Höyryauto

Stanley höyryauto vuodelta 1912

White touring höyryauto vuodelta 1909

Höyryauto on henkilöauto tai hyötyajoneuvo, jonka voimanlähteenä on höyrykone.

Höyrykoneen avulla itsenäisesti liikkumaan kykenevät maakulkuneuvot eli raiteilla kulkevat höyryveturit ja maantiellä tai niiden ulkopuolella kulkevat lokomotiivit kehitettiin noin sata vuotta ennen polttomoottoreita. Suuri koko ja paino rajoittivat aluksi niiden käytön maatalouden koneiden liikkuvaksi voimanlähteeksi tai työkoneeksi sekä maantiellä raskaisiin veto- ja kuljetustehtäviin. Kevyiden henkilöautojen osalta höyrykoneiden ja polttomoottorien kehitys kulki rintarinnan, sitä mukaa kun tekniset innovaatiot saatiin tuotteistettua. Mutta koska henkilöautojen höyrykoneiden kehityksessä voitiin hyödyntää sitä kehitystä, joka tuli rautatiekaluston puolelta, höyrykoneet olivat periaatteessa edellä tekniikan eturintamalla. Vuonna 1900 höyryauto oli parasta ja ylellisintä, mitä autoteollisuus saattoi ostajille tarjota ja sellaisella saavutettiin jopa maanopeusennätys. Vuoteen 1920 saavuttaessa polttomoottorit olivat kehittyneet niin, että höyrykone oli enää jäänne menneiltä ajoilta.

1920-luvun jälkeen on valmistettu hyvin vähän höyryautoja, vaikka teknologia sinällään mahdollistaisi nykyaikaisen höyryauton valmistamisen, tuottajan kannalta tehokkaasti ja ostajan kannalta käyttömukavvuden kärsimättä.

Höyryauton suurimmat tekniset haasteet keskittyivät hörykattilaan. Se muodostaa suuren osan voimalinjan kokonaismassasta, lisäten siten auton tyhjäpainoa. Lisäksi sen paineentarkkailu vaatii kuljettajan jatkuvan huomion, tosin vetureista saatujen kokemusten myötä jo vuoden 1900 autoissa paineentarkkailu ja säätö oli saatu automatisoitua riittävällä tavalla. Suurin yksittäinen höyrykoneen käyttöä rajoittanut tekijä autoissa oli jatkuva vedentarve ja sen kuljettamisen vaatima tila ja painonlisäys. Toinen vaihtoehto oli varustaa ajoneuvon höyrykone suljetulla kierrolla ja lauhduttimella, joka sekin vaati oman tilansa ja aiheutti yhtälailla painon lisääntymistä.

Höyryautolla omat etunsa, tosin nykyisin ne ovat vähemmän merkittäviä kuin niiden suuruuden päivinä. Jos jätetään laskuista pois kattila, itse höyrykoneen mekaaninen koneisto on pienempi ja kevyempi kuin polttomoottori. Koska höyrykone antaa suurimman vääntömomenttinsa heti alusta alkaen ja sen kierrosnopeus on portaattomasti säädettävissä, polttomoottorien vaatima monimutkainen vaihteisto ja voimansiirto on periaatteessa tarpeeton. Esimerkkinä mainittakoon vuoden 1915 Dobler malli B, joka ilman vaihteistoa kiihtyi 0 – 60 mailin tuntinopeuteen 15 sekunnissa. Moottorin käynti on myös värinätöntä ja hiljaisempaa, äänenvaimentajia ei välttämättä edes tarvita.

Tekniikka

Stanley höyryauton kone vuodelta 1912. Koneistossa näkyvissä kahden korkeapainesylinterin lisäksi voimansiirto ensiövetorattaalle.

Höyryauton rakennepiirrustus 1900-luvun alusta

Höyrykone on ECE-tyyppinen (External Combustion Engine), ts. se on lämpövoimakone jossa koneen sisäpuolella oleva työtä tekevä aine, neste tai kaasu tai niiden yhdistelmä, kuumennetaan ulkopuolisen lähteen avulla. Höyrykoneen ollessa kyseessä, vesi kuumennetaan kiehuvaksi höyryksi kattilassa. Vastakohtana tälle voidaan pitää polttomoottoria, joka on tyyppiä ICE (Internal Combustion Engine). ICE-moottorissa kaikki voiman tuottamiseen tarvittava toiminta tapahtuu moottorin sisällä. Bensiiniä polttoaineenaan käyttävän ICE-moottorin terminen hyötysuhde oli autojen alkuaikoina 15% – 30%, höyrykoneet saavuttivat tästä noin puolet. Höyrykoneiden etuna voidaan pitää käytettävän polttoaineen vapaata valintaa, jolloin oikeanlaisella polttoaineella voidaan CO₂ -päästöissä saavuttaa nollataso. Lisäksi CO- ja NOx-arvot ovat määrättyjä polttoaineitä käytettäessä hyvin pieniä, tällä on suuri merkitys ympäristön kannalta etenkin silloin, kun koneen käyttöfunktio on paikallisvoiman tuottamisessa.

Höyry- ja sähköautot olivat autoilun alkuaikoina esim. Yhdysvalloissa jopa suositumpia kuin polttomoottoriset. Syitä tähän olivat mm. polttomoottorien epäluotettavuus, bensiinin huono laatu ja vaikea saatavuus sekä käyttäjältään suurempaa teknistä osaamista vaatinut tekniikka. Yksittäisistä tekijöistä suuri vaikutus polttomoottoreiden suosion kasvulle oli sähköisen käynnistinmoottorin keksiminen. Ennen sitä polttomoottorien käynnistäminen tapahtui erillisellä kammella, moottorin kampiakselia pyöräyttämällä. Tämä vaati käyttäjältä taitoa ja myös varovaisuutta, sillä moottorin antaessa takapotkun olivat käyttäjän sormet ja ranteet vaarassa. Sähköautojen menestyksen kasvulle oli esteenä niiden rajallinen toimintasäde. Akun tyhjentyessä sen varaaminen vei pitkän aikaa ja oli etenkin maaseudulla usein mahdotonta.

Kun hörykoneen vaatima työpaine on saavutettu, voidaan autolla lähteä liikkeelle vaikka täydellä teholla. Hörypaineen kehittyminen vaatii kuitenkin oman aikansa ja lisäksi etenkin kylminä vuodenaikoina polton täytyy tapahtua hillitysti, jotta vältettäisiin lämpötilojen äkillisestä vaihtumisesta aiheutuvat kattiloiden vauriot. Talvella vesi täytyi muistaa tyhjentää kattilasta ja ennen liikkeellelähtöä täyttää. Polttomoottoilla liikkeellelähtö sujui nopeammin. Yksi ratkaisu liikkeellelähdön nopeuttamiseksi olivat mm. flash boiler- eli pakkoiertokattilat, joissa höyrystetään kerrallaan vain sen verran vettä kuin koneen liikkeellesaaminen vaatii. Amerikkalainen höyryautojen valmistaja Doble tehosti palotapahtumaa kipinän avulla sytytettävän, kevyttä polttoöljyä käyttävän polttimen avulla.

Höyrykoneen autokäytöllä on myös muita rajoittavia tekijöitä. Hörykoneen vaatiman kattilan ja muiden välttämättömien apulaitteiden aiheuttama painonlisäys kuittaa nopeasti sen edun, jonka vaihteiston poisjättämisen tuoma painonsäästö antaa. Lisäksi höyrykoneen lauhduttimen tulee olla mahdollisimman iso ja mieluummin puhallinavusteinen. Hörykoneen toiminnan kulmakivi on työtä tekevän nesteen lämpötilan saaminen höyrystimispisteeseen, mutta sieltä on palattava mahdollisimman nopeasti takaisin nestepisteeseen, jotta kierto olisi mahdollisimman tehokasta. Nykyaikana höyrykone on parhaimmillaan kiireettömässä retkeilyvenekäytössä tai paikallisvoimanlähteenä, generaattoria tai työkonetta pyörittämässä. Näissä olosuhteissa höyrykone voi toimia lähes polttomoottorin tyhjäkäyntinopeuksiin verrattavilla kierrosluvuilla ja tällöin sen vääntömomentti on suurimmillaan.

Varhaisia höyryautoja

Ensimmäiset kokeilut omatoimisesti höyryvoimalla liikkuvien kulkuneuvojen tiimoilta tehtiin jo 1700-luvun lopulla. Kuitenkin vasta 1800-luvun alussa kehitetyt korkeapainejärjestelmät tekivät tällaisten ajoneuvojen valmistamisen käytännössä mahdolliseksi. Komponentttien valmistamiseen tarvittavan tekniikan karkeus ja maanteiden surkea kunto tarkoittivat, että jotain, jota voidaan kutsua nimellä "höyryauto", eli tavaroiden tai henkilöiden omavoimaiseen liikuttamiseen rakennettu ajoneuvo, ei voitu toteuttaa ennen 1800-luvun loppua. Ensimmäiset vakavahenkiset, omavoimaisten höyryajoneuvojen kokeilumallit olivat vuodelta 1784, jolloin James Watt patentoi höyrykoneensa, ja hänelle työskennellyt William Murdock liitti höyrykoneen vaunuihin. Toinen saman aikakauden kokeilu oli yorkshireläisen insinööri Robert Fournessin brittiläinen patentti No.1674, vuodelta 1788, joka myös koski höyrykoneen ja vaunujen yhdistämistä.

Amédée Bollée

Amédée Bollée La Mancelle 1878

Vuosina 1873 – 1883 lemansilainen Amédée Bollée valmisti sarjan höryvoimakäyttöisiä, 6 – 12 hengen matkustajavaunuja. Nämä nimeltänsä mm. Rapide (nopea) ja L'Obéissante (tottelevainen) -nimiset ajoneuvot saavuttivat jopa 60 km/h huippunopeuden. Hänen ajoneuvoissaan kattila sijaitsi matkustamon jälkeen, ajoneuvon takaosassa ja itse kone oli edessä. Höyrykoneelta voima siirtyi kampikoneistolta hammaspyörälle, josta oli ketjuveto taka-akselille. Kuljettaja istui etummaisena, höyrykoneen takana ja ajoneuvon ohjaus etuakselile oli järjestetty pystysuoran akselin ja ohjauspyörän avulla. Tämä konfiguraatio muistuttaa myöhempien autojen rakennetta huomattavasti enemmän kuin monissa muissa höyryautoissa.

Veljekset Cederholm

Cederholm No. 2 vuodelta 1894

Ensimmäinen Ruotsissa valmistettu auto oli veljesten Jöns ja Anders Cederholm, vuosina 1891 – 92 valmistama höyryauto. Autoa oli tarkoitus käyttää tavaroiden kuljettamiseen heidän Ystadissa sijainneen kotipaikkansa ja perheen kesäasunnon välillä. Auto tuhoutui Ruotsin ensimmäisessä tieliikenneonnettomuudessa, mutta veljekset kokosivat, jäljelle jääneistä ja uusista osista, parannetun version. Tämä auto on nähtävillä museossa Skurupissa.

De Dion, Bouton & Trépardoux

De Dion, Bouton & Trépardoux:n
"La Marquise" vuodelta 1884

De Dion, Bouton & Trépardoux oli merkittävimpiä ranskalaisia höyryautojen valmistajia. Heidän ensimmäinen maallakulkeva prototyyppinsä oli vaunut, joiden etuosaan oli asennettu höyrykone, josta voimansiirto vetävälle etuakselille tapahtui hihnan välityksellä. Vaunun takapyörät olivat ohjaavat. Tämä ensimmäinen prototyyppi tuhoutui tulipalossa koeajojen aikana. Vuonna 1884 valmistui kolmikon seuraava ajoneuvo, La Marquise, jossa ohjaus oli etupyörillä ja taka-akseli oli vetävä. La Marquise on maailman vanhin toimiva ja liikkuva auto. Se kykenee saavuttamaan 60 km/h huippunopeuden ja kuljettaa neljä henkilöä. Charles Trépardoux:n lähdettyä yhtiöstä vuonna 1893, De Dion-Bouton keskitttyy polttomoottorien kehitystyöhön ja on omana aikanaan Euroopan suurin autotehdas.

Gardner-Serpollet

Ranskalaisen Léon Serpollet:n vuonna 1896 kehittämä pakkokiertokattila (flash boiler) oli suuri edistysakel höyrykoneiden kehityksessä autokayttöön. Öljykäyttöinen poltin lämmitti vettä vain sen verran (flash), kuin oli tarpeellista, että kone saatiin pyörimään. Koska kerralla lämmitettävä vesimäärä oli pieni, myös lämmitys ja paineennousu oli nopeampaa. Serpollet valmisti höyryautoja vuoteen 1907 saakka, jolloin Lèon Serpollet kuoli. Keksijän ja autonvalmistajan uran lisäksi Lèon Serpollet:sta tuli ensimmäinen uljettaja, joka saavutti virallisen maanopeusennätyksen muulla kuin sähköautolla. Hänen munanmallinen höyryautonsa Oeuf de Pâques (Pääsiäismuna) saavutti lentävällä kilometrillä nopeuden 120,80 km/h. Tällä Nizzan Promenade des Anglaisella 13. huhtikuuta 1902 ajetulla tuloksella hän peittosi belgialaisen Camille Jenatzyn sähköauto La Jamais Contenten ennätyksen.

1900-luvun alku

Vuosisadan vaihteessa höyryauto käytännössä dominoi uusien autojen markkinoita etenkin Yhdysvalloissa, joka on maailman suurin höyryautojen tuottaja, sekä kappale- että valmistajien lukumäärällä mitaten. Tosin monet valmistajat eivät olleet kovin pitkäikäisiä ja valmistuneiden autojen lukumäärä saattoi jäädä jopa yhteen ainoaan.Vuonna 1902 Yhdysvalloissa uutena rekisteröidyistä 909 autosta 485 oli höyryautoja, loput sähkö- ja polttomoottorikäyttöisiä. Esimerkkinä mainittakoon, että vuonna 1899 höyryautovalmistaja Mobilella oli kymmenen tehdasta ja 58 edustusliikettä ympäri Amerikan. Höyryautotuotannon keskeiseksi alueeksi nousee Uusi Englanti sekä suurten järvien alue. 84 nimekkäämmästä (enemmän kuin yksi valmistunut auto) valmistajasta 38 sijoittuu näille seuduille. Esimerkkeinä mainittakoon White Motor Company Ohion Clevelandissa, Eclipse Automobile Company Massachusettsin Eastonissa, Cotta Illinoisin Lanarkissa, Crouch Pennsylvanian New Brightonissa, Hood Steamer Massachusettsin Danversissa, Kidder Connecticutin New Havenissa, Century Motor Vehicle Company New Yorkin Syracusessa ja J. W. Skene Cycle and Automobile Company Mainen Lewistonissa. Vuoteen 1903 saavuttaessa valtaosa oli joko lopettanut, siirtynyt polttomoottorien käyttöön tai vaihtanut täysin tuotantolinjaa. Uusiakin höyryautoon uskovia yhtiöitä löytyi. Vuonna 1923 höyryvetureita valmistaneen Brooks Locomotive Worksin kanadalainen haara alkoi valmistaa höyryautoja ja niiden tuotanto jatkui vuoteen 1926.

Toledo Steam Carriage

Toledo-höyryautojen mainos vuodelta 1902

Vuonna 1900 Ohion Toledossa päätoimipaikkaansa pitänyt, amerikkalaisten polkupyörävalmistajien muodostama suuryhtiö American Bicycle Co. perusti osaston valmistamaan 6,25 hevosvoimaista Toledo Steam Carriage-höyryautoa. Mies American Bicyclen ja polkupyöriä, mopoja, moottoripyöriä sekä autoja valmistaneen Pope Manufacturing Companyn takana oli eversti ja teollisuusmies Albert Pope. Toledo Steam Carriage oli hyvälaatuisista komponenteista, korkealla laatutasolla valmistettu auto, jota pidetään yhtenä aikansa parhaimmista. Syyskuussa 1901 kaksi Toledo-höyryautoa, yksi malli B (malli A varustettuna matkustajien sääsuojalla) ja malli E (malli D sääsuojalla) osallistuivat American Bicycle Co:n ilmoittamina New York – Buffalo Endurance Contest -kestävyysajoon hyvällä menestyksellä. Vuonna 1902 yhtiön nimeksi muutetaan International Motor Car Company. Höyryautojen valmistus lopetetaan vuoden 1902 aikana ja yhtiö keskittyy valmistamaan polttomottorikäyttöisiä autoja nimellä Pope-Toledo.

Locomobile Runabout

Kehittynyt Locomobilen höyrykone

Yhdysvaltain ensimmäinen massatuotettu ja suuren suosion saavuttanut höyryauto, oli vuonna 1899 Massachusettsin Watertownissa toimintansa aloittaneen Locomobile Company of America -yhtiön Runabout. Mallia valmistettiin useita tuhansia kappaleita vuosina 1899 – 1903. Locomobilen konetekniikka oli höyryautotuotannon toisen suurnimen, Stanley Steamer Companyn kehittämää. Locomobile Company of America lopetti höyryautojen valmistuksen vuonna 1903 ja siirtyi ylellisten polttomoottorikäyttöisten autojen tuotantoon. Vuonna 1922 yhtiö liitettiin osaksi Durant Motorsia ja se lakkasi olemasta vuonna 1929, emoyhtiönsä toiminnan lopettamisen myötä.

White Steamer

White Motor Company valmisti White Steamer -höyryautoja Ohion Clevelandissa vuosina 1900 – 1910. Nimi White tunnetaan ehkä parhaiten raskaista rekkavetureistaan.

Stanley Steamer

Ehkä kaikkein tunnetuin ja eniten myyty höyryauto oli Stanley Steamer, joita valmistettiin vuosina 1896 – 1924. Vuosina 1899 ja 1905 Stanley yksin myi enemmän autoja kuin yksikään polttomoottoreita valmistanut merkki ja se jäi Yhdysvaltain markkinoilla tuolloin kakkoseksi vain Pope Manufacturing Companyn Columbia Electric -sähköautoille. Stanley käytti kaksisylinterisen, kaksitoimisen höyrykoneensa kattilana kompaktia tuliputkikattilaa. Ilmiömäisen, koneeen kaikilla nopeuksilla tasaisen vääntömomenttinsa ansiosta koneisto oli tyypillisesti kytketty suoraan vetävään taka-akseliin, ilman kytkintä tai eri välityssuhteita tarjoavaa vaihteistoa. Vuoteen 1914 saakka Stanley-höyryautot puhalsivat pakohöyrynsä ulos koneistosta ja tämä aiheutti jatkuvan vedenlisäämisen tarpeen. Vuoden 1914 jälkeen kaikki Stanleyt varustettiin suljetulla kierrolla ja lauhduttimella. Tämä vähensi koneen vedenkulutusta huomattavasti.

Vuonna 1906, Floridan Ormond Beachillä, tehtiin Stanley-höryautolla uusi maanopeusennätys. Amerikkalainen kilpa-ajaja Fred Marriott rikkoi Stanley-höyryautolla 200 km/h silloisen haamurajan, loppunopeuden ollessa 204 km/h. Ennätys tehtiin vuosittain pidetyllä "Vauhtiviikolla", joka oli nykyisen Daytona 500 -tapahtuman esi-äiti. Tämä höyrykoneisten autojen ennätys rikottiin vasta vuonna 2009.

Aiheesta muualla

[[1]] Höyryautoaiheisia videoita
http://www.steamcar.net/ Britannian höyryautojärjestön kotisivu