汽车的发展简史
汽车的发展简史
一、汽车发动机发展简史
发动机是汽车的“心脏”。汽车的发展与发动机的进步有着直接的联系。人类最初的工作劳动完全是由自身来完成,根本没有什么汽车和发动机,如果说有的话,在未使用牛和马之前使用的是人,或许最早的奴隶就是一种“生物发动机”。随着人类的进步与发展,人们对自然界的认识越来越深,利用自然、改造自然的能力日益加强,人们不仅使用人力、畜力、而且知道使用水力、风力。
1705年,纽可门首次发明了不依靠人和动物来作功而是靠机械来作功的实用化蒸汽机。这种蒸汽机用于驱动机械,便产生了划时代的第一次工业革命。随着蒸汽驱动的机械即汽车的诞生,人类社会中便拉开了永无休止的汽车发展的序幕,也拉开了汽车动力-发动机的发展。
现代发动机的发明是在使用蒸气机的基础上,仿造蒸气机的结构,在气缸中燃烧照明煤气作为开端的。首先成功制造了煤气机,在煤气机的基础上改进为汽油机,再研制为柴油机。 1.煤气发动机的发明
最早提出内燃机设想的是荷兰物理学家惠更斯。1673-1680年,他首先提出了真空活塞式火药内燃机的方案,即利用火药燃烧的高温燃气在缸内冷却后形成的真空,使大气压推动活塞作功,但屡次试验都失败了。1794年,英国发明家B.斯垂特提出了一种燃用松节油的内燃机,首次提出了燃料与空气混合的原理。1799年,法国工程师蓝蓬提出了用煤气作燃料,用电火花点火的内燃机。1820年,英国的W·塞歇尔研制出了以煤气为燃料的内燃机,并首次在实验室运转成功,每分钟60转。1833年,英国人W·L·莱特获得了爆发式发动机专利,从而结束了真空机的历史。
1858年,定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机,并于1860年申请了专利。发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽,使用电池和感应线圈产生电火花,用电火花将混合气点燃爆发。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等。煤气机是内燃机的初级产品,因为煤气发动机的压缩比为零。
1862年,法国工程师罗沙在对以往内燃机热力过程进行理论分析之后,提出了提高内燃机效率的关键措施,即预先压缩可燃气。并提出了四冲程循环:活塞下移,进燃气;活塞上移压缩燃气;点火,气体迅速燃烧膨胀,活塞下移作功;活塞上移排出废气。罗沙的文章发表在法国的一家地方出版的刊物上,并取得了专利。但他并未实际制造出一台可用的内燃机。 1867年,德国人奥托(Nicolaus August Otto)利用罗沙的内燃机原理,设计并制造了第一台以煤气为燃料,火花点火,单缸卧式的四冲程四马力内燃机,成为内燃机的正式发明者。此机结构小巧紧凑,转速快,运转平稳,热效率高达12%~14%,很快投入了生产,并得到广泛应用,1880年,单机容量达15~20马力,1893年达到了200马力;热效率也迅速提高,1894年达20%以上。
2.汽油发动机的发展
1864年,居住在奥地利的德国人马尔库斯在一次研制装饰灯时,偶然发现石油炼制后的产品之一汽油,在汽化后有很大的爆发力,从而他开始制造实验汽油发动机。
1875年,波士顿的乔治-布雷顿研制了一种预压式发动机,以轻质油作燃料,被认为是第一台实用、安全的液体燃料发动机。
1881年.英国人克拉克创新研制了一台近代二冲程发动机,因其结构简单、输出功率大,当时曾得到了较多的应用。
“汽车之父”卡尔.本茨在1877年就决定制造发动机,1879年12月31日,卡尔.本
茨终于制造出了一台二行程实验发动机。但当时很少有人知道发动机,没有销路,就没有资金。1882年卡尔.本茨在几个商人和银行家的资助下成立了曼海姆燃气发动机股份有限公司,目的是改进各种类型的发动机,特别是燃气发动机。但是由于公司缺少技术人员,本茨感到自己很难开展工作,一个月之后突然提出离开公司。由于他突然退出造成公司损失,公司决定将本茨的所有机器和设备作为抵押,赔偿公司的损失。因而,本茨又重新变为两手空空,一无所有。后来,尽管本茨几次改进发动机,但是他的发动机始终没有获得专利权,因为本茨的发动机不能实际使用,德国皇家专利局拒绝发给他专利证书。
另一位“汽车之父”戴姆勒也在同一时期紧锣密鼓地研制发动机。1883年8月15日,德国工程师戴姆勒和迈巴赫根据奥托发动机的模型,制成了今天汽车用发动机的原型——高压点火卧式汽油机,并于同年l2月16日获得了德意志帝国专利——汽油发动机的专利。1884年5月,戴姆勒把卧式汽油机改制成体积尽可能小的立式汽油机,并于1885年4月3日取得了立式汽油机的专利,该立式汽油机取名“立钟”,其气缸采用气冷方式,立于曲轴箱之上,进气阀可以自动开合,排气阀由戴姆勒发明的曲线槽控制装置控制。戴姆勒的立式汽油机重量轻、转速高,压缩比为3,并首先在该机上应用了化油器。
3. 柴油发动机的发展
1892年,德国机械工程师狄塞尔取得了在内燃机中使用压缩点火的专利。他希望通过提高压缩比来提高热效率,利用压缩气体产生的高温来点火,不但省去点火装置和汽化器,而且可以用比汽油便宜的柴油做燃料。狄塞尔经过5年的艰难实验,终于在1897年制成了第一台具有实用价值的高压缩型自动点火内燃机,即压燃式柴油机。它加长了燃烧过程前的压缩过程,这是内燃机技术的第二次突破,也是一项震惊世界的卓越发明。
狄塞尔发动机能将35%的燃料潜能转变成动力,而当时最有效的汽油发动机却只能将28%的燃料潜能转变成动力。狄塞尔发动机的缺是重量大,噪声大,燃烧重油时排出大量的废气非常令人讨厌。
1898年,柴油机投入商业生产。狄塞尔的发明使他一下子成为百万富翁,可惜由于这种新机器在工艺上还没有过关,使新产品无法很好使用,订户纷纷退货,结果使他负债累累,声誉一落千丈。狄塞尔1913年在经济上陷入了绝境,从在英吉利海峡航行的一艘轮船上跳海自杀。后人为了纪念发明者,将柴油机称之为“狄塞尔发动机”(Diesel Engine)。 狄塞尔在有生之年只看到他的发动机的巨大成功的开端。现在,他的发动机被用来为载重汽车,公共汽车,出租汽车,小船,发电站和铁路机车提供动力。
柴油机在1914年以前发展缓慢,1914-1918年第一次世界大战期间,迫于战争的需要才开始大量生产柴油机。但柴油机的广泛应用是在1950年左右。在此之前,喷油泵的不完善,严重限制和影响了柴油机的使用。
柴油机在1898年被首先用于固定式动力上。1902年开始用于商船动力,1904年装在了海军舰艇上。1912年第一台柴油机车研制成功。1920年左右应用于汽车及农业机械。 早期的柴油机均系四冲程,1899年德国工程师雨果·古尔德纳成功地制造出了二冲程发动机,它可以把采用相同气缸的四冲程柴油机的功率提高60%~80%。但古尔德纳却以埃克哈特的名义申请他的二冲程柴油机的专利,并让奥格斯堡机械厂来生产这种柴油机。到1936年美国通用汽车公司使用的小功率柴油机都采用了二冲程型式。二冲程柴油机结构简单,价廉。但它的燃油及润滑油耗量较高,冷却较难,耐用性较差。
4.转子发动机的发展
1957年,德国人弗力斯·汪克尔(1902-1988年)发明了转子活塞发动机,这是汽油发动机发展的一个重要分支。
汪克尔于1902年出生在德国,1921年到1926年受雇于海德堡一家科技出版社的销售部。在1924年,汪克尔在海德堡建立了自己的公司,他花了大量的时间在那里进行转子发
动机的研制,在1927年,诸如气密性和润滑等的一系列技术问题的攻克终于有了眉目。1957年在德国生产出第一辆装配了转子发动机的小跑车。1958年汪克尔将外转子改为固定转子为行星运动,制成功率为22.79千瓦、转速为5500转/分的新型旋转活塞发动机。该机具有重要的开发价值,因而引起各国的重视。日本东洋公司(马自达公司)买下了转子发动机的样机,把转子发动机装在汽车上,可以说,转子发动机生在德国,长在日本。
当时业内人士认为这种发动机的结构紧凑轻巧,运转宁静畅顺,也许会取替传统的活塞式发动机。
1964年,日内瓦的德法合资企业COMOBIL公司,首次把转子发动机装在轿车上成为正式产品。1967年,日本人也将转子发动机装在马自达轿车上开始成批生产。
一向对新技术情有独钟的马自达公司投巨资从汪克尔公司买下了这项技术。由于这是一项高新技术,懂得这项技术的人寥寥无几,发动机坏了无人会修,而且耗油大,汽车界有人对这种发动机的市场前景产生了怀疑。70年代石油危机爆发,各国忙于应付各方面的困难而无暇顾及发展转子发动机,唯有马自达公司仍然深信转子发动机的潜力,独自研究和生产转子发动机,并为此付出了相当大的代价。他们逐步克服了转子发动机的缺陷,成功地由试验性生产过渡到商业性生产,并将安装了转子发动机的RX-7型跑车打入了美国市场,令刮目相看。
一般发动机是往复运动式发动机,工作时活塞在气缸里做往复直线运动,为了把活塞的直线运动转化为旋转运动,必须使用曲柄连杆机构。转子发动机则不同,它是利用内转子圆外旋轮线和外转子圆内旋轮线相结合的机构,无曲轴连杆和配气机构,可将三角活塞运动直接转换为旋转运动。它的零件数比往复活塞式汽油少40%,质量轻、体积小、转速高、功率大。它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比,转子发动机取消了无用的直线运动,因而同样功率的转子发动机尺寸较小,重量较轻,而且振动和噪声较低,具有较大优势。
5.发动机的其它发展
1)汽油机燃料系的发展
汽油机燃料系的主要作用是将汽油与空气均匀混合形成可燃混合气,供给发动机燃烧做功。其中最重要的混合气装置是化油器或燃油喷射装置。汽油机先前大多使用化油器,利用化油器使燃油雾化,和空气混合。但是传统的化油器无法精确地获得发动机在不同工况下可燃混合气的空燃比,现代汽车上已大量地被电子燃油喷射系统(EFI)所代替。
所谓电子燃油喷射系统就是用电脑精确控制发动机每循环的喷油量,比起传统的化油器,由于EFI系统计量更准确,雾化燃油更精细,控制发动机工作更敏捷,因此在汽车节油,特别是降低排放污染方面表现出明显的优势。
最早的燃油喷射系统是在1952年由德国波许(Bosch)公司在奔驰300L型赛车上采用,它是一种曾用于第二次世界大战德军飞机的机械控制式喷射装置。1957年,美国本迪克斯(Bendix)公司将电子喷嘴首次装用在克莱斯勒豪华型轿车上,这是最早的电子控制汽油喷射系统。
在电子燃油喷射系统的发展历程中,波许公司做出了很大的贡献。1967年,波许公司制造出K型机械式燃油喷射系统,由电动汽油泵提供低压燃油,经燃油量分配器输往各缸进气管上的机械式喷油嘴;同年,波许公司制造出D型模拟式电子燃油喷射系统,装在大众1600型轿车上,率先达到了美国汽车排放法规的要求,打入了美国市场。它的喷油量是由发动机的转速和进气歧管内真空度决定的,开创了汽油喷射系统电子控制的新时代。1973年,波许公司又研制出L型电子燃油喷射系统。它的燃油量主要由发动机的转速和实际进气量决定。1976年。波许公司研制出带有氧传感器的闭式燃油喷射系统,它可以利用装在排气管上的氧传感器判断燃油喷射量的精确与否,使可燃混合气的空燃比尽量接近理想值,以
取得低的排放性能。1979年,波许公司的M型数字控制燃油喷射系统问世。在这个系统中,电子控制系统同时完成喷射脉冲的计算和点火正时,集电子点火和电控汽油喷射于一体。现代的电子燃油控制系统均采用集中控制系统,即电不仅控制燃油喷射、点火正时、还有怠速控制、爆燃控制、废气再循环控制等等均在其控制之下。
2)点火装置发明
点火系是汽油机上独有的一个系统,它主要的作用是点燃气缸内可燃混合气。点火方式从最早的热管式点火、磁电机点火、蓄电池点,一直发展到现在的电子点火。
最早获得热管式点火专利的是英国人纽顿(A. W. Newton)。热管就是一个从气缸内伸出的封闭金属管,把它加热到红热状态,由于热管保持高热,当气缸内混合气被压缩时压力升高,就自行发生点火。
第一个建议用电火花点火的是法国化学家勒本在1799年提出的,但没有实现,也没有引起人们的注意。1844年,英国人雷诺茨实现了电火花点火,它是用干电池做电源,点火室内装一根烧到白炽状态的电热白金丝,利用一个阀门,定时开闭点火室的进气口,可燃混合气接触电热丝而着火燃烧。1859年法国的勒诺瓦赫发明了世界上第一只长石质瓷缘体制成的电点火火花塞,使电池和感应线圈产生的高压电火花点火在内燃机上获得了实际的使用。
1883年,德国的西弗兰德·马尔库斯将一台低压磁电机代替蓄电池作为点火电源,并且利用机械方法断开装在燃烧室内触点的电源,产生电火花点燃混合气。由于当时电火花靠这种永磁微型发电机产生,因此称之为磁电机点火。
1908年美国的斯特林试验成功蓄电池点火系,采用了触点式控制装置。
但是随着发动机转速的提高,传统的机械式点火装置越来越不适应发动机的高速运转,容易造成缺火等问题,因此无触点的电子点火装置得到了长足地发展。1949年,美国的霍利化油器公司首先取得了在点火系中使用晶体管的电子点火系专利,减少了断电器触点磨损、氧化、机械损伤。1971年,克莱斯勒公司在汽车上开始正式采用全晶体管点火装置。1973后,克莱斯勒、福特、通用等公司生产的全部汽油车上都以无触点式全晶体管点火装置作为标准装置。目前,汽车发动机点火已经发展到微电脑控制点火,即点火时间、点火能量微电脑直接控制。
3)润滑系统
早期的汽车发动机润滑大多采用“全失”润滑系统。机油送到发动机的工作部件,进行润滑,使用后的机油就白白地流到地上浪费掉。现代汽车广泛采用的压力飞溅润滑系统,在采用了压力润滑后,发动机寿命大大提高。
4)冷却系统
早期内燃机的冷却系统是简单的环绕气缸的大水套,在水套中注入一定量的水,发动机开始工作后水量随着沸腾而减少、散失,带走热量。后来采用的水泵强制冷却水循环大大改善了冷却系统的工作效能。它可以有效地避免冷却水因蒸发而造成的损失,同时还可以起到提高冷却水沸点的作用,也就可以使汽车长时间爬坡时避免“开锅”现象发生,大大降低了对发动机零部件的损害,提高了行驶的安全性平稳性。
5)气门的布置
1930年以前的发动机,大多数采用侧置式气门的设计方案。随着发动机转速的提高,逐步采用顶置式气门(成为一种设计标准)。其优点是可使气门的动作加快,减少气门阻力,以便更好地进行换气,还可使燃烧室的设计更加紧凑。
6)滚珠轴承的发展与应用
汽车使人类社会成为一个生活在轮子上的世界,而现代汽车的每一个旋转部位都装有用来减少磨擦阻力的滚珠轴承。
其实滚珠轴承很早就有了。1543年,意大利雕刻家和金匠塞利尼首先看出一圈自由旋转的滚珠可能减少两个转动体之间的摩擦力。他在自传中写道:“我已做成了一尊美丽的朱庇特雕像,将它放在一个木制底座上。我在底座内安了4个小木球,木球的一大半埋在球窝内。个设计十分巧妙,一个幼小的孩子也能轻而易举地使其前后移动和转身。”
1780年,松动地安在滚道里的进行滚动接触的滚珠轴承开始用在风车上,机器的整个结构围绕中心柱旋转。1794年,威尔士卡马森的一个叫菲利普·沃恩的铁器制造商用滚珠轴承作为四轮马车的车轴轴承,并为此申请了专利权。从那时起直到19世纪的50年代和60年代,人们将滚珠轴承广泛使用在儿童玩的旋转木马,螺旋桨轴,军舰上的机枪转塔,扶手椅和自行车等器械的轴上,并取得了若干专利权。但直到有动力装置的车辆出现以后,金属部件因快速行驶而产生大量的高热和磨损时,这项发明才开始得到充分利用 。
汽车底盘发展简史
一、汽车传动系的发展
早期汽车的传动系,从发动机到车轮之间的动力传递形式是很简单的。发动机驱动一组锥形减速齿轮,再传到轴和皮带轮,皮带轮和驱动桥上的链轮之间采用皮带传动。小链轮通过在驱动轮上的内齿轮啮合,使汽车行驶,而大链轮则用来加速。如果汽车遇到上坡而爬坡能力不够时,驾驶员就停下车子,把小链轮啮合后进行驱动。
1893年美国的杜里埃兄弟设计了差速器,使汽车转弯时能使两个轮子的转速不同,可以克服轮胎很快磨损的缺点,同时,他们还在汽车上首选使用了干式单片离合器。1894年法国的本哈特和拉瓦索发明了齿轮变速器,他们驾驶装有自己的变速器的汽车时快时慢、时进时退,用事实征服了汽车界。1898年法国雷诺汽车公司首先使用了传动轴;1902年皮尔里斯发明了汽车万向节;1913年,美国的派克特汽车推广应用了螺旋锥齿轮主减速器后桥;1928年派克特汽车在后桥上采用了双曲线齿轮主减速器;1928年美国凯迪拉克轿车采用了带同步器的变速器。
汽车速度的变化,先前大多采用齿轮式变速器,现在采用自动变速器的汽车已越来越多了。早在1901年,美国的汤姆森兄弟就申请了自动变速器专利,但由于问题太多,无法普及实用。1937年,美国的别克和奥兹莫比尔汽车使用了一种自动安全变速器,首创现代自动变速器;1948年别克轿车采用了与行星齿轮机构组成一体的液压变矩器,这就是现代液力自动变速器的原型;1957年,美国的辛普森推出了他几年前发明的由太阳齿轮、齿圈和行星齿轮巧妙构成的三速自动变速器。今天,这种齿轮变速器已用于通用、福特和克莱斯勒公司生产的大部分车型。
二、汽车转向系的发展
汽车行驶过程中,经常需要改变行驶方向,即所谓的转向,这就需要有一套能够按照司机意志使汽车转向的机构,它将司机转动方向盘的动作转变为车轮(通常是前轮)的偏转动作。
内燃汽车发明者本茨在他发明的三轮汽车上,首先采用了所谓的齿轮齿条式转向器,但是靠一根操纵杆控制,类似舵柄;1908年福特T型汽车采用了行星齿轮转向器;1923年美国的马尔斯为了减少转向器中涡轮副和滚轮轴之间的接触摩擦力,在两者之间接触处放置滚球支撑,这便是最早的循环球式转向器;
为了使转向轻便,如今世界上的各种汽车广泛使用动力转向系统,如图2-15是液压动力转向系统结构图。最早的动力转向系统是在1928年,美国的戴维斯研制出液压动力辅助转向器,但遗憾的是经过26年后才为汽车工业所采纳,1954年才在美国的一些大型轿车上首次应用动力转向;1966年美国凯迪拉克公司推出了一种可变速比的动力转向机构,这
种动力转向系统车轮偏转的角度越大,提供的助力也越大;当车轮接近于直线行驶时,助力随之减到最小。1985年,日本丰田公司在其生产的轿车上装用了电子计算机控制的速度敏感动力转向装置,它是采用计算机控制辅助转向的第一个汽车产品,它在低速时提供最大的助力,而在高速时几乎没有助力,因此在高速公路上行驶时没有转向的抖动问题。 三、汽车制动系的发展
从汽车诞生时起,车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。最早的汽车采用的是与马车相同的用摩擦垫压紧车轮的制动器,而且只安装在后轮上。1889年戴姆勒汽车将制动鼓装在后轮上,再绕上钢缆,构成了制动装置;1902年英国的兰切斯特取得了盘式制动器的专利权。1902年美国的奥兹发明了钢带与制动鼓式制动器,后来许多汽车采用了这种制动器;1903年美国的廷切尔汽车采用了气压制动器;1907年英国的弗罗特发明了石棉制动蹄片;1918年英国的洛克希德发明了液压鼓式制动器;1928年皮尔斯·阿罗汽车第一次装用真空助力制动器,它利用进气歧管的真空度以降低驾驶员作用于制动器上的操作力;1936年,博世公司申请一项电液控制的ABS装置专利促进了防抱制动系统在汽车上的应用;1958年英国道路研究所研制出第一个防抱死制动装置;1969年的福特使用了真空助力的ABS制动器;1971年,克莱斯勒车采用了四轮电子控制的ABS装置,这些早期的ABS装置性能有限,可靠性不够理想,且成本高;1979年,默本茨推出了一种性能可靠、带有独立液压助力器的全数字电子系统控制的ABS制动装置;1985年美国开发出带有数字显示微处理器、复合主缸、液压制动助力器、电磁阀及执行器“一体化”的ABS防抱装置。随着大规模集成电路和超大规模集成电路技术的出现,以及电子信息处理技术的高速发展,ABS以成为性能可靠、成本日趋下降的具有广泛应用前景的成熟产品。1992年ABS的世界年产量已超过1000万辆份,世界汽车ABS的装用率已超过20%。如今诸多国家和地区(如欧洲、日本、美国等)已制定法规,使ABS成为汽车的标准设备。
近年来,随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高,这种重要性表现得越来越明显。众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血。目前关于汽车制动的研究主要集中在制动控制方面,包括制动控制的理论和方法,以及采用新的技术。ABS集微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一体,是机电一体化的高技术产品。它的安装大大提高了汽车的主动安全性和操纵性。
四、汽车悬架的发展
在汽车时代远未到来之前,使车辆平稳运行的装置就已经在四轮马车中使用。1580年,载客四轮马车已使用减震的弹簧悬架。1805年,埃利奥特获得椭圆形和半椭圆形弹簧板的专利。
1900年,美国人哈德福特制成了第一个汽车减振器,并将它装在奥兹莫比尔轿车上。 1921年,英国的利兰德汽车公司生产第一个使用扭杆弹簧悬架的汽车。
1933年,美国的费尔斯通公司研制成了第一个实用的空气弹簧悬架。同年,门罗公司为赫德森轿车研制双向筒液压减振器。直到目前,这种筒式减振器没有很大改变。 1934年,通用汽车公司采用了前螺旋弹簧独立悬架。
1938年,别克汽车第一次将螺旋弹簧应用到汽车后悬架上。
1956年,英国利兰车和法国雪铁龙车开始使用液压和液气压悬挂系统,前后轮的悬架用管道相连,液气混合在管中保持压力。一个轮子碰到东西或坑穴而上升或下降时,管道中压力会上升或下降,使其他轮子下降或上升以资补偿保持汽车平衡。使汽车的平衡性和运行稳定性得到空前提高。此后,这种系统成为各国小型载客车辆的标准装置。
1950年,福特汽车公司的麦弗逊制成了麦弗逊式独立悬架,是轿车上应用较多的悬架形式。
1984年,林肯大陆轿车采用了可调整的空气悬架系统,从此电控悬架在汽车上开始采
用。
目前采用的主动悬架,一般由传感器检测系统运动的状态信号,反馈到电控单元ECU,然后由ECU发出指令给执行机构主动力发生器,构成闭环控制
五、汽车轮胎的发展
发动机是汽车的心脏,但是一台车无论发动机多么优秀,操控性多么完美,如果没有好的轮胎做基础,这些优点都将无法体现。
早先汽车使用的是木制或铁制车轮,现代汽车均使用橡胶轮胎车轮;1886年本茨和戴姆勒发明的汽车是实心橡胶轮胎;直到1888年英国一位兽医邓洛普发明了自行车用充气轮胎,这种充气轮胎才开始应用到汽车上。
1888年英国兽医约翰·伯德·邓洛普,看到自己儿子自行车的实心橡胶轮在石头路上颠簸很厉害,于是用一根通过活门充气的管子,外面涂上橡胶作保护层,做了一个气胎。这种气胎缠在车轮上,要修补内管的的刺孔,必须首先用苯把涂的橡胶剥下来,修好后再涂上橡胶。这种新轮胎一开始受到人们的嘲笑,但他的儿子骑此车参加比赛获得了第一名,于是此项发明受到人们的重视。邓洛普为他的发明申请了专利,并放弃了兽医职业,建立了世界上第一家轮胎制造厂,开始生产橡胶轮胎。从1894年起,早期大批量生产的“希尔德布兰德”和“沃尔米勒”牌摩托车正式使用了邓洛普轮胎。
早期在行车中若遇到爆胎,驾驶员从车轮上拆下或装上内胎非常困难,很多时候需要专门修理工才能完成。1904年,克莱斯勒采用了可拆式轮圈,以便于驾驶员在行车途中快速换胎。
以前,平滑的轮胎在潮湿的路面经常打滑,驾驶员在行车中得携带绳子,用来缠绕在轮胎上以增强牵引力。直到1908年,固特异公司发明了能在轮胎上刻出花纹的机器,制造出防滑轮胎,这一问题才得到解决。1908年,米其林公司研制出了双式车轮,有效地解决了重型汽车的轮胎负荷问题;1937年,米其林公司又研制出了子午线轮胎,这种命名为“蝇笼”的轮胎胎面,由多层帘布层加强,并用分层钢丝帘线层箍紧。这些帘线层均与轮胎钢丝垂直排列,极大地改善了轮胎行驶方向的稳定性。1948年美国古德奇公司制成了汽车无内胎轮胎。1981年,英国邓洛普公司又发明了一种新型轮胎,在穿孔的情况下汽车仍可继续行驶,而轮胎不会从轮辋上脱出,胎冠内表面涂有聚凝胶,既是密封剂,又是润滑剂。 目前,为提高轮胎使用寿命,降低油耗,适应汽车行驶速度高、安全性和舒适性的要求,如今汽车轮胎发展趋势是子午线、无内胎化和扁平化。
汽车电器发展简史
1 最早汽车电源
现代汽车上使用的铅酸蓄电池已近一个半世纪。1859年,法国物理学家普兰特发明了铅酸蓄电池,为后来汽车用电开辟了道路。他的第一个铅蓄电池有两块卷成螺旋状的铅片,中间用橡皮隔开,浸没在浓度为10%硫酸溶液中。在此以前的电池只能使用一次,而普兰特造出的是第一个放电后能重新充电,从而可以反复使用的蓄电池。
2.发电机与起动机
发电机与起动机,可以说,这是历史上独一无二的最伟大的电学发明!1831年,英国物理学家法拉第在证明磁能生电以后,发明了第一台转轮式发电机。而美国物理学家亨利与1831年发现自感现象后,又发表了介绍电动机的论文。根据发电机原理,做成与发电机原理相反的电动机(马达),这就是起动机。可以说,发电机技术进步的同时就有了起动机。 1912年凯迪拉克轿车使用了直流发电机。1962年通用汽车公司采用了二极管整流的交流发电机。现在,汽车使用的发电机都是交流发电机。
在汽车未安装起动装置之前,汽车发动机都必须摇动手柄起动,既费力又危险,起动
机就是在一次偶然的事故中产生。1910年利兰德的好友卡顿因为帮助一辆抛锚的凯迪拉克轿车女车主摇起动手柄,发动机产生回火,卡顿被手柄打伤额部,随后因并发症而死。由此利兰德邀请凯特林研究发动机的起动装置。1912年凯迪拉克轿车开始使用了起动装置。
3. 仪表与信号
最早的汽车仪表与信号是由一排外视器组成的,随后出现的仪表是精确计时仪。在1900-1905年间,大多数汽车上的计时仪仅仅是卷簧时钟;后来又出现了速度表、润滑油压、充电电流表、发动机冷却液温度以及燃油液位等各种仪板,并使仪表板配备了夜间照明系统;1916年,美国一个名叫托马斯的人把一个带电池的灯泡装在手套上,这样夜间行车时,对方驾驶员就能看到他打的手势。1920年,在选用倒挡装置时,使用了倒车灯。1938年,别克公司提供了转向灯作为选用的附件,但当时只在汽车尾部安装。20世纪80年代,随着电子技术的发展,电子数字式显示仪表板代替了原来的机械仪表,彩色显示甚至阴极射线示波管显示也在汽车仪表上得到应用。
目前,汽车仪表板总的发展趋势正在向简洁明了的模拟式仪表和模仿模拟式仪表数字式仪表板方向发展。
4.照明灯及其它部件的发展
汽车上有许多部件都是不可少的,如前大灯,转向信号灯,尾灯,风挡雨刷,喇叭,速度表,温度计,后视镜以及保险杠和行李箱等。但开始时这些东西并非必备部件,许多发明应用到汽车上往往要过很多年,甚至要通过立法强迫采用。
1898年,“哥伦比亚”号电动汽车首先把电用于前灯和尾灯。最初的前大灯不能调光,所以汽车在会车时有些晃眼,后来采用了附加光度调节器,并由美国异航灯具公司推广应用。这种前大灯可以在垂直方向上下移动,但驾驶员必须下车搬动夹具装置,非常不方便。1925年,导航灯具公司推广了双丝灯泡,远光和近光的调节通过开关来控制,才把这个问题彻底解决。
1899年,法国首先制订了有关汽车必须装备警笛的法规,但正式在汽车上使用电喇叭是在1908年,美国新泽西州的洛厄尔麦康纳东工业公司取得了生产电喇叭的专利权,并大量装备在各种新出现的汽车。
1922年,纽约的查理士·威廉汽车销售商店推出了保险杠的广告,每个价格8美元,它用螺栓固定在汽车的前方或后方。与此同时该商店还推出了挡风玻璃刮水器,它由夹在挡风玻璃框架上端的橡胶刮片组成,驾驶员利用汽车里面的摇柄来驱动刮片刮除水雾或其它挡住视线的东西。各个汽车制造厂商立刻看到了这种装置的好处,在制造汽车时便安装了这两种装置,并用一小型电动机来驱动刮水器。
汽车车身发展简史
汽车发展的一百多年历史中,不管是汽车车身的材料,还是汽车车身的外形,都发生了巨大的变化。
5.车身材料的发展
轿车车身材料主要是金属薄钢板,一般厚度在0.6毫米~2.0毫米。随着现代轿车技术发展,轿车材料要求既有相当的强度也要求重量要轻。采用铝合金的车身材料是一条出路,因为铝材比钢材轻。但是,铝材的加工成本高,而且冲压及焊接技术要求比较特殊,以目前的技术尚不是一般厂家可以做得到的。因此除了个别轿车车身全部用铝合金材外,大部分轿车还是局部零部件是用铝合金,例如车圈、发动机上盖等。
为了使钢材能尽量减少重量又能保持一定的强度,冶金工程师经过多方试验发现在低碳钢内加微量元素如铌(Nb)或者钛(Ti),生成这些微量元素的碳化物,经外理可使轧制钢板的拉拉强度达420牛顿/毫米平方,能够深拉延,变形性好,可制成很薄的钢板,钢板厚度可小到0.5毫米以下。
在这些薄钢板上通过电镀等工艺,涂复锌合金后再涂复一层塑料,既有钢的高强度又有锌、塑料等材料的耐腐蚀性,总质量(重量)又等同于铝合金,十分适宜汽车使用。目前这种具有耐腐蚀镀层的高强度钢板已应用在现代轿车上。
除了高强度薄钢板外,现在还出现一种新型材料“泡沫金属”。“泡沫金属”是20世纪90年代末才出现的新型材料,但应用速度很快,有些新车型已经采用了这种材料。“泡沫金属”主要指泡沫铝合金,它由粉末合金制成。通常的粉末合金是用粉末压制成形,或用金属粉未及塑料的混合物注射模制成形。
在除掉分型剂及增塑剂之后,将压制的坯件烧结(一种温度在1000℃左右的热处理方式),使它们具有一定的特性。烧结的性质及应用范围在很大程度上取决于孔隙率的大小。泡沫铝合金密度很小,当承受很大的外力而变形压缩后,当外力撤去,凭着它自身的弹性可恢复到原来的形状,有点象橡胶。
专家认为,若外来总能量假定为100%,泡沫铝合金变形量为它的60%时,可承受外来总能量的60%。由于它本身具有一定的强度,可以经过多次这样的变形循环而不会损坏。“泡沫金属”的重量很轻,密度只是铝合金材的1/4以下,热膨胀系数与铝合金材料一样,热导率又相当低,加上它的变形恢复性能极佳,又有一定的强度,因此受到汽车业的重视,可以在轻量化及安全性方面显示优势。
目前用泡沫铝合金做成的汽车零部件有发动机舱盖、行李厢盖、翼子板等。在安全性设计中,将泡沫金属用作吸收碰撞能量的主要材料是十分适宜的。因为目前汽车的安全设计不但要考虑乘用人的安全,还要考虑到其外车辆及行人的安全,即当一旦发生碰撞时既可最大程度地保护自己又要最大程度地保护他人,因此在车身易发碰撞区域采用泡沫金属是一种很好的选择。
现在已有一种“三明治”式的夹心零部件,部件里面用“泡沫金属”材料,外面再包裹上很薄的其它硬质金属材料,这样使表面具有一定的硬度,牢固耐磨,内部又能吸收变形能量。“泡沫金属”的种类也是比较多,除了泡沫铝合金外,还有泡沫锌合金、泡沫钢等等,用处各异。“泡沫金属”在汽车上的应用前景十分诱人。
6. 车身外形的发展
汽车车身既是驾驶员的工作场所,也是容纳乘客和货物的场所。从现在20世纪前半期,汽车的基本构造已全部发明出来后,汽车设计者们开始着手从汽车外部造型上进行改进,并相继引入了空气动力学、流体力学、人体工程学以及工业造型设计(工业美学)等概念,力求让汽车能够从外形上满足各种年龄、各种阶层、甚至各种文化背景的人的不同需求,使汽车成为真正科学与艺术的结合的最佳表现形象,最终达到最完美的境地。
汽车车身形式在发展过程中主要经历了马车型汽车、箱型汽车、甲壳虫型汽车、船型汽车、鱼型汽车、楔型汽车等几个阶段。
1)马车型汽车时代
从l9世纪末到20世纪初,世界上相继出现了一批汽车制造公司除戴姆勒和奔驰各自成立了以自己名字命名的汽车公司外,还有美国的福特公司、英国的罗尔斯罗伊斯公司、法国的标致和雪铁龙公司、意大利的菲亚特公司等。当时的汽车外形基本上沿用了马车的造型。因此当时人们把汽车称为无马的“马车”。
2)箱型汽车时代
马车型汽车很难抵挡风雨的侵袭,美国福特汽车公司在1915中生产出一种新型的福特T型车,这种车的车室部分很象一只大箱子并装有门和窗,人们把这类车称为“箱型汽车”。 早期的箱型汽车以美国的福特T型车最为著名,年产量达到30多万辆,占美国汽车总产量的70%-80%。
美国通用汽车公司的雪佛莱部看准用户多样化的要求,于1928年制造出在散热器罩、
发动机通风口和轮罩上增加豪华装饰的汽车从而博得了用户的欢迎。
随看生活节奏的加快,人们对车速的要求也越来越高。要想使汽车跑得快,有两条主要途径,一是增大功率 二是减小空气阻力。因此人们开始降低车的高度减小空气阻力。随着车顶高度的降低,前窗玻璃不断变窄,影晌前方的视野,乘员感到十分憋闷。后来放弃了降低高度提高速度的办法,转而通过提高功率的办法来克服空气的阻力。这样一来,发动机由单缸变成四缸、六缸、八缸,而且气缸是一列排开的,因而发动机罩也随之变长。典型的例子就是意大利1931年生产的阿尔法.罗密欧牌汽车的外型。
作为高速车来讲。箱型汽车是不够理想,因为它的阻力大,大大妨碍了汽车前进的速度。所以人们又开始研究一种新的车型-流线型汽车。
3)甲壳虫型汽车时代
l934年美国的克莱斯勒公司生产的气流牌小客车,首先采用了流线型的车身外形。1936年福特公司在“气流”的基础上,加以精练并吸收商品学要素研制成功林肯和风牌流线型小客车。此车散热器罩很精练并具有动感俯视整个车身呈纺锤形很有特色。受其影响以后出现的流线型汽车有1937年的福特V8型、1937年的菲亚特和1955年的雪铁龙等。 流线型车身的大量生产是从德国的“大众”开始的。1933年德国的独裁者希特勒要求波尔舍设计一种大众化的汽车,波尔舍博士设计了一种类似甲壳虫外形的汽车。
波尔舍最大限度地发挥了甲壳虫外形的长处成为同类车中之王。甲壳虫也成为该车的代名词。由于第二次世界大战的原因,甲壳虫型汽车直到l949才真正大批量生产,并开始畅销世界各地,同时以一种车型累计生产超过二千万辆的记录而著称于世。
4)船型汽车时代
20世纪40年代末期,二次大战争结束,各种车辆在战争中经受了各种考验,并积累了丰富经验。人们开始在设计汽车的过程中考虑更多的因素,以使汽车更能减少空气阻力,坐上去更舒适。特别是人体工程学和流体力学的研究与运用,为创造舒适的,宽敞的乘坐空间提供了理论依据,导致了船型车身的出现。
最早的船型车身是美国福特公司在1949中推出具有历史意义的新型的福特V8型汽车。 这种车型改变了以往汽车造型的模式,使前翼子板和发动机罩,后翼子板和行李舱罩溶于一体,大灯和散热器罩也形成整体,车身两侧形成一个平滑的面,车室位于车的中部,整个造型很象一只小船,所以人们把这类车称为“船型汽车”。
福特V8型汽车的成功,不仅仅在外形上有所突破,而且还首先把人体工程学应用在汽车的设计上。强调以人为主体的设计思想也就是让设计师置身于驾驶员及至乘员的位置,来设计便于操纵、乘坐舒适的汽车。
船型汽车不论从外形上还是从性能上来看都优于甲壳虫型汽车,并且还解决了甲壳虫型汽车对横风不稳定的问题。这是因为船型车发动机前置,汽车重心相对前移,而且加大了行李舱,使风压中心位于汽车重心之后的缘故,所以遇到横风就不会摇头摆尾。从五十年代开始一直到现在,不论是美国还是欧亚大陆不管是大型车或看是中、小型车都采用了船型车身。从而使船型造型成为世界上数量最多的一种车型。
5)鱼型汽车时代
船型汽车尾部过分向后伸出,形成阶梯状,在高速时会产生较强的空气涡流。为了克服这一缺陷人们把船型车的后窗玻璃逐渐倾斜,倾斜的极限即成为斜背式。由于斜背式汽车的背部象鱼的脊背,所以这类车称为“鱼型汽车”。
鱼型汽车和甲壳虫型汽车从背部来看很相近,但仔细观察可以看出鱼型汽车的背部和地面的角度比较小,尾部较长,围绕车身的气流也比较平顺,涡流阻力也较小。同时鱼型汽车基本上保留了船型汽车的长处,车室宽大,视野开阔,舒适性也好;另外鱼型汽车还增大了行李舱的容积。
最初的鱼型车是美国1952年生产的别克牌小客车,1964年美国的克莱斯勒顺风牌和1965年的福特野马牌都采用了鱼型造型,自顺风牌以后世界各国逐渐生产鱼型汽车。 鱼型汽车存在的缺点:后窗玻璃倾斜角度很大,使其强度下降,产生结构上的缺陷。鱼型车还有一个潜在的重大缺点就是对横风的不稳定性。因为鱼型车的造型关系在高速时会产生一种升力,使车轮附着力减小,从而抵挡不住横风的吹袭,发生偏离的危险。鱼型车的这一缺点人们想了很多办法加以克服,例如人们在鱼型车的尾部安上一只翘翘的“鸭尾”,以克服一部分升力,这便是“鱼型鸭尾”式车型。
6)楔型汽车
为了较好地解决鱼形汽车的升力问题,人们又开始了艰难的探索,后来出现了楔形造型的汽车。就是车身前部向下方倾斜,后行李舱明显高于前发动机舱,而车尾平直,可以形成良好的风压,防止车轮发飘,该车型尾部如刀削般平直,整体形状如楔子。最早的楔型汽车是1963年美国司蒂贝克汽车公司设计出来的。
现代轿车基本上都朝这个方向发展。
7)子弹头型汽车
考察轿车车形的发展史,从本世纪初的福特T型箱式车身到30年代中型的甲虫型车身,从甲虫型车身到50年代的船型车身,从船型车身到80年代的楔型车身,直到今天的轿车车身模式,每一种车身外形的出现,都不是某一时期单纯的工业设计的产物,而是伴随着现代空气动力学技术的进步而发展的。