплуатация оказалась выгоднее, чем обычной бензиновой машины. Литр бензина тогда стоил девяносто пять копеек, а килограмм угля всего четыре копейки.

К концу 1930-х автомобили, работающие с газогенераторными установками, прочно обосновались в лесной промышленности нашей страны, однако грузоподъёмность таких машин была невелика, а установка сложна в эксплуатации. Газогенераторные автомобили работали на приспособленных бензиновых двигателях, а в умах конструкторов созрела идея устройства машины, работающей по типу паровоза, – только и успевай кидать в топку горючее, а давление пара в котле будет крутить колеса.

В 1940 году спецбюро под руководством И.С. Скиридова приступило к постройке парового грузовика МП-28. В СССР впервые решили применить компоновку «кабина перед двигателем», так как это позволяло выдвинуть вперед кабину, а паровой двигатель и котел установить между кабиной и грузовой платформой. Для грузового автомобиля спроектировали паросиловую установку с прямоточным котлом высокого давления, конденсатор, турбины вентилятора и парогенератора. Вся эта установка должна была базироваться на шасси ЯГ-6. Пятитонный автомобиль должен был оснащаться 4-цилиндровым двигателем двухстороннего действия мощностью 120 л.с. при 1500 об/мин. Котловое давление паросиловой установки – 100 атм; топливо – любое жидкое. Машина должна была развивать скорость 40 км/ч. Был разработан паровой котел – парогенератор ПТ1 для работы на твердом топливе – антраците. Он имел котловое давление 100 атм и поверхность нагрева 12 м². Паросиловая установка работала по замкнутому циклу с двухсторонним расширением. Цилиндры имели диаметр 75 мм, а низкого – 130 мм. Однако в 1941 году тему сняли с плана института – завод НАМИ переквалифицировался под выпуск военной продукции. Машину бросили недостроенной, но идею не оставили.

В 1946 г. были проведены испытания парового тягача «Саксенберг», проведённые под руководством Ю.А. Шебалина и консультанта С.В. Татищева. Немецкий магистральный паровой тягач Sachsenberg DW-60 был изготовлен в 1944 г. Вес автопоезда с двумя прицепами составлял 15 000 кг. С таким весом автопоезд развивал скорость до 35 км/ч. На тягаче размещались бункеры для 450 кг топлива и водяные баки ёмкостью 400 л. Автомобиль с такими параметрами инженерам понравился. В том же году, 2 июля, на научно-техническом совете Минавтопрома обсуждались результаты этих испытаний, после которых Министерство лесной промышленности пролоббировало постройку отечественных паровых автомобилей.

Собственный автомобиль

Отмашкой для начала работ по созданию отечественных образцов паровых автомобилей стало Постановление Совета Министров СССР от 07.08.1947 г. «О механизации лесозаготовок и освоении новых лесных районов». Указанным постановлением НАМИ было поручено разработать конструкцию и построить лесовозный паровой автомобиль, работающий на дровах. Такого в мировом автомобилестроении точно еще не было – чтобы заправить машину, достаточно было подбросить в нее дровишек… Удалённые районы страны нуждались в повышении качества перевозок и их удешевлении. Работай автомобиль на местном топливе, экономический эффект увеличился бы в разы.

За альтернативный проект взялось и Министерство автомобильной и тракторной промышленности (МАТП), которое заказало разработку паромобиля… в Берлине в своем местном техническом бюро. В основу работ легло предложение фирмы Buttentut, находившейся в английском оккупационном секторе Берлина, о создании паровой силовой установки для автомобиля с минимальными переделками базового двигателя внутреннего сгорания. Изменялась головка цилиндров, трубопроводы, система управления. Подобный паромобиль был создан еще до войны на шасси грузовика, переделанного из Ford-Koeln. В том же 1947 году в НАМИ были направлены описание и чертеж паровой машины.

По соглашению с советской стороной фирме Buttentut должны были поставить свежеизготовленное шасси ЯАЗ-200 в комплекте с дизелем ЯМЗ-204, однако по невыясненным причинам ярославцы к 1948 году так ничего в Германию и не прислали. Техническое бюро в Германии решило закупить 85-сильный дизель Ka..mper, который, по заверениям представителей Buttentut, после переделки должен был выдавать 125 л. с. Было закуплено шасси пятитонного грузовика Büssing для установки на него этого двигателя. Пар производился в водотрубном котле с пароперегревателем и экономайзером, построенном по лицензии фирмы Le Mont. По расчетам производительность котла должна была быть на уровне 800 кг пара в час при перегреве до 400 °С и давлении 40 атмосфер. Расчёты эти не оправдались. В конце 1948 года Buttentut по договору поставила советской стороне двигатель и два некомплектных паровых котла. Работа была выполнена некачественно, и к фирме осталось много претензий. На испытательной базе в Берлине двигатель на стенде смог развить только 50 л.с. при 20 атм давления пара. Причины столь низкого показателя банальны – котел был изготовлен из некачественной стали, отсутствовал насос высокого давления и т. д.

В Buttentut отказались исправлять дефекты, и дальнейшие переговоры с немецкой стороной оказались безрезультатными. Надавить на фирму тоже не удавалось, она располагалась в английской зоне Берлина. Ряд неисправностей установки устранили своими силами и отправили ее в СССР. Неизвестно, что случилось с этим комплектом, возможно, его частично использовали для постройки первого советского паромобиля НАМИ-012, который параллельно создавался в НАМИ с весны 1948 года, но это лишь предположение.

При просмотре фотографий кажется, что они засвечены в некоторых местах. На самом деле это обильный густой дым, который сопровождал машину. Машина была постоянно в испарине летом и в ледяных пупырышках зимой.

НАМИ-012

Построенный осенью 1948 года первый образец не имел своего обозначения (назовем его условно № 0). Его назначение было простым – понять, как вообще работает в целом весь механизм паровой установки и в каком направлении нужно доводить паровой двигатель и агрегаты. Автомобиль мог работать на швырках (неколотых дровах размерами до полуметра) с рабочей влажностью 35%. В мае 1949 года группа создателей из НАМИ – Ю. Шебалин, Н. Коротконошко, Г. Терзибашьян, А. Аникеев и др. – получила авторское свидетельство на свой паровой двигатель, который работал на низкокалорийном топливе. На малых оборотах двигатель развивал крутящий момент до 240 кг.м, т. е. в пять раз больше своего дизельного прототипа МАЗ-200. Паросиловая установка повышенного давления была снабжена водотрубным котлом с естественной циркуляцией и паровым двигателем однократного расширения. Котловое давление составляло 25 атм, температура перегретого пара – 420 °С. Цикл всей установки был замкнутым с конденсацией отработавшего пара через трубу через вверх кабины. Пар, выдаваемый котлом, через дроссельный клапан поступал в 3-цилиндровый паровой двигатель. Затем отработавший пар направлялся во вспомогательную турбину мятого пара, а оттуда в верхний конденсатор (выхлопная труба на крыше). Основная часть воздуха, необходимого для горения, подавалась под специальную чугунную решётку, расположенную на дне топливных бункеров. Дрова загружались в топливный бункер и самотеком поступали в зону горения, т. е. проваливались под собственным весом по мере выжига. Одной заправки дровами было достаточно, чтобы проехать 80 км пути, а при наличии воды – в два раза больше. Влажность некоторых швырков доходила до 50%. Котел без проблем съедал и такие дрова. С помощью эжекторов автомобиль легко и быстро заправлялся водой прямо из естественных водоемов. Какая при полном нагреве котлов была температура в кабине, не уточнялось.

В конце 1949-го и в середине 1950 года были изготовлены официальные образцы НАМИ-012 под № 1 и № 2. Первый представлял собой классический грузовик с бортовой платформой, или, как тогда говорили, «транспортный вариант», второй – со снятой платформой в виде тягача-лесовоза с прицепом-коником. Обе машины получили обтекаемые цельнометаллические кабины, которые были более плоскими и смещёнными вперед, чем у прототипа НАМИ-012. Вместо коробки передач в кабине был установлен рычаг переключения отсечек парораспределительного механизма. Предусматривались три положения передачи: при 25, 40 и 75% наполнения цилиндра и одна задняя. Педалей в кабине было три, как обычно, но сцепление требовалось выжимать только для включения понижающей передачи. НАМИ-012 работал очень тихо и плавно.

Государственные испытания автомобилей НАМИ-012 начались 2 ноября 1950 года и закончились 25 августа 1951 года. Состав наблюдательной комиссии был весьма солидным, её членами были представители практически всех автомобильных организаций. Кстати, к 1950 году в мире давно уже прекратили выпускать какие-либо автомобили с паровыми двигателями.

На основании испытаний комиссия выдвинула заключение о том, что у машины хорошая проходимость в гружёном состоянии, но возникают проблемы, когда она порожняя. Проходимость автомобиля затруднялась из-за перегрузки передней оси. Комиссия постановила продолжить работы, но автомобиль сделать полноприводным либо трёхосным с задней ведущей тележкой. После испытаний 1951 года направления по дальнейшей модернизации паромобилей разделились. Лесовозы и бортовые автомобили были разведены по разным классам.

НАМИ-018

В 1952 году приступили к постройке модификации НАМИ-012 с колёсной формулой 4×4. Изменения коснулись не только переднего моста, который был взят от опытного автомобиля ЯАЗ-214, на машину установили двухступенчатую раздаточную коробку, в которой были встроены муфты свободного хода, автоматически включающие привод на передние колеса при начале буксования задних. Паровой двигатель был форсирован и мог выдавать уже 125 л.с.

Междуведомственные эксплуатационные испытания новой машины начались в 1953 году и проводились вплоть до конца 1954 года в Первомайском и Червенском леспромхозах. Как и НАМИ-012, автомобиль имел два варианта исполнения – бортовой грузовик и лесовозный тягач с прицепом-коником. По данным НАМИ, была построена всего одна полноприводная машина этого семейства. В 1953 году изготовлен бортовой вариант, а затем на этом шасси была демонтирована платформа, и НАМИ-018 превратился в лесовозный тягач.

Несмотря на многие преимущества, «минусов» в конструкции паромобиля было больше, чем «плюсов». На сто километров пути уходило от 350 до 450 кг дров (это не опечатка). Их надо было с собой везти, а до этого дрова надо было напилить, наколоть, загрузить, разжечь котел. В холода еще и сливать воду (200 литров!) на ночь, чтобы она не превратилась в лед, а утром опять заливать.

Как видно из таблицы, по стоимости перевозок паромобили немного уступали бензиновым автомобилям, но были в три раза дороже, чем дизельные автомобили. Фактически они смогли побороть только газогенераторные автомобили.

НАМИ-0125

В институте всё-таки замахнулись на то, чтобы привести показатели парового и дизельного автомобилей к одному знаменателю. Я имею ввиду неизвестный даже в узких кругах автомобиль НАМИ-0125.

В 1951 году под руководством В. Лялина группа инженеров трудилась над перспективной версией парового автомобиля, работающего как на твердом, так и на жидком топливе. Под индексом НАМИ-0125 был изготовлен паровой грузовик, представляющий собой модернизацию бортового НАМИ-012. Как я уже сказал, задачей опытного образца было приближение по всем показателям к стандартному дизельному грузовику МАЗ-200. На первом этапе с этой задачей автомобиль справился. Грузоподъёмность автомобиля была увеличена до семи тонн. Этому способствовала установка новой форсированной паровой установки НАМИ-012А. Если при 30%-ной загруженности двигатель выдавал 100 л.с., то при 60%-ной загрузке мощность возрастала до 160 л.с., а это уже давало значительное превосходство перед семитонными дизельными аналогами. Динамика разгона и скорость на трудных участках у НАМИ-12А была на 35% выше, чем у МАЗ-200. Все остальные показатели у семитонных автомобилей были равными. Автомобилю вернули сцепление и коробку передач для более гибкого управления автомобилем, увеличили высоту платформы. На данном этапе не решили одну важную задачу – снижение расхода топлива. Для этого нужно было поднять давление в котле до 41 атм, что сделано не было по ряду технологических причин.

На втором этапе автомобиль с другой установкой НАМИ-012Б должен был работать уже не на твердом топливе (дровах), а на жидких продуктах (мазут), что позволило бы автоматизировать процесс в условиях движения автомобиля, избавиться от езды с большим запасом дров и постоянно водителю отвлекаться на управление паросиловых агрегатов. В общем, вопрос о простоте обслуживания автомобиля был ключевым в судьбе паровых автомобилей. Машину освободили от ряда агрегатов, а главное, от котла и топливных бункеров. Вес паросиловой установки вместе с кабиной равнялся 1635 кг, а высвобожденное место в кабине отдали под второй ряд сидений. Первый ряд сделали двухместным, чтобы удобнее было проходить на задний ряд. При успешной реализации второго этапа автомобиль имел полное право на крупносерийный выпуск и составил бы в первую очередь экономическую конкуренцию семитонным грузовикам с ДВС. НАМИ-012Б так и не вышел из стадии ходового макета. Довести до ума комплекс паровой установки для работы на тяжёлых погонах нефти конструкторам не удалось.

Основные экономические параметры автомобилей с разным типом топлива
Тип автомобиля по виду топлива	Бензиновый (ЗИС-150)	Газогенераторный (УралЗИС-352)	Паровой (НАМИ-012)	Дизельный (МАЗ-200)
Полезная нагрузка, т	4,0	2,5	6,0	7,0
Относительная стоимость тонны топлива, %	100	55	13,7	50
Расход топлива на 100 км, кг	30	115	350	35
Стоимость перевозки одной тонны груза на 100 км, %	100	338	106	33,3

В 1954 году закончились испытания автомобилей НАМИ-012 и НАМИ-018. Заключительный вердикт комиссии был такой: «Паровой автомобиль НАМИ-018 отвечает всем параметрам лесной промышленности, но может быть использован только в районах, куда доставка жидкого топлива затруднена или высока по стоимости». Несмотря на лестные выводы комиссии, у этих нестандартных автомобилей не было шансов стать серийными. В это же время в Советском Союзе свернули окончательно выпуск газогенераторных автомобилей. Начался нефтяной бум, и в стране наступила эра дешевого бензина. Автомобили, работающие на альтернативном топливе, оказались невостребованными.

Эпилог

Сколько же было всего выпущено паровых автомобилей в НАМИ? На архивных фотографиях можно различить шесть вариантов бортовых автомобилей и три лесовоза. На самом деле было задействовано пять разных шасси. Одна и та же машина имела промежуточные варианты, так как паромобили постоянно меняли свою комплектацию в зависимости от программы испытаний.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.

Почему никто не делает паровой автомобиль?

Спросите любого, как будет выглядеть автомобиль будущего, и вы наверняка услышите ответ вроде «Он будет летать!» или «Он будет приводиться в движение электродвигателями». Сила пара? Не шанс.

В эпоху информационно-развлекательных систем с сенсорным экраном, автомобилей, которые могут дистанционно управлять собой без необходимости в водителе, и электрических батарей, способных проехать 300 миль и более, едва ли найдется место для такой устаревшей технологии, как паровой двигатель. Верно?

Возможно, нет, так как на самом деле есть довольно технологически склонные люди, которые считают, что будущее автомобильной промышленности может быть связано не с ховеркарами в стиле Jetsons, а с совершенно другим направлением: двигателями, работающими на паре.

Интересно, что первые паровые машины на самом деле датируются 17 веком, а первая паровая машина была создана в 1672 году фламандским иезуитом по имени Фердинанд Вербист.

Живя при китайском императорском дворе, Вербист придумал проект небольшого автомобиля с паровым двигателем, и, хотя нет никаких доказательств того, что он когда-либо строил этот автомобиль, первый полностью задокументированный паровой экипаж был сделан Николя-Жозефом Кюньо в 1769 году..

История парового двигателя

Несмотря на то, что он был медленным, неуклюжим и склонным, э-э, буквально быстро выдыхаться, он был достаточным доказательством того, что паровая энергия жизнеспособна, и паровым двигателям не потребовалось много времени, чтобы поймать на.

Какое-то время паровой двигатель господствовал сначала в поездах и тяжелых тракторах, а затем и в автомобилях. Фактически, на рубеже 20-го века более половины автомобилей в Соединенных Штатах приводились в движение паровыми двигателями, а паровой автомобиль под названием «Ракета Стэнли» установил новый рекорд наземной скорости в 1906 разгоняется до головокружительной скорости 127 миль в час.

По сравнению с автомобилем с двигателем внутреннего сгорания, в котором топливо сжигается внутри самого блока двигателя, чтобы обеспечить взрыв, вращающий движущиеся части двигателя, паровая энергия работает за счет внешнего сгорания. Источник топлива, часто древесина или уголь, сжигается вне двигателя, в результате чего вырабатывается пар, приводящий в движение компоненты двигателя.

Хотя двигатели внутреннего сгорания физически более компактны, а также более экономичны, чем паровые двигатели, паровая энергия, тем не менее, имела ряд преимуществ по сравнению с ранними автомобилями с двигателями внутреннего сгорания.

Начнем с того, что инженеры уже имели около 100 лет опыта работы с паром к моменту появления двигателей внутреннего сгорания. В то время как владельцы автомобилей с бензиновым двигателем пытались запустить свои двигатели вручную, даже к 1900 году паровые автомобили уже были в значительной степени автоматизированы.

Благодаря тому, что пар обеспечивает постоянное давление, в отличие от хода поршня в двигателе внутреннего сгорания, паровые автомобили не требовали ни сцепления, ни коробки передач, и в целом ими было очень легко управлять. Все, что вам нужно, это несколько минут, чтобы котел нагрелся.

К сожалению, всего за несколько коротких лет Генри Форд практически в одиночку уничтожил паровую машину. Хотя в начале 20-го века паровые двигатели технически превосходили старые двигатели внутреннего сгорания, они не могли сравниться с низкой стоимостью серийных автомобилей Форда.

Производители паровых автомобилей пытались изменить тактику и продавать свои автомобили как предметы роскоши, но тот факт, что к 1918 году Ford Model T был в шесть раз дешевле, чем самый популярный паровой автомобиль того времени, Stanley Steamer, говорил сам за себя. После дебюта электростартера в 1912, паровые машины почти исчезли.

С тех пор автомобили с паровым двигателем находятся на грани исчезновения, существуя только в музеях и в коллекциях горстки энтузиастов. Потихоньку продолжаются исследования и разработки, а также паровая энергия, и некоторые все еще верят, что паровые двигатели превосходят своих преемников, работающих на ископаемом топливе.

Во-первых, двигатели внутреннего сгорания сильно загрязняют окружающую среду и, как правило, довольно шумные. И наоборот, паровые двигатели относительно чистые, очень тихие и, в отличие от двигателей внутреннего сгорания, могут работать практически на любом топливе, выделяющем тепло.

Более экологичный, чем электромобиль?

Благодаря своей конструкции паровые двигатели обеспечивают максимальный крутящий момент и мгновенное ускорение, как и электродвигатели, и, в частности, для движения по городу, где требуется много остановок и запусков, паровая энергия чистого сгорания была бы чрезвычайно выгодной.

Еще в 1920-х годах паровым автомобилям требовались огромные и тяжелые котлы, чтобы выдерживать тепло и давление, необходимые для питания транспортного средства, а это означало, что даже самые маленькие паровые автомобили весили как минимум несколько тонн. Однако современные материалы означают, что автомобили с паровым двигателем могут быть такими же легкими, как и их обычные собратья.

С помощью усовершенствованных конденсаторов и современных мгновенных котлов стало возможным построить эффективную, легкую и жизнеспособную паровую машину, время прогрева которой составляло бы секунды, а не минуты. Напрашивается вопрос: с современными заботами об эффективности использования топлива и экологически чистой энергии, почему в наши дни никто не производит паровой автомобиль?

Многие ошибочно полагают, что для работы пара требуются массивные котлы и двигатели, или что паровые автомобили — это бомбы, которые только и ждут, чтобы сработать из-за высокого давления, необходимого для их работы. Однако большинство из них либо откровенно не соответствуют действительности, либо опровергаются достижениями современных технологий, электроники и металлургии.

Было предпринято несколько попыток привести паровую энергию в соответствие с требованиями современного мира. В 2009 году британская команда установила новый рекорд наземной скорости на паровой тяге — 148 миль в час. Совсем недавно флоридская компания Cyclone Power Technologies утверждает, что что они разработали паровой двигатель, который в два раза эффективнее двигателя внутреннего сгорания, но он все еще далек от того, чтобы использоваться в коммерческом транспортном средстве.

В основном коммерческие производители не прикасались к паровой энергии, вместо этого сосредоточившись на совершенствовании существующей технологии двигателей внутреннего сгорания и разработке новых электрических и гибридных транспортных средств. За период в 19В 90-х годах дочерняя компания Volkswagen заявила, что построила жизнеспособный паровой двигатель, но это был самый близкий крупный производитель к паровой энергии, и с тех пор о нем мало что было слышно.

Учитывая растущую популярность электромобилей и гибридных транспортных средств, паровой энергии теперь приходится конкурировать не только с традиционными двигателями внутреннего сгорания. Тем не менее, хотя гибридные/электрические автомобили являются шагом в правильном направлении, они будут по-прежнему сильно зависеть от ископаемого топлива, пока чистая энергия не станет широко доступной.

Гибриды, в частности, используют комбинацию небольшого бензинового (или иногда дизельного) двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя; они потребляют меньше топлива, чем стандартное транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания, но оно им все же необходимо. Хотя они также производят меньше выбросов, они все же остаются, и электромобили, как мы уже указывали, имеют тенденцию просто переносить выбросы углерода из выхлопной трубы на силовую установку.

Как отметила команда Cyclone, выбросы гораздо меньше беспокоят паровые двигатели, хотя и не исчезли полностью. Тем не менее, согласно веб-сайту компании, их паровой двигатель работает дольше, чем большинство других, и поэтому сжигает больше вредных частиц, что приводит к меньшему количеству выбросов выхлопных газов.

Хотя этот выхлоп зависит от типа используемого топлива, топливо из экологически чистых источников может оказывать гораздо меньшее воздействие на окружающую среду, в отличие от существующих ископаемых видов топлива, которые почти всегда горят грязно.

Будущее энергии пара

В конце концов, возможно, главная причина, по которой производители автомобилей больше не используют энергию пара, можно выразить двумя словами: Большая нефть. Пока существует автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, мировая нефтяная промышленность держит автомобильную промышленность в некотором роде железной хваткой, зная, что ее существование имеет решающее значение для того, чтобы автомобилисты могли сами себя транспортировать.

Однако, согласно данным аналитиков Bloomberg New Energy Finance (BNEF), внедрение автомобилей с низким уровнем загрязнения окружающей среды и повышенное внимание к экологичности могут, наконец, ослабить связь между нефтяной промышленностью и вождением.

Вместо биотоплива, такого как этанол, толкающего двигатель внутреннего сгорания в новый мир ограничений выбросов, новые и инновационные решения появляются быстро и массово, подпитываемые технологиями и веком конкуренции.

Сопротивление рынка по-прежнему является проблемой, но с ростом количества электрических, гибридных и других транспортных средств, работающих на альтернативном топливе, которые появляются на рынке, возможно, в ближайшем будущем паровые автомобили больше не будут казаться такой диковинкой. Если производители смогут найти способ разрабатывать паровые двигатели в больших масштабах с меньшими затратами, чем двигатель внутреннего сгорания, то автопроизводители, несомненно, быстро справятся с этой задачей.

Возможно, он предшествовал двигателю внутреннего сгорания примерно на 200 лет, но поскольку мир, наконец, начинает серьезно смотреть на будущую жизнеспособность личного транспорта, возможно, пыхтящая, скользящая грациозность паровой энергии получит второй шанс. снова занять первое место.

Паровые автомобили — Генри Форд

12 артефактов в этом наборе

Этот экспертный набор предоставлен вам:

Сотрудники Генри Форда

Автомобили с паровым двигателем были популярны среди первых покупателей. Steam был безопасным, надежным и знакомым. Люди десятилетиями работали с ним в поездах и лодках и даже в экспериментальных дорожных транспортных средствах. Но ранние паровые автомобили требовали постоянного ухода и внимания, а для запуска требовалось до 30 минут. Автоматизированные быстродействующие котлы решили эти проблемы, но не раньше, чем более эффективные бензиновые двигатели доминировали на рынке и сделали паровые автомобили устаревшими.

Подробное описание

Паровоз Cugnot, построенный в 1770 году, на выставке в Нью-Йоркском музее науки и промышленности

Открытка с фотографией таскать пушки. Хотя он мог перевозить пять тонн со скоростью две мили в час, громоздким фургоном Кюньо было трудно управлять, а его неэффективный котел ограничивал время работы телеги примерно 15 минутами. Не впечатленные, французские официальные лица не одобрили использование паровой повозки Кюньо в военных целях.