Historia motocykli wg Lecha: Silniki spalinowe. Dymiarze

Tego rodzaju urządzenie to silnik spalania wewnętrznego, bo (w przeciwieństwie do silników parowych), energia wytworzona w procesie spalania przekształcana jest w pracę, którą wykonuje tłok. W zasadzie nie ma tu znaczenia, jaki rodzaj paliwa jest spalany albo czy tłok jest wirujący (w silniku Wankla), czy wykonuje ruchy posuwisto-zwrotne. O maszynie prochowej pisałem już wcześniej, ale zaliczymy ją raczej do silników atmosferycznych, mimo że proces spalania odbywał się w niej w cylindrze. Tyle tylko, że w tym wypadku wykorzystywane było podciśnienie spowodowane wypaleniem się tlenu, a w silniku spalinowym wprost przeciwnie – korzystamy z ciśnienia gazów powstających w trakcie spalania mieszanki paliwowo-powietrznej.

Francuski pomysł

Nie sposób jest jednoznacznie stwierdzić, kto jest wynalazcą silnika spalinowego. Powstawał on bowiem jako kolejne modyfikacje silnika parowego dwustronnego działania, a nad rozwojem tej konstrukcji pracowało wielu konstruktorów. Mniej więcej w roku 1820 w Anglii znany już był silnik, w którym poprzez wybuch spalała się mieszanka wodoru i tlenu. Następnie cylinder był schładzany i wykorzystywano podciśnienie działające na tłok. To nie było bardzo wydajne urządzenie, jednak już w roku 1823 było produkowane seryjnie i oferowane do sprzedaży. Teoretyczne podwaliny pod klasyczny silnik spalinowy zbudował francuski inżynier Sadi Carnot, publikując w roku 1824 pracę pt.„Refleksje na temat poruszającej mocy ognia i maszyn przystosowanych do rozwijania tej mocy”. Zapewne większość z was, jeżeli tylko nie spała na lekcjach fizyki, słyszała o „cyklu Carnota”.

W pierwszych motocyklach nikt specjalnie nie przejmował się koniecznością instalacji hamulców. Jazda z nimi wymagała sporej fantazji i… odwagi!

Opierając się na tych teoretycznych rozważaniach, wielu konstruktorów usiłowało zbudować działającą maszynę, niestety bez większego powodzenia. Dopiero w roku 1860 kolejny Francuz – Étienne Lenoir – wypuścił na rynek jako tako działający silnik, zasilany gazem świetlnym. To urządzenie było w zasadzie jedynie przebudowanym silnikiem parowym dwustronnego działania, z zaworami suwakowymi koniecznymi do wpuszczania mieszanki gazu i powietrza oraz do odprowadzania gazów spalinowych. Chociaż silnik Lenoira rozwijał niewielką moc i wykorzystywał nie więcej niż 4% energii zawartej w paliwie, setki tych urządzeń były używane we Francji i Wielkiej Brytanii już w ciągu kolejnych kilku lat. Były one używane do zasilania różnych stacjonarnych urządzeń – pomp wodnych, pras drukarskich i innych maszyn.

Zobacz też:

• Pierwsze silniki. Kurs dla mniej zaawansowanych
• Pierwsze urządzenia elektryczne. Pod napięciem, czyli motocykle na prąd

Ze względu na kształt, pierwsze seryjne silniki Otto (ok. 1876) nazywane były „zegarem dziadka”

Sporym postępem były kolejne prace teoretyczne stworzone, przez kolejnego (sic!) Francuza – Alphonse Beau do Rochasa, który opracował zasady działania silnika czterosuwowego, a nawet dokonał obliczeń pozwalających na całkiem sprawną jego pracę. Opisał wymaganą sekwencję operacji jako ssanie podczas całego suwu tłoka, sprężanie podczas następnego suwu, zapłon ładunku w martwym punkcie i rozprężanie podczas następnego suwu (suwu pracy) oraz wypchnięcie spalonych gazów podczas następnego – wydechu. Silnik de Rochasa miał więc cykl czterosuwowy, w przeciwieństwie do cyklu dwusuwowego (dolotowy i wydechowy) silnika Lenoira. Jak widzicie, bez Francuzów motoryzacji by nie było, a przynajmniej pojawiłaby się nieco później.

Deimler Reitwagen z 1885 roku, powszechnie uważany za pierwszy motocykl na świecie

Jak na beczce prochu

Nikt jednak nie wpadł jeszcze na pomysł zastosowania tych silników w pojazdach. Powód był prosty – były zbyt duże, ciężkie, mało sprawne, w dodatku zasilane gazem, a pomysłu, jak go magazynować w „samochodzie” jeszcze nie było. A raczej był, tylko, delikatnie mówiąc, niezbyt doskonały. Gaz usiłowano gromadzić w skórzanych workach, z których wydostawał się przez nieszczelności i lubił co jakiś czas wybuchać, co nie do końca podobało się użytkownikom urządzenia.

Generalnie eksperymentowano z rożnymi rodzajami gazu (metan, wodór) jako paliwem, co, jak wykazała praktyka, było zabawą nie do końca bezpieczną. Silnik po prostu zasysał mieszaninę gazów, więc gaźniki nie były potrzebne. 12 lutego 1884 roku Édouard Delamare-Deboutteville uzyskał patent na opracowany przez siebie samochód z silnikiem spalinowym zasilanym gazem świetlnym. Zabawy było co niemiara, bo pojazd ten już w czasie pierwszej jazdy wyleciał w powietrze, co nieco ostudziło zapał ewentualnych nabywców. Na paliwa płynne, które umożliwiłyby w miarę bezpieczną eksploatację, trzeba było jeszcze chwilkę poczekać.

Pierwsze silniki spalinowe, zasilane gazem, były w zasadzie rozwinięciem maszyny parowej

Korzystając z teoretycznych prac do Rochasa, który nigdy nie przekuł swoich rozmyślań w czyn, Nikolaus Otto zbudował w roku 1876 pierwszy działający silnik czterosuwowy. Mimo że prymitywny i niedoskonały, był to hit rynkowy i prawdziwa rewolucja – w ciągu pierwszych 17 lat działalności firma Otto & Langen sprzedała w Europie niemal 50 000 sztuk silników, a w roku 1878, po uzyskaniu patentu, otwarta została druga fabryka w USA.

Pierwszym udokumentowanym, w miarę dobrze działającym dwusuwowym silnikiem spalinowym była jednostka skonstruowana w 1878 roku przez szkockiego inżyniera Dugalda Clerka. Podobno wtedy już działała, jednak opatentowana została dopiero w roku 1881. W dodatku była to jednostka totalnie ekologiczna, bowiem zasilana była mieszaniną wodoru i tlenu, więc jako spaliny emitowała jedynie wodę.

Jednostka Dugalda Clerka z 1878 roku. Pierwszy działający silnik dwusuwowy

Era nowoczesna, tym razem Niemcy

Można uznać, że silniki spalinowe w dzisiejszym rozumieniu pojawiły się za sprawą Niemców – Gottlieba Daimlera i Wilhelma Maybacha. Ci dwaj dżentelmeni, byli współpracownicy  Nikolausa Otto, dokonali epokowej modyfikacji – osiem lat później wymyślili gaźnik i zastosowali paliwo płynne do zasilania silnika. Jednostkę upchnęli do czegoś w rodzaju drewnianego motocykla z bocznymi kółkami pomocniczymi, a później do regularnej bryczki.

Ten pojazd zbudowany został w roku 1885, nazywał się Daimler Reitwagen i nie będziemy długo się rozwodzić na jego temat, bo również na łamach „Świata Motocykli” napisano już na jego temat wszystko. Mniej więcej w tym samym czasie inny niemiecki mechanik-konstruktor, Karl Benz, zbudował jednocylindrowy silnik, który zastosował z powodzeniem w pojeździe, którzy dzisiaj uważany jest za pierwszy praktycznie działający samochód na świecie. Silnik dysponował mocą 0,65 KM, a napędzany nim wehikuł osiągał prędkość do 12 km/h. Do jego prowadzenia wystarczała jedna osoba, co w tamtych czasach wcale nie było takie oczywiste.

Na początku XXI wieku motocykle zaczęły wyglądać zupełnie nowocześnie

Te pierwsze, prymitywne jeszcze zespoły napędowe nadawały się już do zastosowania w pojazdach samobieżnych, bo nie stwarzały problemów z magazynowaniem paliwa. Nawet gdy zdarzyło się, że nieco wyciekało z rozszczelnionego zbiornika, to przynajmniej pojazd nie wybuchał jak ten napędzany gazem. Pierwsze gaźniki oczywiście niewiele miały wspólnego z tymi, które znamy obecnie. Było to raczej coś w rodzaju  szuflady czy brytfanny, do której skapywało paliwo, mieszało się tam z powietrzem i zasysane było do cylindra. Aby urządzenie chciało działać, taki „gaźnik” należało wcześniej podgrzać.

Pierwsze silniki były (to rozwiązanie stosowane było jeszcze przez ładnych kilkanaście lat) wyposażone jedynie w zawór wydechowy sterowany mechanicznie, popychaczem. Zawór ssący był sterowany atmosferycznie – cofający się tłok wytwarzał podciśnienie, zawór się uchylał i silnik zasysał wszystko, co udało mu się złapać. Jakoś to wszystko działało, chociaż obsługa wcale nie była łatwa, a awaryjność dosyć spora. Dowody tego można zobaczyć  w praktyce podczas corocznych rajdów Londyn-Brighton (Veteran Car Run), do którego dopuszczane są jedynie pojazdy wyprodukowane do roku 1904. Rodzaj napędu nie jest istotny – może być parowy, elektryczny lub spalinowy. Trasa rajdu to ok. 60 mil, a większość pojazdów pokonuje ją z mniejszymi lub większymi trudnościami. Bez większych nadużyć można jednak uznać, że silniki budowane przez Daimlera, Maybacha i Benza były zasadniczo takie same jak dzisiejszy podstawowy silnik benzynowy.

zdjęcia: archiwum redakcji