キュニョーの砲車
キュニョーの砲車(キュニョーのほうしゃ)は、フランス陸軍砲兵部隊のためにルイ15世の陸軍大臣であった宰相ショワズールがキュニョーに製作させた三輪蒸気自動車の試作車である。1769年と1770年の2年間に2台が製作された。馬の代わりに蒸気機関を使い、大砲の牽引に使えるかどうか検討するために試作され、2台目は全長7メートルを超える大型運搬車だった。これは世界初の自動車と認定され、1台目(1号車)が製作され試運転で走行した1769年が自動車誕生の年とされている。2台目(2号車)は現存する最古の自動車として保管展示されており見学が可能である。これは1770年の試運転中に事故で壊れ翌1771年に補修されたものと伝えられている。
復元されたキュニョーの砲車 動画 https://www.youtube.com/watch?v=KP_oQHYmdRs
キュニョーの砲車は、フランス陸軍大臣エティエンヌ・フランソワ・ド・ショワズールが砲兵部隊総監ジャン=バティスト・ヴァケット・ド・グリボーバルに命じ、フランスの軍事技術者、ニコラ=ジョゼフ・キュニョーが開発し、フランス陸軍の砲兵工廠で製作された。世界最初の自動車とされ、動力を乗せトラクション(摩擦を利用した推進力)で自走した。人が乗り操縦(運転)し、実際に走行できた。ピストンを使用した蒸気機関を動力とした最初の乗り物としても、また、蒸気動力で人を運んだ最初の乗り物としても記録に残るものでもある。また、ピストン運動を連続的な回転運動として実現したのも世界史上最も早かった。
5トンの大砲を運ぶ重量物輸送用途の車両として計画され、1号車は予定の2分の1の大きさで1769年に、2号車は実物大で1770年に、フランスの砲兵工廠で製作された。2号車は試走時、事故で破損し、これが最初の自動車事故といわれている。宮廷内での抗争のため、推進者であったショワズールが1770年暮れに失脚してしまい、その後継者はこのプロジェクトを無視した。グリボーバルはじめメンバーは期待をもって翌年1771年前半を修復に費やしさらなる試運転の機会を待ったがそれは与えられなかった。プロジェクトの最終評価はなされることなく、工廠のメンバー、ロランによって倉庫の奥に30年近く保管されていたが、ナポレオン時代の1801年に、新設されたアカデミーの博物館に移され、再びひっそりと保管展示された。歴史の荒波を乗り越え史上最古の自動車として現在も見学が可能である。
銅製の火室およびボイラーと銅製の気筒(シリンダー)を2つ備え、2つのピストンによって一つの車輪を両側から交互に力を加えることで駆動した。ハンドルバーによる操舵で前輪を操作し方向を変えることができた。リバースギアを装備し後退することもできた。ブレーキは走行時ではなく停車時のブレーキだった。ボイラーには走行しながらの給水はできず、すぐに水を使い尽くしてしまった。
4人が乗れ、車両速度は時速約9kmだったが、給水のために停車したことで実際の移動速度は時速3.5kmから4kmだった。1770年の2号車は、5トンの大砲を載せ移動速度はほぼ同等の時速約3.5kmが出せた。
その後の発展は19世紀まではゆっくりとしたものだったが、キュニョーの蒸気自動車は輸送の歴史の中で確実な一歩として記録された。
宰相ショワズールは1758年から1761年まで外務大臣をつとめフランスの対外政策を担当し、七年戦争さなかの1761年からフランス陸海軍の長である戦争大臣となっていたが、1763年にプロイセン王国に敗北を喫した。このため、ショワズールはその後、フランス陸海軍の一層の強化に邁進した。また、ショワズールには新技術を積極的に利用しようとする意欲があった。1769年に、ショワズールにスイスの役人プランタがさまざまなアイデアを進言した。その中に蒸気を利用して大砲を輸送するアイデアがあった。ショワズールはこのアイデアの検証をグリボーバルに命じ、グリボーバルはその設計開発者としてキュニョーを推薦した。キュニョーは自身でも蒸気自動車の研究を行っていたが、自動車史に今日までキュニョーの名前が残ったのは、ルイ王朝でのフランスの軍事力強化という時代の国のプロジェクトだったからである。
ルイ15世治世下で外務大臣を務めたのち戦争大臣となり、陸海軍を所轄していた宰相ショワズールは七年戦争でプロイセンのフリードリヒ2世との戦いに破れる。フランスでは軍隊の戦略戦術に関してさまざまな見直しがはかられ、研究がおこなわれ、砲熕関連技術にも力がいれられていた。
1769年、ショワズールはスイスの役人、ルートヴィヒ・アウグスト・プランタ (Ludwig August Planta (Monsieur de Planta)) からさまざまな改良について進言を受けた。役立つと思えた発明に、火を焚き水を蒸気として利用することによる大砲運搬の話があった。これは、当時最先端技術であった蒸気機関を使って馬を置き換えようという提案だった。
ショワズールはこの提案の確認をグリボーバルに委任した。技師であり砲兵隊第一総監であったグリボーバル (Jean-Baptiste Vaquette de Gribeauval / ジャン=バティスト・ヴァケット・ド・グリボーバル) はのちに砲兵団の改革や大砲の標準化をおこなう人物である。このグリボーバルがプランタの提案内容を仔細に調べるよう検証を命ぜられた。ウィーン時代の部隊の部下の一員でグリボーバルにとって既知であり、その時点で軍事に関する著作が評価されており、またパリで蒸気機関の軍事利用を研究中だったキュニョーを推薦。プランタは、キュニョーの考えが自身のものよりもすべての点で優れていると認め、ショワズールは、キュニョーに託すことを承認しパリでの製作を命じた。
ショワズールはルイ15世から資金を得るための目的で手始めに2分の1の試作車をつくらせた。これは現在1号車とも呼ばれる。1号車の製作資金をショワズールは陸軍元帥サックス公爵から得た
この試作車は6ヵ月後完成し、公式な試走をおこなった。この1号車は小型につくられたプロトタイプではあったが、決して小さいものではなく、すでに人が運転できる車となっていた。これは「火の機械(machine à feu")」とよばれた。
最初の試作車が完成し公式な試走の記録として、「ここ数日、風変わりな機械の試運転がおこなわれた。」という1769年10月23日のバショーモンの記述があり、また別の記述として、「ショワズール、グリボーバルらが参加した。4キロを一時間で移動した。馬を使わない荷車のようなもので水平に動いた」と砲兵隊長LNロラン (L.N. Rolland) の記述が残っている。当時の蒸気機関は重力を利用し垂直に力を働かせるものだった。目標として8キロを1時間で移動する計画だったが、実際は1時間に1kmを走破、時速3.5kmから4km、途中とまらなければ時速3.5km~6km、など記述者(バショーモン、グリボーバル、ロラン)によって異なる記述がされている。その後も繰り返し実験が行われ改善がおこなわれたが当初の目標には達成しなかった。「これ以上の結果の改善には疑問もある」ともされていたが、続行の判断がなされた。
1号車は1770年4月22日にヴァンヴのプランス・ドゥ・コンティ公園でルイ15世にデモンストレーションされた。この試運転には欠点がいくつかあったが、実モデルとしてより大きなものを作成することがキュニョーに指示されグリボーバルが引き続き監督をした(1770年5月16日ヴェルサイユ宮殿王室礼拝堂で結婚式典がおこなわれ14歳のマリア・アントニアがマリー・アントワネットとなる同時代である)。
2号車は全長7メートルを超え5トンの大砲を積載する車両として1770年4月末から開発が開始された。途中、開発費用は膨れ上がり、他の技官からは実用性に対する疑念の声もでていた。しかし、プロジェクトは中止されず、1770年11月に「当初の計画の大きさの車両」が完成した。この2号車は試運転時に壁にぶつかり壊れてしまう。修復には翌年までかかったが、その間にショワズールが失脚しプロジェクトは宙に浮いたままとなる。
荷重約4トンから5トンの重荷を1号車と同じ速度で運搬することが目標とされ、1770年末を完成時期とし2万2千リーブルが渡された。グリボーバルはストラスブールの砲兵隊長ド・シャトフェー (de Chateaufer) に命じ、ポンプ部(シリンダーとピストン)とロッドを製造させてもいる。『内部長14インチ (378mm)、内径12インチ (325mm)、厚みが9mm。』とした設計図も同封されていた。
1770年11月中旬に2号車の公開試運転がなされた。試運転場所は、パリ―ヴァンセン間(パリ兵器庫とヴァンセン兵器庫の間)という記述とヴァンヴのプランス・ド・コンティ公園という記述がある。速度は4人を乗せて3.5km~4kmを1時間で移動したとする記述や、同じ重さの銃48丁で2.5トンの荷を5km/hで移動したとする記述などもある。
赤銅製ボイラーには水の補充機構はなく(補充は停止時のみ可能で、また補給方法も難しいものだった)、12分から15分しか働かず、その後元の力に戻るまでに15分を要した。これは燃焼部の設計のまずさによる熱損失のためだった。グリボーバルは「現在仕組まれた機構のすべてを蒸気力でこなせるようなボイラー部にはなっていない。火室の作りが悪く熱が逃げてしまう。ボイラーの大きさがポンプの大きさと比べて釣り合いが取れていない。結局、12分から15分しか動かず、再び移動できる力に蒸気力が復帰するには長時間休まねばならない。」と記している。
1804年10月の「ル・モニター誌( Le Moniteur: 1789年から1901年まで発刊されたジャーナル誌)」ではキュニョーの死を報じる記事の掲載の際、「火と水蒸気で走るカブリオレ(馬車)で兵器庫での試運転がおこなわれ、大変激しい動きで御しきれず、運転の際、進行方向にあった壁にぶつかり倒してしまい、使用が見送られた。」という内容の記述がされていた。1851年の「人間の知恵の驚異」(“Les merveilles du Génie de l'homme") でA・ド・バスト (de Bast) は、この事故を「パリ=ヴァンセン間(パリ兵器庫とヴァンセン兵器庫の間)」と記述している。
壊れた2号車は半年を要した修復が終了しメンバーは1771年7月には再度評価の機会を待っていた。しかしショワズール失脚後、後継の戦争大臣は無視をつづけプロジェクトは放棄されたままとなった。
ルイ15世の公妾ポンパドゥール夫人の庇護の元にあったショワズールだったが、1764年に夫人が亡くなった。1769年にデュ・バリー夫人がルイ15世の新たな公妾となり、これにより宮廷内がショワズール派とデュ・バリー夫人派とに分かれて争うこととなった。ショワズールは1770年末の12月24日に更迭された。
ルイ・フランソワ・ド・モンティナール (Louis François de Monteynard (Marquis de Monteynard:1713-1791) がショワズールの後任として戦争大臣となっていた (在任1771年-1774年)。グリボーバルの、モンティナール宛ての7月2日付け書簡が残っており、試走をおこなうよう要求している。しかしモンティナールは返事をしなかったとされる。彼は古いやり方を好んだともいわれている。
実用化に向けて進むべきかどうかの最終結論を出すことなくプロジェクトは消滅。修復された2号車は兵器庫の倉庫奥に入れられたままとなる。1801年に展示されるまで日陰の身となった。長い間破壊されたと思われていた。
全長7.25メートル。荷5トンおよび人員4名。搭載したエンジンは、それまで定置型として普及していたニューコメン式やそれを改良したワットの初期型の負圧利用と異なり正圧を利用した高圧蒸気機関であり、次の世紀(19世紀)に一般的になる蒸気エンジンの原型といえるものである。また、往復運動(レシプロ運動)を回転運動に変換したのは一般的に紹介されることの多いワットとマードックよりも早期に実現しており、その変換により摩擦力による推進(トラクション)で走行した。
全長: 7.25 m
全幅: 2.19 m (2.3 m )
ホイールベース: 3.08 m
前輪駆動(フロントエンジンフロントドライブ)車
駆動輪(前輪): 直径1.23 m (1.28 m)、幅0.19m 木製車輪に鉄タイヤ
後輪直径: 前輪よりも大径、鉄製
後輪間隔: 1.75m
車輌空重量: 2.8トン
積載時重量: 約8トン(車両+荷+乗員4名)
時速: 9.5km(時速9km)
およそ15分毎に停車し給水が必要となるため、実際の移動には3キロから4.5キロ走るのに一時間かかる(情報元によって異なる)。
ボディとフレーム: フレームや車輪はオーク材。車輪には周囲に鉄タイヤ。
大砲を運ぶ用途として考えられたため、木製フレームの後方部分には構造物は作られずフレームそのままが荷台となっていた。
ボイラー直径: 1.5 m (1.34m)
ボイラー高: 0.98 m
火室直径: 1 m
火室高: 0.30 m
エンジン: 自然圧を利用した蒸気エンジン直列2気筒
ボア: 325 mm
ストローク: 378 mm (0.305 m)
ピストン高: 45mm
排気量: 67.72リッター(50L、47L、40Lとの記述もある)
燃料: 木(液体燃料との記述がされているものもある)
パワートレーン・トランスミッション:コネクティングロッド、チェーン、クランク、ラチェットでの伝達による前輪駆動。リバース(後退)も装備。
現代でいうステアリングコラムにあたるものは運転席前方にフレーム部から垂直に上方に伸び、この垂直軸の上部に地面に水平な横棒が設けられ、この棒の末端2箇所の取っ手に力をかけることで、棒(コラム)を回転させるもの。
2段減速。1段目はハンドル軸のピニオン7歯にかみあうピニオン21歯、2段目は1段目の21歯ギアと同軸となっている6歯ピニオンギアによりエンジンフレーム毎動かすフレーム最後部の扇形ラックギアを駆動。
最大操舵角: 左右に15度
車両には4つの制御機構が装備されていた。
ブレーキ装備(停車時用)
ハンドルによる方向制御(ステアリング)
ロッドによる蒸気制御(アクセル)
ラチェット機構を用いてピストン往復運動を切り替え前進後退に利用(トランスミッション)
車のコストは22,000リーブル(Wikipediaフランス語版では約20,000リーブル、現在の価値で300,000から450,000ユーロとしている)。
キュニョーの車は蒸気エンジンで前輪を駆動しトラクションで進むことを初めて実現している。キュニョーはドイツの技師ヤーコプ・ロイポルト( Jakob Leupold: 1674-1727) に大きく影響を受けていた。
車両は大きくエンジン部とフレーム部との2つに分けられる。大砲を載せて移動することを基本仕様として依頼されたことから、後方はすべて荷台とされ、積荷は後輪の間におかれる。動力、駆動機構、舵など自動車としての基本装備はすべて前方に集中的に配置されている。
エンジンは高圧(正圧)を利用するタイプとしてははじめての蒸気機関を、しかも、定置型でない形で利用した。連続するピストンの動きを実現するために、ヤーコプ・ロイポルトのバルブを使用し、また、一方のピストン位置の開始点への復帰には反対側のピストンの力を伝えるロッキング・ビームの機構を用いた。前輪を駆動させるために、2つのピストンが前輪を抱え込むようにして駆動した。ペダルでの回転ではないが一輪車とそれに力をかける2本の足の関係のように、2つのピストンの力が一つの車輪の車軸に対し車輪の両側から交互に力を伝えた。往復運動を回転運動に変えるためにラチェットを利用した。ラチェットの爪の架け替えによりリバース(後退)も実現した。
砲兵隊長LNロランは2号車の記述として「蒸気はバルブが傾く機構によりシリンダー内に送り込まれ、ピストンがレシプロ運動を行い、前輪を交互に駆動した。蒸気を自動的に振り分けるバルブ機構により2つのシリンダーに交互に送り込まれ、ピストンの往復運動(レシプロ運動)はラチェット機構を押仕込み、これにより車輪が回転する。」と記している。
ステアリングは、反った歯状のラックとピニオンギアを使用し、ハンドルバーを回転させることでエンジンごと(一輪のみの)前輪が向きを変えた。
火室とボイラーが一体でつくられ、ボイラーからパイプがバルブ部に接続されている。バルブ部は、進行方向に並列して垂直におかれた2つのシリンダーの上部にまたがって置かれ、2つのシリンダーとはボルトで固定され直接接続されている。バルブ部には上部からボイラーからのパイプが接続され、ボイラーからの蒸気はピストンと同期して回転するバルブによって左右に振り分けられる。蒸気が一方のシリンダーに注入されているとき、もう一方のシリンダーの蒸気は同じバルブにより大気中に放出される仕掛けとなっている。
火室とボイラーは赤銅で一体に作られた(内部のボイラー部は鋳鉄製)。
燃焼:火をたく。前方に投入口。
ボイラー:火室上にあり上方に給水口。給水は12分から15分間隔。給水には停車する必要があった。
管(パイプ):ボイラーから伸びてバルブに接続された。
バルブ:バルブは、ボイラー後方で前輪上の左右に並列に位置する2つのシリンダー(気筒)上部にまたがるように位置している。
バルブ機構:ボイラーからの蒸気を2気筒に振分ける機構。ダイアル状に180度往復回転し、ボイラー管がシリンダーの一方につながったときは、もう一方のシリンダーは大気中に放出される管とつながった。のちの蒸気機関ではスライドバルブ(滑り弁)が一般的となったが、キュニョーの設計はロイポルトの回転式を用いていた。役割は等しい。
回転機構はピストンアームの上下運動の途中から作動するようピストンとは独立したき機構にチェーンでつながれた。2つのピストンの動作により交互に引っ張られて180度の回転を繰り返すが、そのタイミングはピストンの下降行程の後半に作動するように位置していた。そのため、ピストンは絶え間なく上下動を繰り返すが、ピストン行程の前半はバルブは位置を変えず、ピストンの行程と同期を保った一定間隔での間欠動作をおこなうバルブタイミングを実現していた。つまり、この間隔が一方のピストンへの蒸気の吸入およびもう一方へからの排気のタイミングとなった。
ピストン:現在のクランクシャフト相当機構。
蒸気の正圧(自然圧)を利用した蒸気機関(これを高圧機関といったが負圧に対する言葉であり現在用いられる高圧とは異なる)
1700年初頭には蒸気機関は据付エンジンとして炭鉱からの水のくみ上げ、重量機器の持ち上げ、などの用途に使われ始めていた。この時代は、ボイラーで発生した蒸気をピストンを使い動力として利用したが、ピストンの発生させる前後往復運動をそのまま利用するのみであり、回転運動に変換することはまだできていなかった。キュニョーの蒸気エンジンは1720年のヤーコプ・ロイポルトの高圧2気筒の機械の原理を参考にしている。キュニョーはパパン提唱のシリンダーとピストン、および『ロイポルトのエンジン』のアイデアを利用したものだった。
蒸気機関が定置型用途で(負の圧力を使用した)大気圧機関しか使われていなかった時代だったが、キュニョーの設計は正の圧力を利用する蒸気機関をつかったものだった。ピストン運動を回転運動に変換したのもワットに先立つもので、これにより前輪を駆動した。この試みは輸送の動力化の端緒であったが、その後の勢いはゆっくりしたものだった。
蒸気機関は17世紀末にドニ・パパンによって『ピストンを使った押し出し』が試作され、その後トーマス・セイヴァリが特許を取得し1712年にトーマス・ニューコメンにより『低圧を利用した吸引』(大気圧機関)が実用化され、鉱山などでの排水用ポンプの定置型動力として使われていた。いずれも、力が加わった後のピストンを元の位置に戻すためには重力など別の力を用いていた。1760年ごろになると複数の科学者が蒸気によって車を動かす試みをはじめた。キュニョーも軍事技術に携わったことから蒸気の使い方を学んでいた。ドイツの技師ヤーコプ・ロイポルト (Jacob Leupold: 1674-1727) が1724年に9分冊の著作『Theatrum machinarum generale』に影響を受けている。
1765年頃でも蒸気圧を利用した機械はまだ一方向への動きを生じさせることしかできなかった。シリンダーが一つの単気筒で、この筒の片側は開放されており、内部にあるピストンが反対側から蒸気圧で押されることで動きが生じるというものだった。強い力で押すことはできたが、一度押し切ったら機関の仕事は終了し、これを開始点まで引き戻すのは別の(往々にして人間の)仕事だった。さまざまな人がさまざまな工夫を試すなかで、最終的に勝ち残ったものは、冷水を注入することで蒸気の凝縮を生じさせ圧力が減衰する効果を利用し、これによりピストンが開始点まで引き戻されるようにしたものだった。周期的にこの操作を繰り返すことでピストンの連続的な往復運動が可能となった。この種の機械は、その往復運動が、炭鉱内の水を排出するのに利用された。
1769年に英国で特許を取得したワットでさえも、その時点ではトマス・ニューコメンの発明した蒸気機関の性能を改善するため復水器を追加したところであり、ワットのこの改良技術は飛躍的な性能向上に貢献し社会的な普及拡大の端緒となったが、機能的にはピストンを戻すために重力を利用していたことには従来と変わりがなかった。これは負圧を利用した大気圧式で、ロッキングビームによる往復運動であった。
このような時代に、キュニョーが利用したのは、セイヴァリ、ニューコメン、ワットの使用した『蒸気を冷やすことにより減圧を利用する』設計ではなく、ドニ・パパンの流れを汲む『蒸気が拡張する力を利用する』設計だった。蒸気は『ロイポルトのエンジン』のアイデアから、回転型のスライド式バルブを使いシリンダー内に送られた。これにより、2つの気筒を交互に動かし、一方の押す力を仕事に使うだけでなく、もう一方のピストン元の位置に戻す力としても使った。これにより機関自体での連続ピストン往復運動を可能とした。
正圧の蒸気の力はピストンを押し下げる方向にのみ力を発する。キュニョーは、この力を前輪の駆動に使うと同時に、もう一方のピストンを押し戻す力に利用した。さらに加えて、ピストンに蒸気を注入する切り替え機構(バルブ)の操作の力としても利用している。
ピストン押し下げの動作で、3つの仕事をこなすようになっていた。
同じ側のラチェットを一つ進め車輪を1/4回転させる
一回のピストンの押し下げで車輪1/8回転、両側のピストンそれぞれ1回の押し下げで車輪1/4回転進んだ。一方のピストン4回分の動作で車輪1回転した。
2つのシリンダーへの蒸気注入排出の機構は、ヤーコプ・ロイポルトの提案した回転バルブ機構を利用し、ピストン上部に設けられている。
バルブは、ボイラーからの蒸気が流入する一本の蒸気管を接続し、180度回転を繰り返す回転式のバルブ機構により、バルブの左右にある2つの気筒に振り分けられる。
バルブは、左右のシリンダーを上部でつなぐように置かれている。機構上部中央にボイラーからの蒸気管が接続される。これは流入の役目のみ。機構の筐体はシリンダー同士を固定しているが同時に内部にはシリンダー内へつながる蒸気管が左右にそれぞれ伸びている。これはシリンダーへの蒸気の注入およびシリンダーからの蒸気の排出の両方の役目をする。蒸気流入口の反対側にあたる機構の中央下部には蒸気を排出する穴が設けられている。合計4つの蒸気のチャンネル(通路)がある。
この4つのチャンネルをコントロールするために機構中央にはダイアル状の回転バルブが装備される。回転バルブ内は「『く』の字型(もしくはC字型)の管」が2つ、180度対向して装着されている。管の一方が「ボイラーからの蒸気管」および「シリンダーに続く管」を直結しているとき、接続されたシリンダーへは蒸気圧により蒸気の注入がなされる。同時に、もう一方の管は別のシリンダーに続く管を大気中と直結(つまり開放)し、ピストンの押し戻しにより蒸気が大気中に排出される。ついで、ピストンの動きに連動する仕掛けでバルブは180度回転し、それぞれのシリンダーに続く管は逆の結合状態となる。バルブは180度の回転を交互に繰り返すよう、バルブのダイヤル部にはチェーンでピストンの運動に連動する機構が設けられている。上昇しているピストンのあがりきる(上死点)手前でこのダイヤルを回すように動作の調節がされ、それぞれのピストンが上死点と下死点に達する時点でチャンネルの切り替えがおこなわれ、蒸気の注入排出が切り替えられる。
ラチェット機構を利用し、最も早い時期にピストンの往復運動を車輪の回転として実現している。これはキュニョーの貢献のなかでも大きなものとされる。この発明はのちのパイオニアたちにロッドとクランクを結びつける考え方を提供し、また、ラチェット・ホイールを利用した器具にもつながる。ラチェット機構は前輪ハブ同心上に置かれ、ピストンの往復運動を直接車輪駆動に変え、これによりトラクションで進むことを実現した。
シリンダーは前輪上部に垂直に置かれ、シリンダー下部から2本のピストンのロッドが、前輪の両側に接続され、交互に下方に押し出される。一輪車のペダルの配置のように車輪の両側から交互に車輪を駆動する仕掛けとなっている。一輪車のペダルと異なるのは、車輪側にはペダルではなく、ラチェット歯車とさらにその外側にハブ同心を振り子の中心とするラチェット駆動用の爪が置かれ、この爪がコネクティングロッドから短いチェーンで接続される駆動するようになっていることである。
車輪両側のハブ車軸同心円にラチェット歯車が取り付けられている。さらに同じくハブ車軸上もう一枚外側に車両前方に向かう腕木が伸びる。この腕木にはラチェット機構のラック部(ストッパー部分)およびピストンの先端につながるチェーンがとりつけられている。
ラック部は一枚内側のラチェット歯車の溝とかみ合うようにセットされている。腕木部分は車輪のハブ部分で固定されているので車軸を中心として振り子状に上下に振幅運動をおこなう。この振幅運動は、ピストンから下りている股の下部先方とチェーンで接続され、ピストンの動力により下方に押し下げられることでラックが押し下げられ、ラチェット歯車が回転する。一回のピストンの押し下げで八分の一回転するように設定されているが、2気筒のピストンは交互に動くように設定されており(前述)、続く八分の一回転は反対側で推進されるため、片側だけに注目すると次のピストン動作時には四分の一回転すすんでいる。よってピストン運動4回で車輪が一回転する。
同時に、腕木部分にはやや中央よりにもう一つ上方への腕木が伸びており、上方は、ピストン後方に置かれた、左右に広がった腕木に接続されている。この腕木は左右に向かってシーソーのように可動するように中央が固定されており、片側のピストンの押し下げる力が、てこの原理により、もう片側のラッチをもどし、ピストンを引き上げる力として利用できるようになっている。
この仕組みはリバース(後退)できるように実装されていた。爪が上から下にピストンが下がる際に引っかかるようにすると前進し、この爪を反対にかけると、下から上に上がる際に引っかかるようになり後退する。後退時は前進時とは作用するピストンが入れ替わり、爪がかかる(つまり力のかかる)側とは反対側のピストンが下がる際の力が、ロッキング・アーム(天秤棒)を介して作用するようになっている。
往復運動を回転運動に変換。前輪ハブ同軸上に設けられラチェットの回転が車輪の回転と等しくなっていた。爪の架け替えによりリバースが可能だった。
ボイラーからの蒸気が2つのシリンダー(気筒)内でピストンを押し前輪一輪の車輪を駆動した。ピストンから伸びた棒(コネクティングロッド)の先は短いチェーンで前輪ハブを回転軸とするクランクに接続されている。このクランクは車輪とは別に自由に動き、このクランク上にラチェット歯車を操作する爪が装備されており、ピストンの動作によりラチェットが一つ進み、これにより車輪が4分の1回転した。