Silniki parowe przywodzą na myśl dawne lokomotywy i parowce częściej niż samochody osobowe. Technologia parowa nie znalazła szerszego zastosowania w mniejszych pojazdach ze względów praktycznych, ale to nie oznacza, że nie próbowano jej tam wprowadzić. W poniższym artykule przedstawiamy podstawowe właściwości silnika parowego, możliwości dostosowania go do samochodu oraz kilka rzeczywistych przykładów zastosowania technologii parowej w pojazdach drogowych.

Historia silników parowych

Na początek przeanalizujemy samą zasadę działania silników parowych w pojazdach innych niż kolejowe. Pierwszy silnik parowy został skonstruowany w 1712 r. przez angielskiego wynalazcę Thomasa Conemana. W 1769 r., na długo przed pojawieniem się samochodów, silnik parowy wykorzystano w pojeździe kołowym służącym do holowania ciężkiego sprzętu artyleryjskiego. Pomysłodawcą rozwiązania był francuski oficer marynarki Nicolas Joseph Cugnot, a jego pojazd poruszał się z prędkością 4 km/h.
Wielka Brytania była najważniejszym krajem rewolucji przemysłowej i jako pierwsza wykorzystywała silniki parowe na masową skalę. W 1830 r. w Londynie było już zarejestrowanych 26 powozów parowych, których prędkość maksymalna wynosiła 24 km/h, co jak na tamte czasy uważano za cudowne osiągnięcie (włoskie maszyny tego typu osiągały zaledwie 8 km/h w 1854 r.). Pod koniec stulecia Francuzi również przystąpili do wyścigu: do 1888 r. ich maszyny osiągały 60 km/h, a na przełomie wieków silniki parowe miały znacznie wyższą wydajność niż istniejące już wówczas silniki spalinowe. Rekord prędkości – 120,77 km/h – w dziedzinie samochodów osobowych został ustanowiony w 1902 r. przez francuski samochód parowy w Nicei. Tymczasem Stany Zjednoczone również wykazały zainteresowanie tą technologią i w 1906 r. na wybrzeżu Florydy ustanowiono nowy rekord – 205 km/h. Do 1925 r. firma Stanley Steam Car Company wyprodukowała około 12 000 samochodów parowych.

Rozwój sieci dróg stymulował również ruch pojazdów pasażerskich, co stworzyło nowy rynek dla silnika parowego. W 1926 r. w samej Anglii w ruchu było ponad 10 000 ciężarówek napędzanych parą. W XX w. silniki spalinowe zyskały ogromną przewagę ze względu na znacznie lepszą wydajność – mimo to produkcja silników spalinowych nie została całkowicie wstrzymana. Po zakończeniu II wojny światowej z uwagi na niedobór paliwa wiele fabryk powróciło chwilowo do zasilania parowego. Technologia ta jednak odchodziła w zapomnienie, aż zainteresowanie nią pojawiło się znów podczas kryzysu naftowego w latach 70. Ponadto naukowcy byli przekonani, że silnik parowy może konkurować z silnikami spalinowymi jako rozwiązanie przyjazne dla środowiska, które można lepiej kontrolować i które cechują bardziej korzystne emisje. Niestety, silnik parowy nie jest obecnie realną alternatywą w transporcie drogowym.

Jak działa silnik parowy?

Silnik parowy przekształca w sposób pośredni energię zmagazynowaną w paliwie kopalnym lub jakimkolwiek innym paliwie w energię kinetyczną. Spalając paliwo w kotle, wytwarza on ciepło, które zamienia wodę zgromadzoną w układzie w parę. Czynnik o wysokim ciśnieniu i wysokiej temperaturze jest wykorzystywany przez silnik do wytwarzania pracy mechanicznej.

Elementem, który bezpośrednio łączy się z czynnikiem napędowym jest ciasno osadzony w cylindrze tłok. Za pomocą odpowiednio sterowanego rozdzielacza para pod wysokim ciśnieniem jest kierowana nad lub pod tłok, zmuszając go do ciągłego ruchu. Ten ruch w górę i w dół jest przekształcany w ruch posuwisto-zwrotny przez korbowód, dzięki czemu możliwy jest również ruch obrotowy. Gorąca para pod wysokim ciśnieniem rozszerza się i ochładza podczas pracy. Następnie po rozprężeniu opuszcza system; wyjaśnia to, dlaczego silnik parowy zużywa bardzo dużo wody.

Parametry techniczne silników parowych

Rozruchowy moment obrotowy silnika parowego jest dwukrotnie wyższy niż moment obrotowy przy najwyższej prędkości. Oznacza to, że w praktyce nie ma potrzeby stosowania skrzyni biegów, chyba że istnieją specjalne wymagania dotyczące przyspieszenia lub prędkości maksymalnej. Zrealizowane samochody parowe zazwyczaj nie miały skrzyni biegów z więcej niż trzema przełożeniami. Podobnie jak silnik elektryczny, może on również pracować w przeciwnym kierunku, więc może być również używany do hamowania. Sprzęgło nie jest wymagane do rozruchu.

Wydajność jest do dzisiaj największą przeszkodą w rozpowszechnianiu silnika parowego w samochodach osobowych. Przez długi czas konstruktorzy byli w stanie osiągnąć maksymalną sprawność cieplną na poziomie 10%, a najnowocześniejsze wersje osiągają od 15 do 30% – przynajmniej według producentów. Aby osiągnąć konkurencyjną sprawność, a tym samym konkurencyjne zużycie, należy stosować parę o temperaturze co najmniej 600°C. Nie jest to problemem dla turbiny parowej, ale w silnikach parowych montowanych w zwykłych samochodach byłaby to ogromna przeszkoda z uwagi na konieczność dobrego i stałego smarowania tłoka. Technologia wymagana do osiągnięcia tego celu jest obecnie nieznana.

Kiedy myślimy o silnikach parowych, automatycznie przychodzi nam do głowy ochrona środowiska. Nie należy jednak ignorować faktu, że samo paliwo jest tylko pośrednio zaangażowane w działanie, dla silnika parowego nie ma znaczenia, w jaki sposób wytwarzana jest temperatura i ciśnienie pary. Dlatego zakres użyteczności jest niezwykle szeroki, co daje wiele możliwości uczynienia systemu przyjaznym dla środowiska. Koszt każdego kilowata wytworzonego przez silnik parowy jest znacznie wyższy niż w przypadku silnika spalinowego, licząc łącznie z kosztami produkcji, naprawami i zajmowaną przestrzenią. Przy dzisiejszych stawkach, cena masowo produkowanego samochodu parowego byłaby wielokrotnie wyższa niż jego elektrycznego konkurenta zasilanego akumulatorem.

Samochody parowe, które jeździły po drogach

Jak wspomnieliśmy wcześniej, w przeszłości w użyciu było wiele samochodów parowych produkowanych w tysiącach egzemplarzy.
Jednym z nich jest Locomobile, który pojawił się na przełomie wieków i można go było kupić za 750 dolarów amerykańskich, ale możemy również wspomnieć o Doble Model E z 1924 r. lub Paxton Phoenix z 1953 r.

W 2009 r. firma Inspiration ustanowiła nowy rekord prędkości, osiągając 238 679 km/h.
Jak widać, zainteresowanie napędem parowym nigdy całkowicie nie zniknęło, ale jest mało prawdopodobne, aby wszedł on w najbliższej przyszłości w główny nurt technologii motoryzacyjnej.