Ingineria fascinantă a lui Doble E, maşina cu motor cu abur de acum 100 ani, care putea atinge peste 200 km/h

Uneori, când vorbim despre maşinile din zilele noastre şi menţionăm performanţele lor, avem cu toţii impresia că e ceva absolut nemaivăzut, pe care maşinile de demult nici n-ar fi sperat să atingă. Cuplul maxim de 1.000 Nm? Fascinant, cutiile de viteze moderne abia rezistă, iar unele motoare limitează electronic cuplul în treptele inferioare pentru ca acea cutie să reziste. Funcţionare silenţioasă a maşinilor electrice, lipsa unei cutii de viteze şi cuplul maxim disponibil de la prima turaţie? Pare ceva propriu doar acestei noi epoci. Dar cum ar fi să aflăm că-n istoria noastră a existat o maşină, creată acum 100 de ani, în 1922, care avea toate aceste caracteristici — cuplu maxim de peste 1.000 Nm, livrare a lui de la prima turaţie, lipsa unei cutii de viteze şi o rulare silenţioasă? Şi nu era o maşină electrică, cu una cu un motor cu abur! E vorba de Doble E, maşina care poate fi numită cu siguranţă apogeul absolut al tehnologiei de motor cu abur şi totodată una din cele mai complexe maşini construite vreodată în istorie.

Ca să înţelegem mai bine geniul ingineresc al acestei maşini, trebuie să facem o scurtă incursiune în istoria creatorului său, inginerul american Abner Doble. Acest om provenea dintr-o familie avută, iar tatăl său şi-a făcut averea tot prin inginerie, inventând şi patentând o turbină de apă, numită roata Petron, care capta forţa apei din impulsurile acestei şi o transforma în mişcare. Prin urmare, tatăl le-a oferit fiilor exemplul că dacă inventezi ceva cu adevărat valoros şi necesar omenirii, poţi deveni bogat din banii obţinuţi ulterior din utilizarea invenţiei tale. Iar Abner avea încă trei fraţi, toţi cu predilecţii inginereşti.

Foto: Abner Doble

Abner a conceput şi construit prima sa maşină cu abur încă pe când era în liceu, între anii 1906 şi 1909, ajutat de fraţii săi. Maşina nu mergea perfect, iar testele de viaţă reală relevaseră multe imperfecţiuni, dar însăşi faptul că maşina a putut merge, i-a motivat pe cei 4 să mai perseverseze. Abner s-a mutat în Massachusetts pentru a învăţa la MIT. A lăsat universitatea după doar un semestru, pentru a lucra cu fraţii săi la o nouă maşină cu abur. Către construcţia prototipurilor, Abner şi fraţii săi ajunseseră la atât de multe inovaţii, care eficientizau motorul cu aburi, încât au depus actele pentru o mulţime de patente. Cea mai importantă inovaţie era adăugarea unui condensator în motorului cu abur, care permitea motorului să capteze şi să răcească aburul care fusese deja folosit în propulsie, trimiţându-l înapoi în sistem sub formă de lichid, în loc să-l elibereze pur şi simplu în aer. Asta a schimbat radical viteza de consumare a apei din sistem. Dacă anterior încercările unor asemenea maşini epuizau apa în câţiva zeci de km, tehnologia lui Abner permitea ca un rezervor de apă să ţină între 1.600 şi 2.400 km.

O maşină cu abur a altui producător, Stanley, care lăsa o urmă de abur din urma sa

Tot aici ei au ajuns la tehnologia adăugării unei cantităţi minime de ulei cu rol de lubrifiant în abur, pentru a menţine întreg sistemul protejat de rugină şi calcifieri. Maşina rezultată fusese numită Doble Model B şi era încă un soi de prototip, care prefaţa ceea ce putea fi făcut cu tehnologia fraţilor Doble. Acea maşină, apropo, accelera de la 0 la 60 mile în doar 15 secunde. Iar Abner a condus o maşină în 1915 până la Detroit, pentru a atrage investiţii pentru o fabrică auto, pe care şi-o dorea. A primit repede 200.000 dolari, iar fraţii Abner s-au apucat de un Model C, care trebuia să fie o versiune perfecţionată pentru producţia la scară largă a lui Model B. Model C a fost cunoscut ulterior şi ca Doble Detroit.

Foto: Pagină de revistă despre Doble Model C, sau Doble Detroit, după dezvăluirea publică

Maşina primise o serie la fel de mare de perfecţionări, şi mai revoluţionare, şi mai civilizate pentru uzul cotidian, pe care nu le menţionăm aici, ci la Model E de mai jos, pentru că sunt în mare parte identice. Ideea e că Model C a fost prezentat public în anul 1917, şi direct la salonul auto Doble a primit 5.000 de precomenzi, cu cecuri pentru avansuri. Era un succes fulminant, pe care-l aşteptau şi investitorii în companie. Dar Abner insista că mai trebuie făcute perfecţionări, pentru a intra în producţia de serie, fapt care a adus tensiuni şi cu investitorii, şi între fraţi, doar câteva exemplare fiind asamblate. Într-un final Abner a plecat şi s-a stabilit în Califoria, unde a început lucru la pregătirea lui Model E.

Foto: Cosntrucţia lui Doble Model E

Ei bine, Model E a fost lansat în 1922 şi a fost produs până în 1925. Şi tocmai el e modelul de apogeu, cu cele mai fascinante performanţe, cu cel mai avansat sistem de propulsie cu abur. Despre această maşină au rămas atât de puţine informaţii exacte despre funcţionarea exactă şi ingineria ei, încât putem spune că e una din cele mai puţin ştiute istorii din lumea auto. Există multe informaţii care o menţionează drept cea mai avansată, şi poate câteva cifre cheie, dar explicarea principiului exact de funcţionare e aproape complet uitată, ca şi această tehnologie magnifică. Aşa că a trebuit să căutăm mult în arhive, cărţi şi video-uri vechi, ca să verificăm dublu aceste informaţii.

Aşadar, către anul 1922 tehnologia propulsiei cu abur era deja considerată oarecum demodată, or, ea fusese folosită foarte mult de trenuri şi fuseseră şi mai multe încercări pentru maşini, dar aburii albi scoşi din urmă şi inconvenienţele de a aprinde un foc sub un vas de apă şi de a aştepta până la fierbere ca să poţi demara au cedat rapid în faţa motorului cu ardere internă, care pornea de la cheie, cu un demaror. Aşa că Abner Doble a creat Model E cu pornire de la cheie, iar maşina putea mişca la circa 90 secunde după o pornire la rece! Şi şoferul nu avea nicio treabă cu aprinderea manuală a unui foc.

Când învârteai cheia în contact, se pornea un soi de ventilator electric, poziţionat alături de un carburator, care trăgea aer şi îl amesteca cu vapori de carburant, iar acel amestec era pulverizat într-un boiler imens de sub capotă. De fapt, denumirea corectă ar fi de generator de abur, nu boiler, dar şi pe atunci i se spunea aşa pentru că acolo apa fierbea. Astfel, revenind la amestecul de carburant şi aer pulverizat în interior, prima întrebare care poate apărea este ce folosea această maşină drept combustibil, cu ce mergea, de fapt? Iar răspunsul e orice ardea bine. Se putea folosi benzină, kerosen sau alţi carburanţi. Pe atunci kerosenul era relativ ieftin şi era cel mai folosit. Rezervorul de kerosen era poziţionat în spatele maşinii.

Aşadar, cheia rotită în contact, făcea un ventilator să aspire aer şi vapori de kerosen şi să-i trimită în interiorul unui boiler de formă cilindrică poziţionat vertical, care se afla de sub capotă. În partea de sus a acelui cilindru era o bujie, de tipul celor de pe motoarele cu ardere internă, iar maşina trimite o scânteie, ceea ce aprindea acel amestec, iar mai departe fluxul de carburant şi aer continua să ardă. E interesant că arderea avea loc în partea de sus a boiler-ului, flacăra fiind aspirată prin efect de vârtej în jos. Iar în jumătatea de jos, în interiorul boilerului, erau conducte prin care circula apa. Deci, în loc de a încălzi un cazan de 10-20 litri de apă, focul încălzea o reţea de conducte tot mai subţiri pe măsură ce se depărtau spre extremitatea de jos, care măsurau peste 100 metri lineari. Iar astfel efectul de încălzire a apei era aproape instantaneu, temperatura de ardere din interiorul boilerului fiind de peste 1.500 grade Celsius. Respectiv, apa se transforma rapid în vapori şi era gata să-şi facă efectul, iar acest boiler inventat de Abner aducea şi aburul la o temperatură şi o presiune mult mai mare decât alte sisteme de propulsie cu abur, ajungându-se până la 400-450 grade Celsius şi o presiune de 52 bari sau 5 atmosfere în circuitul de abur.

Foto: Reconstrucţia interiorului secţionat al boiler-ului, cu conducte circulare în jumătatea de jos a spaţiului interior, de diametru tot mai mic pe măsură ce coboară

Această super-încălzire a apei îi şi permitea maşinii să fie gata de deplasare în 90 secunde de la pornirea la rece. Şi paradoxul e că odată ce maşina începea a mişca, ea nu avea nevoie de arderea constantă a combustibilului. Jos, în apropiere de conductele de apă, existau tije metalice, alăturate unor mecanisme cu componente de sticlă, tijele fiind proiectate să se dilate, iar sticla — nu. Atunci când temperatura din interior creştea la norma de sus, tijele împingeau un mecanism exterior, care oprea combustibilul spre boiler, şi focul se stingea în interior. Când temperatura scădea, tijele se retrăgeau şi procesul de aspirare a amestecului şi aprinderea prin bujie se repeta. Respectiv, în funcţie de cât de intens şi de repede mergeai, acest ciclu se repeta de la 3 la 6 ori pe minut, iar asta însemna că maşina folosea combustibil cam jumătate din timpul de deplasare, având întotdeauna presiunea aburului în sistem în diapazonul unei marje care-i asigure putere constantă.

Acum revenind la aburul din acele conducte, să vedem cum ajungea el să mişte roţile de acolo. Din boiler, aburul pleacă prin conducte spre partea din spate a maşinii, acolo unde se află motorul cu abur propriu-zis. Motorul e poziţionat aproape de axul spate şi are 4 cilindri. Cum poate să aibă un motor cu abur 4 cilindri? Sunt cilindri, însă în ei nu are loc vreo ardere, ci aburul apasă pe rând pistoane din interiorul celor 4 cilindri şi tot aburul îi retrage înapoi. Cilindrii au pistoanele conectate la un arbore cotit transversal, iar acest arbore cotit e conectat printr-o roată dinţată direct cu un diferenţial, care transmite forţa roţilor spate.

Foto: Viziune a motorului cu abur cu 4 cilindri de pe Doble E şi felului în care îşi transmite forţa spre roţile spate

Circuitul de abur spre cilindri e conceput în aşa fel încât fiecare mişcare a fiecărui piston e una de transmitere a puterii, dintre circuitul de abur spre piston şi spre maşină, deci având 4 cilindri care funcţionează astfel şi împing constant un arbore cotit, e ca şi cum ai avea un motor V16 în 4 timpi. Iar asta înseamnă că motorul cu abur al lui Doble poate opera lin şi la turaţii foarte joase, şi livrează, paradoxal, cuplul maxim de la primele turaţii, exact ca un motor electric de azi, până la turaţiile lui maxime. Şi, după cum am spus mai sus, motorul e conectat direct cu axul spate, deci nu există cutie de viteze şi arbore cardanic.

Motorul de pe Doble E, secţionat şi demonstrat ca exponat de muzeu

Motorul cu abur e conectat la un arbore cardanic auxiliar, care duce spre faţa maşinii, acesta acţionând la rândul lui pompa de apă şi de ulei. Uleiul e stocat într-un rezervor mic şi se consumă foarte încet, de fapt, întrucât e pulverizat în cantităţi minime. După ce aburul iese din zona motorului, merge înapoi spre faţa maşinii printr-o conductă. Când ajunge din nou sub capotă, aburul trece iniţial printr-o mică turbină ce ajută la propulsia ventilatorului electric, ajutându-l pe acesta fie să aspire aer în faţa activă de ardere, fie să-l mişte cu rol de generator electric pentru a încărca bateria maşinii.

Foto: Arborele cardanic auxiliar de la motorul din spate, spre faţă

Apoi, circuitul aburului trece spre partea frontală a maşinii, în faţa boiler-ului, acolo unde în loc de radiatorul clasic e poziţionat condensatorul de abur. Întâi circuitul trece prin două turbine anexate de condensator, pe care le propulsează şi care ajută la răcirea aburului care se află deja în interior, apoi aburul care a rotit turbinele ajunge în condensator. Aici este răcit şi se condensează în apă, iar apa merge din nou prin conducte spre rezervor şi spre boiler. Astfel, circuitul aburului e unul închis, aceeaşi apă fiind convertită în abur şi ulterior în apoi în apă, cu pierderi minime. Sigur, există valve de siguranţă în circuit, care permit acestuia să elibereze o parte din abur în cazul în care acesta nu reuşeşte să se condenseze sau presiunea e prea mare, dar, teoretic, cea mai mare parte a apei e reutilizată de multe ori în acelaşi circuit, motiv din care ea ar trebui să fie suficientă pentru până la 2.400 km.

Şi partea la fel de fascinantă e forţa imensă pe care acest sistem de propulsie al lui Dobble E o produce. Puterea e de doar 150 CP, însă cuplul depăşeşte valoarea de 1.350 Nm! De la primele turaţii! Nu e de mirare, deci, că maşina avea o forţă imensă, care se simţea din belşug în condus. Se zice că această maşină a reuşit să atingă 135 mile la oră atunci, ceea ce ar echivala cu 217 km/h, dar chiar dacă nu sunt informaţii atent documentate despre viteza maximă, putem spune destul de sigur că maşina poate atinge în jur de 200 km/h. O viteză normală de croazieră era de 110 km/h, viteză pe care Doble E o putea menţine constant, reuşind să producă mai mult abur decât avea nevoie în mod curent, spre deosebire de alte maşini cu abur, care trebuiau să încetinească pentru a aduna presiune în sistem.

Paradoxal, dar Dobble E s-ar conforma şi azi practic tuturor normelor de ecologie, chiar şi din cele mai dure, întrucât ardea combustibilul său la temperaturi foarte înalte şi la presiune foarte joasă, ceea ce elimina total noxele şi genera reziduuri de ardere până la un minim absolut. S-au construit doar 24 de exemplare de Dobble E în cei trei ani de producţie, şi toate sunt un pic diferite între ele, Abner Doble perfecţionându-le în permanenţă. Şi de atunci până în prezent, vreme de aproape 100 de ani, n-a fost concepută şi construită nicio maşină cu abur mai avansată şi mai performantă de atât!