Automobiliai smarkiai pasikeitė ir nuo praėjusio amžiaus dešimtojo dešimtmečio, nekalbant jau apie XX amžiaus pradžią. Štai 20 svarbių tai tik patvirtinančių automobilių inžinerijos inovacijų.
Inovacijos ir išradimai akivaizdžiai demonstruoja XX amžiuje vykusį paradigmos poslinkį. Pateikiamas sąrašas toli gražu nėra išsamus ir nėra išdėstytas kokia nors tvarka.
1. Viską pradėjo garo variklis
Garo variklis, be abejo, buvo svarbiausia automobilių inžinerijos inovacija. Nors iš pradžių kurtas pumpuoti vandeniui iš kasyklų, patobulinimai ilgainiui padėjo drastiškai sumažinti šios technologijos dydį.
Pirmą patikimą variklį sukūrė Jamesas Wattas 1775 m., tačiau tai tebuvo ankstesnio Newcomeno variklio patobulinimai.
Iš pradžių garo varikliai naudoti lokomotyvuose ir laivuose, bet paskui ištobulinti ir pritaikyti pirmųjų automobilių varymui XIX amžiaus gale ir XX amžiaus pradžioje. Tuo metu garomobiliai išpopuliarėjo, ypač pagerėjus keliams. O ir kuras buvo santykinai pigus.
Garomobiliai iš scenos pasitraukė, kai Henry'is Fordas išvystė masinės gamybos procesą. Vidaus degimo variklių užkūrimui ėmus naudoti elektrinius starterius, prieš kelionę nebereikėjo sukti užvedimo rankenos, bet vidaus degimo varikliai konkurencinę kovą laimėjo, nes buvo gerokai pigesni.
Vidaus degimo varikliai de facto yra priežastis, kodėl dabar egzistuoja automobiliai. Nors įvairiausi ankstyvųjų variklių pavyzdžiai pasirodė dar XVIII amžiuje, pirmąjį patikimą Etienne Lenior sukūrė 1859.
2. Vidaus degimo variklis atpigino automobilius
Modernaus vidaus degimo variklio, tokio, kokį žinome dabar, nebuvo, kol 1864 metais Nikolaus Otto nepatentavo savo atmosferinio dujinio variklio. Vėlesnius patobulinimus atliko George'as Braytonas (pirmasis skysto kuro variklis) ir Otto, Daimlerio bei Maybacho bendradarbiavimas suteikė pasauliui pirmąjį keturtaktį variklį 1876 m.
Dvitaktį variklį kiek vėliau (1879) sukūrė Karlas Benzas, gamindamas pirmąjį komercinį automobilį 1886 m.
3. Starteris panaikino rankinį užvedimą
Vidaus degimo varikliai yra grįžtamojo ryšio sistemos, kuriose vieno ciklo sukuriama inercija perduodama kitam ciklui. Dėl to automobiliams reikia kažkaip pasukti variklį, kad paskui jis galėtų jau suktis pats.
Ankstyvuosiuose varikliuose naudoti įvairiausi šio pradinio impulso kūrimo metodai – nuo parako cilindrų ir spyruoklių iki skausmingai ne vieno vairuotojo atmintyje įsirėžusio užvedimo rankenos sukimo. Nors šie metodai ir veikė, tačiau buvo nepatogūs, kartais sunkūs ir pavojingi. Varikliai dažnai „spardydavosi“, tad procesas buvo sunkiai nuspėjamas.
Reikėjo ne tokio sunkaus, patogesnio ir labiau nuspėjamo variklio paleidimo būdo.
Pirmąjį elektrinį starterį 1896 metais Anglijoje sukūrė H. J. Dowsing. Pirmasis JAV patentas buvo išduotas 1903, o patobulintas – 1911. Pirmuosius automobilius su elektriniais starteriais pagamino „Cadillac“ kompanija 1912 metais.
Dabar vidaus degimo variklį turintį automobilį be starterio sunku įsivaizduoti, bet XX amžiaus pradžioje toks jų dominavimas dar nebuvo savaime suprantamas – užkūrimo rankenos buvo plačiai naudojamos dar ir trečiajame dešimtmetyje. Įdomu, kad užvedimo rankenas kai kurie gamintojai tiekė ir vėliau, pavyzdžiui, „Citroen 2CV“ (1948–1990).
4. Efektyvusis dyzelinis variklis
Dyzelinį variklį, arba uždegimo slėgiu variklį, sukūrė Rudolfas Dieselis ir jis lig šiol yra didžiausio terminio efektyvumo praktiškai naudojamas vidaus degimo variklis. Kai kuriais atvejais nedidelio greičio dyzeliniai varikliai gali pasiekti kiek didesnį nei 50% terminį efektyvumą.
Šių variklių degimo kamerose kurą uždega mechaniškai suspaustas oras – spaudžiamas jis taip įkaista, kad įpurškiamas kuras iškart užsiliepsnoja (adiabatinis spaudimas). Benzininiuose ar dujiniuose varikliuose kurą uždega elektrinės žvakės kibirkštis.
Rudolfas Dieselis, vos nežuvęs nuo amoniako garais varomo garinio variklio, nusprendė savo naują variklį kurti, remdamasis Carnot ciklu. Netrukus po to, kai Karlas Benzas 1893 m. gavo savo patentą, Dieselis publikavo savo garsųjį traktatą „Racionaliojo šiluminio variklio, pakeisiančio garo variklį ir dabar žinomus vidaus degimo variklius, teorija ir konstrukcija“.
Taip gimė Dieselio variklis.
5. Gyvybes gelbstintys neužsiblokuojantys stabdžiai
Neužsiblokuojantys stabdžiai (ABS) iš tiesų yra gan senas automobilių inžinerijos kūrinys. Nors modernios sistemos pasirodė aviacijoje šeštajame dešimtmetyje ir automobilių pramonėje išpopuliarėjo nuo aštuntojo, pati koncepcija atsirado dar 1908 metais.
Modernios sistemos stabdant palaiko automobilio ratų kontaktą su keliu, neleisdamos ratams užsikirsti, nustoti suktis ir automobiliui slysti. Sistema yra automatinė ir naudoja ribinį ir pertraukiamą stabdymą, kurį praktikuoja įgudę vairuotojai su ankstesnėmis stabdžių sistemomis.
Pirmąją patentuotą „ABS“ sukūrė vokiečių inžinierius Karlas Wesselis 1928 metais, bet veikiančio produkto nepagamino. Šeštajame dešimtmetyje technologija įgavo formą kaip „Dunlop Maxaret“ antislydimo sistema, kuri JK buvo plačiai naudojama tokiuose reaktyviniuose lėktuvuose kaip „Avro Vulcan“ ir „English Electric Lightning“.
Iš tiesų modernią – kompiuterizuotą, trijų kanalų, keturių jutiklių, visų ratų ABS, rinkai pateikė „Chrysler“. Ji vadinosi „Sure Brake“ ir buvo standartiškai montuojama į jų 1971 Imperial. Vėlesniais dešimtmečiais kiti automobilių gamintojai pasekė įkandin, o dešimtajame dešimtmetyje ABS buvo pradėti montuoti ir motocikluose.
6. Važiavimą supaprastinusi automatinė pavarų dėžė
Kita automobilių inžinerijos inovacija yra automatinė transmisija arba kitaip – automatinė greičių dėžė. Su automatine sistema vairuotojui nebereikia perjunginėti pavarų pačiam.
Ši inovacija kaipmat supaprastino automobilio vairavimą – liko mažiau rankenų ir pedalų, kuriuos vairuotojui būtina naudoti, vairuojant automobilį. Tai, akivaizdu, pranašumas neįgaliems žmonėms, tačiau taip pat tai reiškia, kad vairuotojas važiuodamas gali iš esmės visą laiką vairą laikyti abiem rankomis.
Automatinę transmisiją 1921 metais sukūrė kanadietis Alfredas Horneris Munro. Savo kūrinį jis patentavo 1923 metais, o JK ir JAV patentus įsigijo atitinkamai 1924 ir 1927 metais.
Munro buvo garo variklių inžinierius ir pirmajame jo kūrinyje buvo naudojamas suspaustas oras, o ne skystis, kaip moderniose sistemose. Liūdna, jam nepavyko rasti komercinio jo panaudojimo. Du inžinieriai iš Brazilijos, José Braz Araripe ir Fernando Lely Lemos, 1932 metais sukūrė hidraulinio skysčio versiją ir pardavė savo kūrinį „General Motors“ 1940 metais.
Visa kita, kaip sakoma, jau istorija.
7. Vairavimą palengvinęs vairo stiprintuvas
Dar viena puiki automobilių inžinerijos inovacija, padedanti vairuotojams vairuoti automobilius – vairo stiprintuvas (power-assisted steering – PAS). Naudojant hidraulinius arba elektrinius aktuatorius, vairuotojui reikia daug mažiau jėgų, norint pasukti vairą, lyginant su PAS neturinčiais automobiliais, ypač – važiuojant mažu greičiu ar stovint.
Ankstyvosios vairo stiprintuvo versijos buvo patentuotos 1876, 1902 ir 1904 metais, bet nė viena nebuvo panaudota masinėje gamyboje. Pirmą praktišką sistemą 1926 metais sukūrė Francis W. Davis. Vėliau jis perėjo į „General Motors“ ir toliau tobulino jų dizainą.
Pirmoji vairo stiprintuvą keleiviniuose automobiliuose pasiūlė Chrysler Corporation savo 1951 Imperial. GM netruko pasiūlyti tai savo 1952 Cadillac.
Dabar daugelyje automobilių vairo stiprintuvas yra standartinė įranga.
8. Oro pagalvė: gyvybes sauganti oro galia
Oro pagalvės – viena iš svarbiausių automobilių inžinerijos ir transporto priemonių saugumo inovacijų. Jos sukurtos taip, kad susidūrimo, smūgio ar netikėtai staigaus lėtėjimo atveju ekstremaliai greitai prisipūstų ir taip pat greitai išsileistų.
Nuo masinio jos pritaikymo automobilių pramonėje ši technologija išgelbėjo tūkstančius gyvybių.
Oro pagalvių ištakomis galima laikyti jau šeštajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje naudotas oro pripūstas pūsles. Jų išradimo autoriumi laikomas Johnas W.Hetrickas, užregistravęs patentą 1951 metais. Maždaug tuo pat metu panašią sistemą Vokietijoje patentavo Walteris Lindereris. Abiejose sistemose naudotas suspaustas oras, kuris talpą pripildydavo, suveikus spyruoklei, nuo buferio kontakto ar įjungus vairuotojui rankiniu būdu.
Technologija buvo plačiai pripažinta septintajame dešimtmetyje, sukūrus avarijų jutiklius. Mercedes-Benz, GM, Ford, ir Chrysler savo automobiliuose juos montavo nuo aštuntojo dešimtmečio, tačiau standartu jos tapo tik dešimtajame.
9. Elektriniai automobilių varikliai – atgal į ateitį
Elektriniai automobilių varikliai naudoti gerokai seniau, nei būtų galima tikėtis. Nors meinstrymu juos padarė Tesla, pirmieji praktiškai naudoti elektromobiliai pasirodė Londone 1884 metais.
Kitas dizainas, Flocken Elektrowagen, buvo pagamintas Vokietijoje 1888-aisiais. Jų, kaip ir garomobilių, buvo parduodama daugiau, nei pirmųjų automobilių su vidaus degimo varikliais, bent jau iki elektrinių starterių pasirodymo.
Ankstyvieji elektromobiliai buvo populiarūs XIX amžiaus pabaigoje ir XX-ojo pradžioje, nes galėjo pasiūlyti konkuruojančioms to meto technologijoms nepasiekiamą komforto ir naudojimo paprastumo lygį. Vertinama, kad iki XX amžiaus buvo pagaminta apie 30 000 tokių transporto priemonių.
Galiausiai vidaus degimo varikliai laimėjo, dūmų debesyje paslėpę elektromobilius iki jų renesanso XX amžiaus gale.
10. GPS – JAV karinė technologija, vedanti nuo taško A iki taško B
GPS, arba globaliąją pozicionavimo sistemą, sukūrė JAV valdžia savo karinėms pajėgoms. Ji pradėta naudoti 1973 metais ir sujungė įvairias ankstesnių sistemų koncepcijas (taip pat ir įslaptintus septintojo dešimtmečio technologinius sprendimus).Pirmojoje sistemoje naudoti 24 palydovai ir visu pajėgumu ji ėmė veikti 1995. Jos sukūrimas dažnai priskiriamas Rogeriui L. Eastonui, Ivanui A. Gettingui ir Bradfordui Parkinsonui.
Civiliniams tikslams ją naudoti leista 1984 metais. Nuo tada GPS sistemos integruotos į daugelį modernių technologijų, nuo išmaniųjų telefonų iki automobilių, ir iš esmės pakeitė mūsų keliones.
11. Katalitinis konverteris: oro kokybės gerinimas nuo aštuntojo dešimtmečio
Katalitinis konverteris yra viena iš svarbiausių visų laikų automobilių inžinerijos inovacijų. Jų atliekamas nuodingų teršalų pavertimas ne tokiais kenksmingais drastiškai pagerino oro kokybę miestuose.
Konverteriai veikia, katalizuodami per jas einančių išmetamųjų dujų oksidacijos ir redukcijos reakcijas. Jie tapo teisiškai privaloma dyzelinių ir benzininių variklių išmetimo sistemų dalimi, bet gali būti pritaikomi ir lieso mišinio varikliams bei žibaliniams kaitintuvams ir viryklėms.
JAV pirmą kartą jie buvo pristatyti 1975 m., siekiant atitikti EPA nustatytus griežtesnius išmetamųjų dujų kokybės reikalavimus. Katalitinius konverterius sugalvojo prancūzas inžinierius Eugene Houdry, persikėlęs į JAV 1930 m.
Jį pribloškė tuo metu Los Angele tvyrojęs smogas ir jis nusprendė pabandyti išspręsti šią problemą. Šeštojo dešimtmečio viduryje jis patentavo savo sukurtą technologiją.
Dėl griežtesnio aplinkosaugos reguliavimo katalitiniai konverteriai automobiliuose imti naudoti masiškai. Pirmasis pramoninės gamybos konverteris, patobulinta Houdry'io dizaino versija, buvo pagaminta 1973.
12. Gyvybių saugojimas tritaškiu saugos diržu
Dabar visuotinai naudojami trijų taškų saugos diržai sukurti taip, kad susidūrimo metu išsklaidytų keleivio kinetinę energiją ant jo krūtinės ir pečių. Pirmą kartą tokius saugos diržus 1959 metais pristatė Volvo, o juos sukūrė Nils Bohlin, anksčiau dirbęs SAAB, kur kūrė katapultavimosi sėdynes.
Iki šios inovacijos standartiškai buvo naudojami dviejų taškų saugos diržai. Jie buvo susegami ant pilvo ir galėjo rimtai sužeisti, kai susidūrimai įvykdavo dideliu greičiu.
Ši puiki automobilių inžinerijos inovacija pirmą kartą pasirodė Volvo PV 544, bet standartinės įrangos dalimi tapo 1959 Volvo 122. Vėliau Volvo patentą padarė prieinamą visiems visuomenės saugumo sumetimais.
JAV nacionalinės greitkelių saugumo administracijos duomenimis, diržai kasmet išsaugo apie 11 000 gyvybių.
13. Hibridinių jėgainių pagerintas kuro naudojimo efektyvumas
Kai 1998 metais Toyota pristatė Prius, nors gamyba prasidėjo 1997, nedaug kas galėjo įvertinti, kokią įtaką jis padarys automobilių pramonei. Jame sumontuotas hibridinis variklis įspūdingai pagerino kuro naudojimo efektyvumą, versdamas ir kitus automobilių gamintojus ieškoti tokių sprendimų.
Prius – pirmasis masinės gamybos hibridas, kuriame buvo nedidelis 1,5 litro benzininis variklis, elektros motoras, ir nikelio-metalo hidrido baterija. Nors iš pradžių susidomėjimas buvo menkas, dabar dauguma automobilių gamintojų siūlo vienokius ar kitokius hibridinius automobilius.
14. Stabilumo kontrolė padėjo sustabdyti slydimą
ESC arba elektroninė stabilumo kontrolė padeda suvaldyti pradėjusį slysti automobilį. Iš esmės tai yra stabdžių antiblokavimo sistemos patobulinimas. ESC gerokai padidino automobilių saugumą, ypač kritinėse situacijose.
Suveikus ESC slydimo jutikliams, sistema, stabdydama kiekvieną ratą individualiai, padeda ištaisyti slydimą ir ištiesinti automobilį. Kai kurios ESC sistemos kontroliuoja ir trauką, taip kiekvienam ratui paskirstydamos galią.
Mercedes-Benz ir BMW savo prabangių modelių linijose ESC pateikė dešimtojo dešimtmečio viduryje. Technologijai tobulėjant, nuo 2011 metų daugelyje šalių ji tapo teisiškai privaloma keleivinių automobilių saugos priemone.
15. Vidinė diagnostika II (OBD II) patobulino variklio priežiūrą
Vidinė diagnostika II, trumpiau OBD II, buvo pirmosios, devintajame dešimtmetyje pristatytos, vidinės diagnostikos sistemos įpėdinė.
Ji eiliniams mechanikams ir profesionaliems technikams suteikė priemonę surasti gedimus, paprasčiausiai skaitant pateikiamus kodus.
OBD II taip pat suteikė gerokai išmanesnius variklio kontrolės, kuro naudojimo efektyvumo ir pan. reguliavimo metodus.
Iš pradžių automobilių entuziastų ir mechanikų nekęsta sistema sukūrė naują skenavimo įrankių ir kitų prietaisų pramonę, gaminančią viską, nuo kuro ekonomijos matuoklių iki variklio galios reguliatorių.
16. Nejuntamai pavaras perjungianti dvigubos sankabos transmisija
Dvigubos sankabos transmisija (DCT) vairuotojas pavaras gali keisti greičiau ir mažiau juntamai, palyginus su tradicinėmis transmisijomis. Ja pavaros perjungiamos taip pat lengvai, kaip turint automatinę transmisiją, bet greičiau, nei rankine transmisija.
Tipinėje šešių greičių DCT pavarų dėžėje viena sankaba aptarnauja nelygines pavaras, kita – lygines. Pavarų perjungimą kontroliuoja kompiuteriai.
Tokią koncepciją dar prieš Antrąjį Pasaulinį karą išvystė prancūzas Adolphe Kegresse, bet veikiančio modelio niekada nesukūrė.
Pirmosios DCT pasirodė devintajame dešimtmetyje lenktyniniuose automobiliuose, bet plačiajai publikai pirmą kartą ją pasiūlė Volkswagen. Pirmoji jų dvigubos sankabos sistema, DSG, pasirodė 2003 metais.
Nuo tada ji siūloma ir daugelyje kitų automobilių, nuo Lamborgini iki Mercedes-Benz.
17. Išmanusis raktas: paprastas variklio užvedimas
Tradiciniai automobilio rakteliai lieka gyva automobilių pramonės iškasena. Išmanieji rakteliai tampa standartine įranga, variklį užkurianti mygtuko paspaudimu, o ne pasukant raktelį.
Kai kurie netgi atidaro automobilį jums artinantis. Kadaise tai buvo tiesiog įdomi naujovė, išvaizda primenanti kreditinę kortelę.
Nors tokie rakteliai labai patogūs, tačiau jie gali atverti ne tik automobilį, bet ir būdą į jį įsilaužti.
18. Turbinos padidino galią ir kuro naudojimo efektyvumą
Turbinos masinės gamybos automobiliuose naudojamos nuo septintojo dešimtmečio. Iš esmė tai yra automobilio išmetamosiomis dujomis varomi kompresoriai, į variklio cilindrus paduodantys daugiau oro.
Daugiau kuro ir daugiau oro sukuria daugiau galios ir mažesnį variklį pakelia į aukštesnę klasę. Turbinos plačiai naudojamos Otto ir Dieselio ciklo varikliuose.
Šią technologiją išrado šveicarų inžinierius Alfred Buchi, patentavęs ją 1905 metais. Turbinos iš pradžių naudotos aviaciniuose varikliuose, ypač per Antrąjį Pasaulinį karą.
Dabar automobilių gamintojai taiko turbina, siekdami išnaudoti mažesnio darbo tūrio variklius. Kartu taip pagerinamas našumas ir kuro naudojimo efektyvumas.
19. Mirksintys posūkio signalai kitiems vairuotojams praneša jūsų ketinimus
Kita svarbi automobilių inžinerijos inovacija buvo mirksintys posūkio signalai. Pirmieji pasirodė dar 1907 metais, bet dabar plačiai naudojama, o gatvėse važinėjantiems automobiliams dažnai ir teisiškai privaloma, 1938 metais patentuota versija.
Būtina, kad posūkio signalai įsijungtų ir išsijungtų nuo 60 iki 120 mirksnių per minutę. Senesniuose modeliuose „mirksėjo“ terminiai pertraukikliai, bet vėliau juos pakeitė tranzistoriniai.
O iš kur mirksėjimo garsas?
20. Automatinė greičio palaikymo sistema pramynė kelią autonominiams automobiliams
Pirmąją kruizo kontrolę penktajame dešimtmetyje sukūrė Ralphas Teeteris. Jis ją sukūrė, manydamas, kad avarijas sukelia netolygus greitis.
Tad, Ralphui pavyko sukurti servomechanizmą, kuris, perimdamas akseleratoriaus kontrolę iš vairuotojo, padeda išlaikyti pastovų automobilio greitį. Nors šeštajame dešimtmetyje, kai buvo pristatyti, jie nebuvo populiarūs, dabar jie daugelyje automobilių montuojami standartiškai.
Tūkstantmečio pradžioje greičio palaikymo sistemoje atsiradus radarams, technologija pramynė kelią bepiločiams automobiliams.
Štai ir išvardinome 20 didžiausių automobilių inžinerijos inovacijų ir išradimų. Ar ką nors svarbaus praleidome? Laukiame papildymų komentaruose.
