Все невзгоды и неприятности были забыты. Папен почувствовал прилив новых сил. Как и в былые времена, как в дни, когда вместе с Гюйгенсом они возились над первой пороховой машиной, он снова, позабыв об отдыхе, о семье — обо всем, с головой ушел в работу и снова с наслаждением вдыхал прокопченный воздух кузниц и литейных.
В свою пороховую машину Папен внес некоторые новшества. Он изменил днище цилиндра. Чтобы иметь возможность часто чередовать ходы поршня, нужно было как можно быстрее заряжать цилиндр порохом. Для этого Папен применил устройство, похожее на его паровой предохранительный клапан. Это была небольшая зарядная чашечка, куда закладывался порох; чашечка прижималась снизу к цилиндру стержнем с грузом. Изменяя груз, можно было регулировать силу давления на цилиндр. Папен полагал, что таким образом ему удастся избежать поломки двигателя от слишком сильных взрывов пороха. Чашечка будет отжиматься пороховыми газами и выпускать часть их наружу, ослабляя действие на поршень.
Со страхом приступил он к испытанию новой машины, заложив для начала самый слабый заряд. К величайшей радости Папена, поршень не оказался вышибленным взрывом, хотя движение его было очень стремительным.
С такой машиной можно было производить интересные опыты, однако же никакого практического применения она получить не могла. Чтобы так или иначе использовать ее, нужно было уменьшить скорость движения поршня. Но как можно заставить порох гореть, менее интенсивно? Сколько Папен ни ломал над этим голову, он ничего не мог придумать.
Неудача несколько обескуражила ученого. К тому же он опасался, что и ландграф будет недоволен.
Но Карл оказался достаточно умен, чтобы пройти мимо временных неудач Папена. Он предоставил ученому спокойно размышлять над возникшими перед ним проблемами, веря, что тот найдет правильное решение.
И этот расчет оказался верным. Острый ум и конструкторский талант Папена сделали свое дело.
Обдумывая вопрос о замене пороха, Папен перебирал в уме всякие тела, способные силою собственного расширения поднять поршень. И тут ему пришла мысль: нельзя ли возложить эту работу на пар? Ведь упругость пара по мере нагревания возрастает. Это подтверждали работы Ворчестера; это доказали и опыты самого Папена. А если пар может поднимать водяной столб в фонтане и даже разрывать на части пушки, то почему бы не заставить его поднимать поршень?
Первый опыт, проделанный Папеном для проверки этого предположения, был очень прост. Он взял цилиндр, закрытый снизу, и налил в него воду, а в верхнее отверстие ввел поршень. Подведя под дно цилиндра пламя, Папен стал нагревать воду. Образовался пар. При дальнейшем нагревании упругость пара росла, он стремился все больше расширяться и давить на поршень. Поршень начал подниматься. Когда он дошел до конца цилиндра, Папен убрал пламя. Цилиндр начал остывать, пар уменьшался в объеме — конденсировался. Его давление в цилиндре уменьшилось, и поршень стал опускаться. Когда весь пар превратился в воду, поршень оказался внизу — лег на воду.
