hirdetés
hirdetés

Művelt Mérnök

Padlógőzzel – A Williams Steamer gőzautó

Mindannyian tudjuk, mivel működött a világ első géperejű hajója: gőzzel. Az első mozdony? Hát persze, hogy gőzzel. Na és az első (géppel hajtott) repülőgép? Gőzzel az is, bizony. És mivel ment az első autó? Eltalálták.

hirdetés

Az első gőzautót majdnem 250 évvel ezelőtt, 1769-ben építette meg Nicolas-Joseph Cugnot francia hadmérnök. A „gőzszekér”-nek hívott járművet természetesen nem személyszállításra tervezte, hanem az akkori francia hadsereg nagy ágyúinak vontatására. A mind szekérnek, mind autónak furcsa háromkerekű jármű az elején elhelyezett nagy gőzüstben forralt vízből fejlődött gőzzel működött. A gőz az üst mögött helyet foglaló hengerben tágult ki, közben lefelé nyomott egy dugattyút, amelynek a dugattyúrúdja egy racsnis mechanizmuson keresztül hajtotta meg a jármű egyetlen első kerekét. Mivel a henger egyszeres működésű volt, csak lefelé haladás közben végzett munkát a dugattyú.

Nicolas Joseph Cugnot gőzautója 1769-ből
Nicolas Joseph Cugnot gőzautója 1769-ből

Az „autónak” a korhoz képest igen modern meghajtása ellenére szinte csak hátránya volt. Az elöl levő gőzüst igen nehéznek bizonyult, az amúgy csak egy kényelmesen sétáló gyalogos sebességére (3 km/h) képes jármű ezért igen nehezen volt irányítható. A gőzkazán hatásfoka még az akkori idők igen kezdetleges gőzfejlesztőihez képest is gyenge volt, ráadásul az autónak 15 percenként meg kellett állnia gőzt fejleszteni, így az átlagsebesség jelentősen csökkent. Elméletileg 4 tonnát tudott elvontatni, és 4 embert elszállítani, de a hadsereget nem érdekelte a furcsa találmány, amely egyébként 1771-ben nekiment egy falnak, ezzel előidézve a világ első autóbalesetét is.

A gőzautók – pontosabban ekkor még gőzszekerek – a gőzmozdonyok és a gőzhajók fejlődésével együtt lettek egyre gyakoribbak a XIX. század fejlettebb országainak (Nagy-Britannia, Franciaország, USA) útjain. A XX. század elején a gőzautók teljesítményben, fogyasztásban és sebességben még a benzines- és villanymotoros társaikkal is versenyre kelhettek. Annyira, hogy 1906-ban a hivatalos szárazföldi sebességrekordot egy Stanley Steamer nevű gőzautó tartotta: 203 km/h-t!

A 10-es, 20-as években a gőzautók piaca egészen nagy szelete volt az autóiparnak, több gyártó foglalkozott ilyen járművekkel. Egy Ford T-modell nevű, olcsó és megbízható benzinmotoros autó azonban kifogta a szelet a gőzautó khm… vitorlájából. A jutányos árú, egyszerű és viszonylag gyors T-modell mellett az embereknek egyszerűen nem kellett a gőzzel működő autó.

Doble Steam Car, a sokak szerint a legfejlettebb gőzautó (1923)
Doble Steam Car, a sokak szerint a legfejlettebb gőzautó (1923)

A 30-as évek világválságában, majd a világháború miatt gyakorlatilag teljesen leállt a gőzautók fejlesztése, csak néhány merész álom maradt meg a gőzhajtás rajongóinak. Ahogy a vasúton és a vízen is egyre inkább átvette a gőz szerepét a dízelmotor, egyre kevésbé tűnt valószínűnek, hogy komoly szerepe lesz a gőzgépeknek az utakon.

A gőzautózás rövid reneszánsza a 60-as, 70-es években jött el újra. Ekkor két komolyabb próbálkozás született a „külső égésű motorok” közúti adaptálására. Ezek közül az egyikkel foglalkozunk cikkünkben, de előbb ismerjük meg, hogy egyáltalán miért is merült fel, hogy a „jó öreg” benzinesek és dízelek helyett „jó öregebb” gőzgépeknek kéne hajtani az autókat.

Williams Steamer – 1968

Az USA-ban az 1970-re betervezett károsanyag-kibocsátási törvény elejét akarta venni annak a végeláthatatlan, „fedezet nélküli” fejlődésnek, amelynek az iszonyatos fogyasztású amerikai autók voltak a megtestesítői. Ezek a közel 6 méter hosszú, és 7-8 literes V8-as motorokkal felszerelt közúti cirkálók akár 30-35 litert is fogyasztottak 100 kilométeren. Ekkoriban kezdett – különösen a nagyvárosokban – komoly problémát okozni a járművek által okozott szmog. A törvény bejelentésének hatására éledt fel újra a gőzautó-láz, már ha azt a néhány tervet annak lehet nevezni.

A Williams Steamer
A Williams Steamer

A szóban forgó Williams gőzautót egy iker testvérpár, Charles és Calvin Williams készítette el 1968-ban. Az autó kívülről egy hagyományos roadsterre (kétüléses, orrmotoros, hátsókerék-hajtású, nyitott tetejű autó) hasonlított, de a motortérben egy igazi modern gőzhajtás elemei lapultak. A Williams Steamert egy négyhengeres V-elrendezésű, egyszeres működésű, nagy fordulatszámú gőzmotor hajtotta, amelyet egy háztartási tüzelőolajjal működő kazán látott el gőzzel. A motor lökettérfogata még az akkori európai autókhoz képest is kicsi, 56 köbhüvelyk, azaz kb. 900 köbcenti volt, fordulatszáma 1500-2000 1/min körül alakult (fél-harmadannyi, mint egy akkori benzinmotoré). A kicsi motorból 120 lóerőt lehetett kihozni, ezzel – az amúgy nem túl nagy – autó 120 mérföld/órával, azaz kb. 190 km/h-val is tudott haladni!

Hőhordozó-közvetítő közegnek természetesen vizet alkalmaztak, amelyet a spirális csövekben keringetve melegítettek és forraltak fel több mint 530 fokos hőmérsékletre. A gőzmotor működési elve a kétütemű benzinmotorokéra hasonlított. A gőz bekerült a hengerekbe, ott kitágult, majd ahogy a dugattyú lefelé haladva szabaddá tette a hengerfalakban kialakított gőzkipufogó-nyílásokat, eltávozott. A gőz ezután nem a kipufogócsőbe került, hanem egy nagy radiátorra hasonlító kondenzátorba, ahol lehűlt, lecsapódott, majd újra kazánba került, és a folyamat újrakezdődött (így nem kellett mindig vizet vételezni, mint a hagyományos gőzmozdonyoknál).

A gőzautók előnyei és hátrányai

Az autónak számos előnye volt a hagyományos benzinesekhez és – az akkori USA-ban a személykocsik között meglehetősen ritka – dízelekhez képest. A gőzmotor szinte hangtalanul surrogva működött, még a gőzmozdonyoknál szokásos csühögés-pöfögés sem hallatszott. A gázpedál (vagyis inkább gőzpedál) egy gőzszelepet mozgatott, amely meghatározta, hogy a hengertér löketének mekkora hányadánál történjen a gőzbeömlés. Ha nagy teljesítményre volt szükség (mondjuk indulásnál és előzésnél), akkor akár 70 %-nál, ha kicsire (egyenletes haladás, lassúmenet), akkor elég volt, ha csak lökethossz 18 %-ánál került gőz a hengerbe.

Ezzel igen sok gőzt (és üzemanyagot) lehetett megtakarítani. Ha a „gázról” leléptünk, teljesen megszűnt a gőzbeömlés, és ha ilyenkor megálltunk az autóval, a motor is teljesen megállt, akárcsak a mai villanyautóknál, így nem volt üresjárati fogyasztás, és „alapjárat” sem. A kazán persze tovább termelte a gőzt a továbbhaladáshoz. A négyhengeres motor minden hengerébe ugyanakkora nyomású gőz került, nem alkalmazták a gőzmozdonyoknál és a hajóknál bevált ún. kompaundálást, amikor az egyik hengerből kilépő fáradt gőzt még egyszer (vagy akár 2-3-szor) munkára fogták a szomszédos hengerekben.

Az autó hátuljában kapott helyet a V4-es hengerelrendezésű gőzmotor (balra), amely egy 2,25-ös lassító áttételű lánchajtáson keresztül hajtott a hátsó kerekeket. A kazán az autó elejében volt elhelyezve (jobbra), a gőzt innen pumpálták hátra. A Williams Steamer valószínűleg nem volt csomagtér-világbajnok.
Az autó hátuljában kapott helyet a V4-es hengerelrendezésű gőzmotor (balra), amely egy 2,25-ös lassító áttételű lánchajtáson keresztül hajtott a hátsó kerekeket. A kazán az autó elejében volt elhelyezve (jobbra), a gőzt innen pumpálták hátra. A Williams Steamer valószínűleg nem volt csomagtér-világbajnok.

A gőzgépek fontos előnye, hogy már 0 fordulattól iszonyatosan nagy nyomatékot tudnak kifejteni, itt is jelentkezett: az autóba nem kellett sebességváltó (ahogy a gőzmozdonyokban sincs). Az erőátvitel egyetlen eleme a differenciálmű és egy 2,25-ös lassító áttételű lánchajtás volt (a kerekek ennyiszer kevesebbet forogtak, mint a gőzmotor). Nem volt szükség kuplungra sem, hiszen nem kellett váltani, és a gőzmotort nem is lehetett lefullasztani, ráadásul az alacsony fordulaton nagy nyomaték jobban illeszkedett az autózás igényeihez, mint a benzinmotoroké, amelyek az alapjárat közelében sem nagy nyomaték kifejtésére, sem nagy teljesítmény leadására nem képesek. A berendezés ráadásul alig foglalt nagyobb helyet, mint egy hasonló használhatóságú benzinmotor.

Az igazság érdekében persze szót kell ejteni a hátrányokról is, amelyek végül megakadályozták, hogy elterjedjen a gőzautó. Mivel az autó vizet használt a tulajdonképpeni meghajtásra, az nagy hidegben egyszerűen megfagyhatott a tartályban. Mondhatnánk, hogy miért nem használtak fagyállót. Azért, mert az autók hűtővizében használt fagyállók csak 100-120 fokig működnek megfelelően, a gőzautóban üzemi körülmények esetén dolgozó 500 fokos gőzben egyszerűen elbomlottak volna. Nem volt akkoriban olyan szer, amely egyszerre tudott volna magas és alacsony hőmérsékleteken is jó üzemkörülményeket biztosítani.

A gőzautó működése

Az olajégő felmelegítette a hőcserélőben levő (a kondenzátorból érkező) vizet, amely gőzzé alakult, bekerült a motorba, ahol kitágult és lehűlt. A motorból a kondenzátorba áramlott, ahol a gőz lecsapódott (és közben még jobban lehűlt). A lecsapódott víz innen tartályba érkezett, amely arra volt hivatott, hogy ha nem egyezett a kazán gőztermelő sebessége és a motor gőzfogyasztása, a még fel nem használt folyadék itt tudott összegyűlni. Innen a tápszivattyún keresztül újra a hőcserélőbe (párologtatóba) jutott a víz, és a folyamat újrakezdődött.

Ha már a gőznél tartunk, az egyik legkényelmetlenebb tulajdonság a lassú üzemkészség volt. A kazán elindítása után még enyhe időben is kb. 40 másodpercet kellett várni, amíg gőzt tudott szolgáltatni. Ez kiváló érték volt például a gőzmozdonyok 5-6 órás és a nagy gőzhajók több mint egy napos értékéhez képest. Azonban az elektromos indítómotorral felszerelt hagyományos autók töredék-másodpercéhez képest szörnyű. Ezt az autót fizető vevőknek kellett volna eladni, akik egy ilyen kellemetlenséget biztosan nem tűrtek volna el. Ennél lejjebb szorítani viszont nem nagyon lehetett az indítási időt. Ne felejtsük, néhány másodperc alatt kell(ett volna) 500 fokos gőzt előállítani az adott esetben néhány fokos hideg vízből. Hihetetlen teljesítményre lett volna szükség!

Érdekesség, hogy néhány korábbi modellen az indításhoz és a hirtelen gyorsításhoz külön sűrítettlevegő-tartályt helyeztek el az autóban. Ha gőzzel nem lehetett elérni a kívánt üzemállapotot, a nagynyomású levegővel hajtották a motort. Ezt azonban a Williams Steameren nem használták – túl bonyolult volt, és a kitáguló, jéghidegre hűlő levegő lehűtötte volna a hengerfalat, ami akár a motor végét is jelenthette (a gőzből kicsapódó víz ugyanis összenyomhatatlan – a felfelé haladó dugattyúk eltörtek volna).

Az autó fogyasztása újabb sarkalatos pont egy új hajtás bevezetésénél, még a(z akkoriban még) szinte ingyen kínált üzemanyagok országában is. A Williams Steamer sokat fogyasztott. Vegyes fogyasztása elérte a 10 mérföld/gallont, azaz a 24 l/100 kilométert. Ez a 60-as évek Amerikájában ugyan nem számított különösebben soknak, de azért kevésnek se, pláne egy ekkora autónak. Igaz, hogy a tüzelőolaj olcsóbb volt, mint a gázolaj vagy pláne a benzin, de az árkülönbség nem jelentett akkora előnyt, hogy emiatt átálljanak az emberek gőzre.

A „gőzkorszak” vége – egyéb tervek és elképzelések

A fenti hátrányok önmagukban még megoldhatók lettek volna, ha rendelkezésre áll az a két dolog, ami minden autógyártás elengedhetetlen kelléke: a pénz, és az illetékes szervek hajlandósága. Még egy meglévő autó fejlesztéséhez is rengeteg pénz kell, ez azonban itt nem volt meg, ráadásul egy teljesen „zöldmezős” hajtásról volt szó. Ugyan a 60-as évek végének „hurráoptimizmusában” (ekkoriban tervezték, hogy a NASCAR-ban gőzhajtású autók is nevezhessenek) még a General Motors is ajánlatot tett Williamséknek, hogy 16 darab prototípust megépít, de ebből nem lett semmi. A hatóságok sem adták meg az engedélyt a különleges hajtás sorozatgyártására, ami végképp kioltotta a tüzet a Williams Steamerek kazánjában.

A néhány évvel később (Datsun alapokra) elkészült japán Minto gőzautó több szempontból fejlettebb volt, mint a Williams. Víz helyett a régi háztartási hűtőkben használt freon volt a hőhordozó közeg, és nem dugattyús gőzgéppel, hanem egy „fordított csavarkompresszorral” (a kitáguló gáz forgatta) működött, amely sokkal kisebb helyet foglalt. A Minto szintén nem lett sikeres, hasonló okok miatt.

A gőzautóknak végül az 1973-as olajválság jelentette a végső csapást. Jött a környezetvédelem, az emisszió-korlátozás és a kis fogyasztású modern autók kora. Ebbe a mezőnybe a gőzautó már nem fért be. A témában komolyabb hírt 5 éve olvashattunk utoljára: ekkor egy szupermodern gőzturbinás autóval megdöntötték a több mint száz éve álló rekordot: az LPG-tüzelésű kazánokkal és alumínium csövekkel felszerelt „Inspiration” gőzautó 225 km/h-val száguldott.

Veit András
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
Cikk[153249] galéria
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés