Bez wątpienia najważniejszymi wynalazkami motoryzacyjnymi był silnik spalinowy (Otto i Daimler) i sam samochód (Benz), jednak one tworzyły motoryzację, a nie ją zrewolucjonizowały, a historia ich stworzenia jest powszechnie znana. Dlatego warto przybliżyć mniej spektakularne, ale niemal tak samo ważne odkrycia motoryzacyjne, które spowodowały, że samochody mogły odnieść sukces, a następnie stawać się lepsze. Wynalazki usprawniające silnik, poprawiające właściwości jezdne czy te z dziedziny bezpieczeństwa.
Z tego tekstu dowiesz się m.in.:
- Jakie odkrycia miały największy wpływ na pracę silnika;
- Jakie wynalazki stały się kamieniami milowymi w kwestii budowy podwozia aut;
- Co wpłynęło najbardziej na poprawę bezpieczeństwa samochodów;
- Jak zadbać o sprawność wynalazków, które zastosowano w Twoim aucie;
- Jak rozwój motoryzacji przeplata się z rozwojem nauki i technologii.
Wynalazki motoryzacyjne – silnik
Silnik spalinowy nie byłby w stanie odnieść sukcesu, gdyby nie dokonano kilku wynalazków. Na początkowym etapie rozwoju motoryzacji konkurował z napędem elektrycznym, który był o wiele mniej kłopotliwy w obsłudze, czystszy i o dziwo, łatwiejszy do zasilenia. Stacje benzynowe były mniej rozpowszechnione, niż sieć elektryczna, z której można było naładować akumulatory w elektryku. Z czasem jednak auta spalinowe zaczęły przeważać, wygrywając możliwością sprawnego pokonywania długich dystansów. Doprowadziło do tego kilka wynalazków.
Zapłon przerywaczowy i elektroniczny
Zapłon iskrowy został opracowany wcześniej niż silnik Otta, bo zastosował go już Lenoirw silniku gazowym z 1860 roku (pierwszy działający silnik spalania wewnętrznego). Wczesne konstrukcje, korzystające z cewek drgających czy innych sposobów wytwarzania iskry nie były już odpowiednio sprawne. Iskra była słaba i często „gubiona”. Przełomem okazał się system z magneto i przerywaczem, opatentowany w 1902 roku przez firmę Bosch.
Zapłon typu magneto wykorzystywał generator z magnesami trwałymi i transformator (cewkę zapłonową). Napięcie z generatora podawane było na uzwojenie pierwotne transformatora. Zostało ono połączone z mechanicznym przerywaczem. Gwałtowne rozłączenie powodowało impulsowy wzrost napięcia, które było następnie multiplikowane przez indukcję na uzwojeniu wtórnym, z którego trafiało do świecy lub rozdzielacza (w silnikach wielocylindrowych). Takie rozwiązanie zapewniało pewną i mocną iskrę, a silniki zaczęły pracować równiej, mieć bardziej stabilne osiągi. Było też w większym stopniu niezawodne od wcześniejszych rozwiązań.
W USA w 1911 roku Charles Kettering z firmy Delco poprawił pomysł Niemców, stosując bateryjne zasilanie cewek zapłonowych. System trafił do Cadillaców z rocznika 1912 i szybko stał się najpowszechniej stosowanym rozwiązaniem.
W tym samym czasie, gdy w Niemczech opracowywano Magneto, słynny wynalazca i wizjoner, Nicola Tesla, pracujący wówczas w USA, stworzył i opatentował (1898 rok) bateryjny zapłon bez elementów mechanicznych, w którym rolę przerywacza pełnił kondensator. Rozwiązanie tego typu zostało wykorzystane w Fordzie K z 1906 roku, a kilka lat później powstały też systemy oparte na lampach elektronowych (tyratronach), ale dopiero wynalezienie elementów półprzewodnikowych (tranzystora i tyrystora) pozwoliło na powszechne stosowanie zapłonu elektronicznego.
Elektroniczne wtryski paliwa i ECU
Systemy wtrysku mechanicznego od początku stosowano w silnikach z zapłonem samoczynnym. Jednak większość samochodów z silnikami benzynowymi była długo zasilana gaźnikiem.
Silniki wtryskowe trafiały głównie do aut sportowych i luksusowych, gdzie lepsze osiągi i równiejsza praca silnika miała duże znaczenie, a zamożny klient mógł sobie pozwolić na opłacenie specjalistycznego serwisu, którego takie rozwiązanie wymagało. Dopiero rozwój wtrysku elektronicznego pozwolił uzyskać niskie koszty przy znacznej niezawodności.
Pierwsze seryjne samochody z wtryskiem elektronicznym zostały zaprezentowane przez koncern Chryslera w 1958 roku. Był to opracowany przez firmę Bendix, analogowy system z wtryskiwaczem elektromagnetycznym. Trafił do oferty w samochodach klasy personal luxury i full size (w Europie odpowiednikiem tych klas są GT oraz segmenty E i F), takich jak: Chrysler 300D, DeSoto Adventurer, Plymouth Furry i Dodge D-500.
System Bendixa był zawodny i wymagał rozwoju. Amerykańska firma nie podjęła się tych działań i postanowiła sprzedać patent. Został zakupiony przez Boscha i udoskonalony, pod nazwą D-Jetronic. Od 1967 roku był dostępny w Volkswagenie 1600 TL/E (Type 3), a od 1969 w Porsche 914 i VW 411 (Type 4), a w następnych latach w wielu innych modelach na całym świecie.
W 1974 roku Bosch wprowadził na rynek system L-Jetronic, który jako pierwszy korzystał z elektronicznego przepływomierza powietrza w celu ustalenia dawki paliwa. Nowatorska była też jednostka sterująca, którą zbudowano jako układ mikroprocesorowy (w D-Jetronic stosowano układy tranzystorowe), który sterował nie tylko wtryskiem, ale także układem zapłonowym. Tym sposobem system Boscha stał się pierwszym cyfrowym systemem wtryskowym korzystającym z ECU (Engine Control Unit). W latach 80. XX wieku D-Jetronic był powszechnie kopiowany lub produkowany na licencji w Europie, USA i Azji.
Układy tego typu szybko zaczęły wypierać gaźniki, w tanich samochodach stosowano wtrysk jednopunktowy. Układ gaźnika był zastępowany przez pojedynczy wtryskiwacz, montowany na początku kolektora dolotowego. System ten był o wiele prostszy i niezawodny, niemal bezobsługowy. W mocniejszych silnikach montowano wtrysk wielopunktowy, gdzie wtryskiwacze umieszczano w głowicy, po jednym (niekiedy po dwa) na każdy cylinder. Pod koniec lat 80. zaczęły pojawiać się też pierwsze silniki z bezpośrednim wtryskiem benzyny do cylindra, które dziś są standardem.
Wtryski paliwa powodowały, że silniki spalały mniej benzyny, osiągając wyższą moc, a obsługa była bardzo zredukowana w stosunku do wymagającego regularnej regulacji gaźnika.
Wynalazki i odkrycia w motoryzacji – podwozie i koła
Rozwój silników nie miałby sensu, gdyby nie można było ich zamontować na odpowiednim podwoziu. Konstrukcja nośna, zawieszenie, amortyzacja i koła są równie ważne, jak układ napędowy.
Opony pneumatyczne
Opona pneumatyczna, czyli wypełniona powietrzem, jest jednym z wynalazków, które dały motoryzacji możliwość rozkwitu. Trudno sobie wyobrazić, by samochody miały szanse stać się popularne bez opon – to one zapewniają łagodne połączenie pojazdu z drogą i przyczepność.
Pierwszą oponę pneumatyczną, przeznaczoną do wozów konnych, opatentował Szkot, Robert William Thomas w 1846 roku (który wynalazł także wieczne pióro i był konstruktorem wielu maszyn przemysłowych). Jednak opony wykonane z płóciennego węża zabezpieczonego skórą się nie przyjęły. O wiele częściej w wozach konnych wykorzystywano inny pomysł Thomasa – oponę z litej gumy, mniej komfortową, ale trwalszą.
Ponad 40 lat po Thomasie, w 1887 roku, szkocki weterynarz, John B. Dunlop, prawdopodobnie nie wiedząc o wcześniejszych próbach rodaka, wymyślił oponę pneumatyczną do roweru. Dunlop podróżował po Dublinie, gdzie odbywał praktykę, na rowerze zaprojektowanym przez Jamesa Starleya. Ciekawostką jest fakt, że jednoślad z końca XIX stulecia kształtem był zbliżony do współczesnych rowerów. J. Dunlop zwrócił uwagę, że jazdę znacznie utrudniają silne wstrząsy, jakie przenoszą się na konstrukcję podczas jazdy po nierównej nawierzchni. Eksperymentując z gumą, udało mu się stworzyć praktyczną oponę dętkową. Bardzo szybko okazało się, że wynalazek ten jest niezwykle skuteczny.
W tym samym czasie rodziło się kolarstwo, wyścigi na rowerach Starleya stawały się popularne w Anglii i Szkocji. Willie Hume, jeden z członków klubu rowerowego z Belfastu, wykorzystując opony Dunlopa, wygrał z łatwością kilka wyścigów. Przykuło to uwagę finansisty, przemysłowca i entuzjasty cyklizmu (prezesa Irlandzkiego stowarzyszenia rowerzystów), Harveya du Crosa. Nawiązał on współpracę z Dunlopem i wprowadził opony rowerowe jego pomysłu do produkcji masowej.
Historia opon nie byłaby jednak tak spektakularna, gdyby nie inni wynalazcy. Ogumienie Dunlopa miało kilka wad, najważniejszą było to, że opona musiała być przyklejona do obręczy, a dętka była dość nietrwała i łatwo ulegała uszkodzeniom. W takim przypadku naprawa trwała kilka godzin i wymagała wielu narzędzi. Właśnie z takim problemem pewien rowerzysta trafił do zakładu braci Michelin we francuskim Clermont-Ferrand około roku 1890. Warsztat produkował węże gumowe, pasy transmisyjne i inne narzędzia dla rolnictwa, dlatego Eduard Michelin był w stanie pomóc pechowcowi. Naprawił oponę, ale zawiodła ponownie po zaledwie kilku metrach. W ten sposób Michelin wpadł na pomysł, jak ulepszyć patent Dunlopa.
Zaprezentowana w 1891 roku opona Michelina nie była na stałe przytwierdzona do obręczy, a zaczepiona o nią za pośrednictwem kołnierza usztywnionego drutem i utrzymywała się dzięki ciśnieniu w dętce. Taka konstrukcja, stosowana w rowerach do dziś, pozwalała na szybkie rozłożenie i złożenie koła, łatwą naprawę dętki czy wymianę na nową. Bracia Michelin mieli też zaplecze, by takie opony produkować w swojej manufakturze.
W tym samym czasie zaczął rozwijać się automobilizm. Opony projektu Michelina szybko dostosowano do samochodów i aż do wyparcia ich przez opony bezdętkowe, były ulepszane i poprawiane, ale ogólna budowa pozostała niezmienna.
Kolumna MacPhersona
Earle S. MacPherson był amerykańskim inżynierem motoryzacyjnym. Od 1934 roku pracował w General Motors. Po II wojnie światowej polecono mu opracować małe, tanie samochody. MacPherson stworzył prototypy Chevroleta Cadeta, przez wielu uważanego za protoplastę segmentu C, w którym zastosował w przednim zawieszeniu ciekawe rozwiązanie. Sprężyna zawieszenia nasadzona była na amortyzator, połączony ze zwrotnicą i dolnym wahaczem.
GM zrezygnował z projektu Cadeta, ponieważ w USA nie było popytu na małe auta. MacPherson przeniósł się do Forda w 1947 roku. Tam otrzymał zadanie stworzenia auta dla brytyjskiego oddziału marki – tak w 1950 roku powstał Ford Consul.
Wyróżnikiem Consula było to, że po raz pierwszy zastosowano w nim zawieszenie dziś znane jako kolumna MacPhersona. Podobnie jak w Cadecie, sprężyna osadzona była na amortyzatorze, a ten połączony był ze zwrotnicą na dolnym wahaczu. Zrezygnowano z górnego wahacza, zamiast tego osadzając kolumnę bezpośrednio w podwoziu i łożyskując ją, by mogła obracać się wraz z kołem przy zmianie kierunku jazdy.
Rozwiązanie MacPhersona było lekkie, proste, bardzo kompaktowe i jak się szybko okazało, niezwykle skuteczne na drodze. W kolejnych dekadach tego typu zawieszenie zaczęto montować w przeważającej większości samochodów, szczególnie z przodu. Jest tak do dziś – mówi ekspert Inter Cars.
Wynalazki motoryzacyjne w dziedzinie bezpieczeństwa
Jazda samochodem zawsze była w pewnym stopniu niebezpieczna. Współcześnie ludzie także giną i zostają ranni w wypadkach, ale dzięki niektórym wynalazkom ofiar jest zdecydowanie mniej, niż byłoby bez nich. W trakcie wypadku najważniejsze jest bezpieczeństwo bierne, dlatego właśnie wynalazki z tej dziedziny mają największy wpływ na bezpośrednie ratowanie życia.
Trzypunktowe pasy bezpieczeństwa
Pasy bezpieczeństwa w samochodach pojawiały się sporadycznie do końcówki lat 50. W większości były to pasy biodrowe, dwupunktowe. W samochodach wyścigowych niekiedy stosowano pasy typu lotniczego (pięcio- lub siedmiopunktowe), ale ich używanie „na co dzień” byłby zbyt uciążliwe.
Wszystko zmieniło się w 1959 roku. Inżynier pracujący dla Volvo, Nils Bohlin, opracował trzypunktowe pasy bezpieczeństwa, w układzie znanym także ze współczesnych aut. Nie były to jeszcze pasy bezwładnościowe – długość należało wyregulować przed wyruszeniem w drogę, ale sama konstrukcja była o wiele skuteczniejsza i wygodniejsza od wcześniejszych. Volvo celowo nie zastrzegło patentu, udostępniając za darmo innym producentom.
Dekadę później, w 1969 roku, Volvo zaprezentowało rozwinięcie koncepcji pasów trzypunktowych, czyli pasy bezwładnościowe. Mocowanie pasa piersiowego wyposażono w mechanizm zwijający z blokadą dynamiczną. Gwałtowne pociągnięcie pasa powodowało zablokowanie się zapadki mechanizmu i uniemożliwiało dalsze rozwijanie pasa. Przy płynnym ruchu pas rozwijał się swobodnie, a po puszczeniu samoczynnie zwijał. Dzięki temu pasy samoczynnie dopasowywały się do ciała, a w razie potrzeby w sposób łagodniejszy hamowały jego ruch.
Trzypunktowe pasy z mechanizmem bezwładnościowym to wynalazek, który prawdopodobnie uratował najwięcej osób w dziejach motoryzacji. Nie tylko chronią bezpośrednio, ale także pozwoliły na znaczny rozwój systemów poduszek powietrznych, które bez tego typu pasów byłyby o wiele mniej skuteczne. Zastosowanie pasów, które zawdzięczamy w dużej mierze Szwedom z Volvo, ochroniło przed śmiercią lub poważnymi obrażeniami już miliony osób.
Crash testy i kontrolowane strefy zgniotu
Gdy samochód uderza w przeszkodę, energia ruchu musi zostać wytracona. Przenosi się na karoserię i elementy mechaniczne – powstają przeciążenia, które są niebezpieczne dla osób we wnętrzu. W autach o konstrukcji ramowej nie było zbyt dużych możliwości, by chronić przed tym zagrożeniem. Sztywna rama powodowała, że cała energia rozpraszała się na niemal zerowym dystansie, a to powodowało, że ciała pasażerów czy kierowcy przyspieszały z ogromnym przeciążeniem w kierunku przeciwnym do uderzenia.
W latach 30. XX wieku popularność zaczęły zyskiwać nadwozia samonośne. Inżynierowie zauważyli, że dają większe możliwości w zakresie bezpieczeństwa. Pracujący dla Mercedesa, pochodzący z Węgier Béla Barényi, opracował pomysł kontrolowanych stref zgniotu w 1937 roku, a sztywną klatkę bezpieczeństwa w 1941 roku. Pomysły rozwijał już po oswobodzeniu Niemiec od nazizmu.
Kontrolowana strefa zgniotu to przestrzeń, która w sposób zaplanowany przejmuje i rozprasza energię uderzenia, dzięki czemu przeciążenia działające na pasażerów znacząco się zmniejszają. By uchronić ich przed obrażeniami wynikającymi ze zgniecenia auta, kabina musi być zbudowana w formie klatki bezpieczeństwa, czyli mocnej i sztywnej konstrukcji. Idea była więc stosunkowo prosta, przedział silnikowy i bagażowy mają ulegać kontrolowanej deformacji w czasie uderzenia, a przedział pasażerski pozostać w stanie nienaruszonym. Jednak realizacja tego pomysłu wymagała badań.
Po raz pierwszy strefy zgniotu z przodu i z tyłu oraz klatkę bezpieczeństwa zastosowano w Mercedesie W111 (1959 rok). Wiąże się z tym pewne znaczące wydarzenie. 10 września 1959 roku w Sindelfingen, niedługo przed premierą nowego modelu, przeprowadzono pierwszy crash test, który miał naukowo potwierdzić skuteczność rozwiązania. W111 uderzył przodem w statyczną przeszkodę, a proste pomiary pokazały, że skuteczność rozwiązania była bardzo wysoka.
Po 1960 roku Mercedes stworzył pierwszy program testów zderzeniowych, tworząc w Sindelfingen centrum badawcze bezpieczeństwa. Producent testuje tam auta do dziś. Pomysł Mercedesa szybko zaczął być naśladowany. Podobne stworzyły Saab i Volvo w Szwecji, a także, nieco później, producenci amerykańscy. Crash testy stały się jednym z obowiązkowych elementów projektowania samochodów, a z czasem niemal każde auto osobowe było budowane zgodnie z koncepcją Béli Barényia.
Wynalazki motoryzacyjne dla Ciebie w Inter Cars
Wynalazki w motoryzacji niemal zawsze miały znaczenie praktyczne. Twoje auto jest w całości zbudowane z mniejszych i większych odkryć naukowych i idei inżynierskich. By działałyzgodnie z zamysłem twórców, powinny być serwisowane i naprawiane. W innym wypadku nawet największy wynalazek nie będzie wartościowy.
By utrzymać wszystkie elementy swojego auta w sprawności, sięgnij do oferty Inter Cars, gdzie znajdziesz części zamienne, materiały eksploatacyjne, akcesoria i wiele innych.
Nie eksperymentuj! Wyposaż swój samochód w Inter Cars
Rozwój motoryzacji to rozwój technologii
Samochód był jednym z najbardziej rewolucyjnych wynalazków w dziejach, podobnie jak maszyna parowa (a za nią produkcja przemysłowa i kolej). W późniejszych latach były to komputer i sieć Internetu, które zmieniły zupełnie sposób, w jaki człowiek funkcjonuje w świecie. Zmniejszył się czas potrzebny na pokonanie dystansu, ułatwił transport oraz zwiększyła się niezależność.
Od początku motoryzacja czerpała z wynalazków z innych dziedzin, jak w przypadku opon, opracowanych początkowo do rowerów. Inżynierowie motoryzacyjni tworzyli też wynalazki, które były wykorzystywane poza samochodami. To sprzężenie pozwala na ciągłe rozwijanie techniki.
Wymienione wcześniej wynalazki to jedynie subiektywny wybór tych najistotniejszych, które najwięcej zmieniły lub stały się najbardziej powszechnie stosowane w konstrukcji pojazdów, ale oprócz nich można bez końca wymieniać istotne odkrycia. Zarówno mniejsze, takie jak hartowane, bezpieczne szkło na szyby samochodowe, jak i większe, na przykład niezależne zawieszenie, systemy kontroli trakcji czy ABS.
