Історія перетворення саморушного воза в сучасний автомобіль

1.2.1 Перші вози

З давніх-давен людина прагнула полегшити собі життя, переклавши свою роботу на інших. Так з’явився рабовласницький лад..., але ми не про цей виток розвитку цивілізації. Людина хотіла пересунути щось дуже важке, перемістити вантаж, задіявши при цьому не 100 осіб, а одну, забезпечену якимось механізмом, що допоміг би впоратися із завданням. Коли людської сили не вистачало, як правило, використовували живність, наприклад, коней. Коні виявилися дуже вигідним рушієм — для відновлення їхніх сил було потрібно трохи часу, вода й сіно, а запасу ходу вистачало на кілька верст. Пізніше, усвідомлюючи, що їхати верхи досить утомливо, придумали вози. І все б добре, та от людині весь час чогось бракує. Їй замало відстані, яку може подолати кінь, замало швидкості, з якою він може рухатися, й замало комфорту. Бо навіть непогано захищені на перший погляд екіпажі для царів нагадували про свою негерметичність хрускотом піску на зубах. Так, і ще один момент — війна... З огляду на те, що на війні коня можуть убити, постало питання про його заміну неживим предметом.

1.2.2 Саморушний візок

Так у середині-кінці сімнадцятого століття з’явився саморушний візок на паровій тязі (приблизна схема зображена на малюнку 1.1.). Винахідником цього дива інженерії став військовий інженер Ніколя Кюньо, французький підданий.

1.1 Саморушний візок винахідника Кюньо.

Візок рухався повільно (швидкість не перевищувала 4 км/год) і вимагав частих зупинок для підтримки на потрібному рівні води в котлі й нормальної інтенсивності горіння. Коня не було, але воювати з такою технікою було небезпечно. Пізніше спроби створити щось подібне робилися, але вже не з таким ентузіазмом — державі потрібно воювати тут і зараз, а витрачати час на розробку революційних проєктів було недоцільно. Однак пошуки ідеальної силової установки ні на хвилину не припинялися.

1.2.3 Двигун, що працює на світильному газі

Так 1801 року француз мсьє Лебон узяв патент на конструкцію двигуна, що працює на світильному газі. Усе ж досягти більш-менш значних успіхів йому не вдалося. Час минав, і ще кілька винахідників з різних країн намагалися створити працездатний двигун на світильному газі, однак безуспішно. І тільки в 1859 - 1860 роках Етьєн Ленуар (знову ж француз) здогадався запалювати світильний газ безпосередньо всередині циліндра двигуна. Фактично, ця людина впритул наблизилася до ідеї двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ).

Однак, запустивши агрегат, незабаром винахідник був розчарований, бо того заклинило через перегрів поршнів.

Малюнок 1.2 Приклад використання в автомобільній сфері прийомів проєктування з урахуванням аеродинамічних особливостей кузова.

1.2.4 Історія винаходу чотиритактного двигуна

Тоді винахідливий француз додумався зробити примітивну систему охолодження — двигун знову запустився і... знову ненадовго. Крапку, але не останню, у своїх експериментах Ленуар поставив після впровадження системи змащення. Але робота цього агрегату більш нагадувала роботу парового двигуна, що зводило нанівець усі перспективи. Украй низький коефіцієнт корисної дії (ККД) і, як наслідок, усього 2 к. с. з 18 л об’єму.

Через неповних 20 років (1876 року) німецький інженер і винахідник-самоук Ніколаус Август Отто винайшов і запатентував чотиритактний двигун внутрішнього згоряння. Його особливістю був такт стиснення, це дозволило значно збільшити потужність двигуна, отриману з одиниці об’єму. Але двигун — це ще не весь автомобіль. Аби він якимось чином вписався в конструкцію транспортного засобу, виникла необхідність у більш зручному, транспортабельному паливі.

Поява бензину вирішила цю проблему. І перші саморушні візки, що працювали на бензині, не змусили довго на себе чекати. Одним із піонерів у цьому напрямку став видатний Ґотліб Даймлер, який 1885 року презентував прадідуся мотоцикла — двоколісний самохідний апарат із двигуном внутрішнього згоряння — мотоцикла, але не автомобіля.

Малюнок 1.3 Двоколісний візок (мотоцикл) Ґотліба Даймлера.

Останній, до речі, запатентували 1886 року незалежно один від одного Ґотліб Даймлер і Карл Бенц.

Малюнок 1.4 Саморушний візок Ґотліба Даймлера.

Суперечки з приводу того, кого ж усе-таки вважати батьком автомобіля, тривали не один рік. Після довгих суперечок першість віддали Бенцові. Бо свій саморушний візок він створив від початку й до кінця власноруч.

Малюнок 1.5 Саморушний візок Карла Бенца.

Але на цьому ніхто не збирався зупинятися. Людей почали приваблювати візки — дарма, що вони були дуже гучні, диміли й смерділи маслом. І хоча багато хто не бачив сенсу купувати таку недешеву іграшку, це не перешкоджало прогресу. Ба більше: у кінці дев’ятнадцятого — на початку двадцятого століття з’явилися перші електромобілі, які випередили свій час майже на сотню років. Але, на жаль, тоді ще не було технологій зі створення досить ємних акумуляторних батарей, і це унеможливлювало пересування навіть на невеликі відстані.

1.2.5 Перші автоперегони

Вчасно розглянувши перспективи ДВЗ, почали рости як гриби після осіннього дощу підприємства з випуску автомобілів. Але транспортні засоби все ще виготовляли вручну, і зрештою вони коштували украй дорого, через що були непопулярні. Рекламним майданчиком виступив, як це часто буває, спорт. Для популяризації автомобілів 22 липня 1894 року у Франції відбулися перші в світі автоперегони.

Метою було хоча б доїхати до фінішу без поломок. Подолати необхідно було 126 км — узагалі-то, цифра смішна, але не для того часу. Переможцями стали «Пежо» і «Панар» із двигунами внутрішнього згоряння фірми Daimler.

1.2.6 Конвеєрне збирання

Після того як автомобілі почали продаватися, дозволити їх собі могли лише обрані, бо, як уже йшлося вище, це було дороге задоволення. Як наслідок — мізерні продажі, чимало молодих фірм не витримували конкуренції з більш відомими й розсипалися.

Виправити цю ситуацію вирішив видатний інженер, конструктор і геніальний бізнесмен Генрі Форд, що запустив 1913 року конвеєрне збирання моделі Ford-T (Tin Lizzie — з англ. «Бляшанка Ліззі»), розробленої ним 1908 року. Так Форду вдалося максимально знизити ціну на автомобіль середніх розмірів. Доповнити сказане можна лише цифрами: в період до 1917 року було продано 785 432 автомобілі, що привело до зниження ціни на модель «Т» до 350 доларів.

1.2.7 Промисловий сплеск

І знову поштовхом для розвитку автопромисловості стала війна, точніше — військові, які думали над тим, де і як можна застосовувати транспортні засоби. Так почали з’являтися великовагові вантажні автомобілі. Удосконалювалися двигуни, коробки передач та інші агрегати, росла надійність транспортних засобів.

Багато чого в автомобілебудування прийшло й приходить донині з авіації. Саме в «крилатій» галузі вперше використали нагнітачі повітря, застосували аеродинамічні розрахунки.

Після Другої світової війни відбувся промисловий сплеск: стали з’являтися геніальні й за своєю суттю революційні розробки. Правда, багато з того, що з’явилося, так і залишилось у вигляді розробок, до кращих часів, бо технологічно утілити їх було неможливо. З авіаційної індустрії перекочували в автопром деякі прийоми конструювання. Так, фірма Saab першою в світі використала аеродинамічну трубу для оптимізації форми кузова своїх моделей.

Далі була поява антикрила в автоспорті завдяки великому Коліну Чапмену. Перші приводні компресори, турбокомпресори, відцентрові компресори — усе це й багато іншого пустило коріння й залишилося донині в автомобільному виробництві.

Час минав, технології виробництва вдосконалювалися, що давало свої плоди. Так, 1954 року на автомобільній виставці з’явився легендарний Mercedes-Benz SL «Крило чайки» — легкий кузов, двигун з безпосереднім уприскуванням (щоправда, механічним) палива в циліндр і заворожливими дверима, які відчинялися вгору (звідси й назва).

Малюнок 1.6 Mercedes-Benz 300 SL Gull wing 1954 року випуску.

Або узяти для прикладу BMW 507, який побачив світ 1956 року: повністю алюмінієвий двигун — диво для того часу, і кузов, виконаний також із легкого металу. Автомобіль вийшов неймовірно дорогим — так було випущено лише 252 екземпляри. Але він випередив свій час і став провісником упровадження новітніх технологій. Адже серійно випускати автомобіль з повністю алюмінієвим кузовом почала фірма Audi лише 1994 року, презентувавши світові нову модель — А8.

Малюнок 1.7 BMW 507 1956 року випуску.

1.2.8 Впровадження засобів безпеки

Після війни, коли автовиробництво набирало значних обертів, кількість автомобілів почала стрімко збільшуватися. Машини ставали комфортнішими, важчими, потужнішими. Це призвело до украй невтішних наслідків, оскільки з ростом швидкості автівок збільшилася й кількість аварій. З’явилася статистика смертності на дорогах, яка кричала й благала про впровадження певних засобів безпеки.

Та фірми-виробники відмовлялися вдаватися до будь-яких дій, припускаючи, що елементи безпеки порушать естетику автомобіля. Так чи інак, одначе, в автомобілях усе ж почали встановлювати паски безпеки. Перший такий засіб мав вигляд звичайної тканинної стрічки, яка підперізувала людину. Однак така схема не вирішувала всіх проблем, оскільки під час зіткнення людина могла прослизнути під ременем, травмувати грудну клітку об кермо й отримати травми, не сумісні з життям. Вдале рішення спало на думку конструкторові Нільсу Боліну, і 1959 року в моделі Volvo PV544 був представлений триточковий ремінь безпеки, який дійшов до наших днів у незмінному вигляді.

Варто також згадати й батька пасивної безпеки — конструктора Белу Барені. Завдяки йому в структурі кузовів з’явилися так звані зони деформації — у них сила удару гасилася кількаразово.

Малюнок 1.8 Приклад роботи зон деформації кузова.

1.2.9 Перший автомобіль SUV

Переходячи від сумного до цікавого, варто згадати перший у світі серійний легковий автомобіль з постійним повним приводом — ВАЗ 2121 «Нива» (початок випуску припав на 1977 рік). Концепція автомобіля як легкого позашляховика з високими показниками комфорту, та ще й з приводом на всі колеса, стала проривною. Нині цей клас автомобілів називають SUV, і він є одним із найпопулярніших у світі.

1.2.10 Розвиток автопрому

На опис усього, що з’явилося за останні пів сотні років, не вистачить і цілої книжки. Але варто сказати, що в кожен період історії виникали складнощі для подальшого розвитку автопрому (то паливна криза, то екологічна), і кожну перешкоду геній інженерії приймав як виклик, гідно виконуючи поставлені, іноді, здавалося б, нерозв’язні, завдання. Саме так з’явилися система зміни фаз газорозподілу, система електронного впорскування палива, системи активної і пасивної безпек, система зміни висоти відкриття клапанів, гібридні силові установки й багато іншого.