Однако паротехники не сдавались. В течение многих лет в лабораториях шла кропотливая работа по усовершенствованию отдельных частей механизма, по исследованию термодинамических свойств паров высоких температур и давлений. Годы работ не прошли даром. Машина становилась легче, компактнее, быстроходнее и экономичнее. Всё это до поры до времени не привлекало к себе внимание широкой технической общественности, поэтому для многих было совершенно неожиданно появление паровых автомобилей и аэропланов.
Чтобы лучше оценить причины этой «второй молодости» машины Уатта, необходимо хотя бы кратко остановиться на успехах современной теплотехники, обеспечивших эту нелёгкую победу.
Первые конструкторы паровых двигателей почти ничего не знали о перегретом паре, о том, как можно использовать его расширение. Пар, поступавший в цилиндры машины, обладал невысоким давлением и температурой. Инженеры не без оснований опасались взрывов котлов, - техника котлостроения тогда ещё была далека от совершенства. К тому же при высоких температурах пара условия смазки поршней в цилиндрах резко ухудшались.
В то время работа по тепловым двигателям во многих случаях велась чисто опытным путём, наощупь, так как целый ряд вопросов теоретически ещё не был разработан. Прошло много лет, прежде чем была создана теория тепловых двигателей.
В 1824 году французский учёный Сади Карно сформулировал ряд весьма важных положений термодинамики. Чтобы машина была экономичной, то есть потребляла меньше топлива на единицу произведённой работы, учил Карно, необходимо создать в ней возможно больший перепад давлений и температур. Чем больше разница между температурами входящего и выходящего из цилиндра (отработанного) пара, тем экономичнее машина, тем больше её коэффициент полезного действия. Этот простой закон, открытый Карно, стал основой современной термодинамики.
С развитием техники давление и температуру пара в котлах начали постепенно повышаться. Если в первых машинах Уатта давление пара едва достигало 1,5 атмосферы, то к началу XX столетия давление в 10-15 атмосфер стало нормальным для большинства установок. В дальнейшем были введены многократное расширение и перегрев пара.
Перегретый пар при соприкосновении с более холодными стенками не конденсировался в воду, а лишь терял часть своего перегрева. Расширившись в первом цилиндре, пар переходил в цилиндр более низкого давления, где вновь совершал работу, увеличивая общий температурный перепад. Такое многократное расширение позволило разумно использовать пар высокого давления. Применив четырёхкратное расширение при начальном давлении пара в 60 атмосфер и температуре 400 градусов, удалось получить коэффициент полезного действия машины, равным 23%.
Огромные успехи в области котлостроения позволили американским изобретателям братьям Добль создать в 1915 году паровой автомобиль, ставший родоначальником целого ряда конструкций. Котёл «Добль» состоял из змеевика длиной в 175 метров, сделанного из цельнотянутых стальных трубок. Незначительная ёмкость котла (всего 35 литров) позволяла получать пар через 45-50 секунд после пуска горелки. По этой же причине устранялась опасность взрыва, так как запас воды в системе был невелик. Несмотря на это, производительность котла легко могла быть доведена до 2 тонн пара в час при давлении в 100 атмосфер. Установка братьев Добль могла работать на самых низких сортах топлива, совершенно недоступных для использования в двигателях внутреннего сгорания. Несложная система регуляторов поддерживала в нужных пределах давление и температуру пара.
Котёл «Добль»
Автомобиль Добля, модель Е18
Мощность парового двигателя этого автомобиля достигала 80 л.с. при 1000 оборотах в минуту. Вес автомобиля со всей силовой установкой составлял всего 1,8 тонны. Эти паровые машины имели довольно большое распространение, пока не уступили своё место более совершенным конструкциям.
Так же, как в своё время у Даймлера и Бенца, у братьев Добль нашлись многочисленные подражатели. Германская фирма «Геншель», купив у американцев патент и изменив конструкцию силовой установки, приступила к выпуску улучшенных паровых автомобилей.
К 1935 году многие американские и европейские страны освоили производство «нового» вида транспорта. Потомки тележки Кюнью имею ряд эксплуатационных преимуществ перед автомобилями с двигателями внутреннего сгорания. Паровой мотор может работать на тяжёлых сортах топлива – мазуте и сырой нефти. Преимуществами этого двигателя являются также его простота его устройства и способность к длительной работе с большой перегрузкой.
В то время как температура в двигателях внутреннего сгорания нередко достигает 2500 градусов, температура пара даже в наиболее совершенных паровых машинах не превышает 400-500 градусов. Следовательно, условия работы деталей паровой машины более благоприятны, чем в двигателях внутреннего сгорания. Особенности динамики парового двигателя устраняют необходимость коробки скоростей, а расположение его непосредственно около задних колёс автомашины, делает излишним ещё одну дорогостоящую деталь – карданный вал. Наконец, по отзывам ряда специалистов, обслуживание парового автомобиля значительно проще, чем обслуживание автомобиля с двигателями Дизеля и Отто, и доступно персоналу более низкой квалификации.
Значительно снижаются также расходы на топливо и смазку. Если принять общую стоимость топлива и смазки для автомобиля с бензиновым двигателем за 100%, то та же стоимость для дизельного автомобиля составит лишь 11,89%, для парового автомобиля, работающего на газойле, - 16,9% и для парового автомобиля, работающего на нефти, - 6,3%. Таким образом, расходы на топливо и смазку у парового автомобиля, работающего на сырой нефти, почти в 16 раз меньше, чем у автомобиля с бензиновым двигателем! По сравнению с паровым автомобилем преимущество только на стороне автомашины с газогенераторной установкой.
Дополнительно: Паровой шедевр Абнера Добля