Historia pojazdów samochodowych zaczęła rysować się w początkach rozwoju silnika spalinowego. Ale czy to był prawdziwy początek. W moich oczach prawdziwym początkiem transportu, przemieszczania się, pojazdów wszelkiej maści a także pojazdów samochodowych był jeden z najważniejszych momentów w historii ludzkości, a mianowicie wynalezienie koła ok. 4000 lat przed naszą erą w Mezopotamii. To właśnie ten z pozoru banalny wynalazek zapoczątkował rozwój zarówno transportu, jak i miał wpływ na praktycznie każdą dziedzinę naszego życia. Koła wszelkiego rodzaju możemy spotkać praktycznie wszędzie. Znajdują się w silnikach, pojazdach, maszynach przemysłowych, zegarkach i wielu, wielu innych przedmiotach, których nie sposób wymienić. Koło zrewolucjonizowało świat. Przed 200 rokiem naszej ery używane było jako koło wodne do napędu w młynach.

Kolejnym krokiem w stronę powstania pierwszego pojazdu samochodowego było wynalezienie silnika. Może nie był to silnik spalinowy, ale ten wynalazek był pierwowzorem dla powstania obecnych konstrukcji, a mowa o turbinie parowej wynalezionej ok. 60 roku naszej ery w starożytnej Grecji przez Herona. Była to wprawdzie dość prymitywna konstrukcja, jednakże przedstawiała ideę działania silnika. Zamieniała energię pary wodnej w energię mechaniczną. Był to jednak wynalazek, który służył jako zabawka, nowinka techniczna. Na praktyczne zastosowanie tegoż wynalazku trzeba było czekać jeszcze aż 1500 lat. W XVII wieku wskrzeszono pomysł silnika parowego i zaczęto przeprowadzać szereg eksperymentów z jego wykorzystaniem. Próby te wymagały wprowadzania koniecznych udoskonaleń i poprawek do projektów. Powstało wiele koncepcji silników parowych. Doprowadziło to do stworzenia pierwszego w pełni działającego silnika parowego posiadającego potencjał do pracy. Był to jednak zbyt skomplikowany w swojej obsłudze projekt toteż nie został przyjęty. Wytwór Papina nie przepadł jednak gdzieś pomiędzy innymi eksperymentami, zainteresował on bowiem kapitana żeglugi i inżyniera górnika Thomasa Savery’ego, który usprawnił maszynę Papina i wynalazł pompę parowo-atmosferyczną, która wreszcie znalazła praktyczne zastosowanie. Za przybliżoną datę narodzin pierwszego silnika parowego, który znalazł zastosowanie w praktyce można przyjąć przełom XVII i XVIII wieku. Był to nie tylko przełom w kalendarzu, ale i technice. Zrobiono ogromny krok w stronę znanych nam obecnie konstrukcji silników.

W miarę upływu lat oraz rozszerzania się wiedzy konstruktorów przeróżnych wynalazków znaczenie zaczęła nabierać energia elektryczna, która była wprawdzie „znana”, a raczej zaobserwowana już wcześniej, chociaż tak naprawdę nikt nie zdawał sobie sprawy z tego co to w ogóle jest, to dopiero w połowie XVII wieku niejaki Otto von Guericke wynalazł prostą maszynę elektrostatyczną, dzięki której zaobserwował zdolność różnych przedmiotów na korelację z naelektryzowanym obiektem. W tym momencie ruszyła lawina prób, eksperymentów oraz wynalazków rozwijających tematykę związaną z prądem, elektrycznością i wszystkim co z nimi związane. I tak w 1729 roku Anglik Stephen Grey stwierdził, że fluid elektryczny umie przenieść się ze szklanej rurki na jej zatyczkę, oraz zauważył, że istnieją dobre i złe przewodniki prądu elektrycznego. W 1734 roku Francuz Charles-François de Cisternay Du Fay stwierdził istnienie dwóch rodzajów ładunków elektrycznych: dodatnich i ujemnych. W 1745 roku przez przypadek holenderski profesor Pieter van Musschenbroek wynalazł butelkę lejdejską (nazwa pochodzi od miasta, w którym ją wynaleziono), oraz niezależnie od niego Niemiec Ewald Jürgen von Kleist stworzył takie urządzenie bez nazwy. Obaj wystąpili z wnioskiem patentowym w tym samym czasie w różnych miejscach na świecie. Przeprowadzano wiele eksperymentów i pokazów z udziałem butelki lejdejskiej.

Następnym krokiem na przód były poczynania Amerykanina Benjamina Franklina. To on w 1752 roku „złapał” pioruna do butelki lejdejskiej słynnym latawcem na metalowej lince wypuszczonym w trakcie burzy. Doprowadziło to do powstania pierwszego piorunochronu. W 1785 roku Charles Augustin de Coulomb sformułował swoje prawa dotyczące spoczywających ładunków elektrycznych. Allesandro Volt w 1782 roku wynalazł kondensator, natomiast kilka lat później, bo w 1800 roku stworzył pierwsze ogniwo elektryczne.

„Silnik elektryczny został wynaleziony przez angielskiego fizyka i chemika – Michaela Faradaya. Odkrył on w roku 1831 zjawisko indukcji elektromagnetycznej, przyczyniając się do powstania elektrodynamiki oraz skonstruował tzw. tarczę Faradaya – która zapoczątkowała silniki elektryczne. W 1834r. Moritz Herman Jacobi, fizyk i elektrotechnik pochodzenia niemieckiego, zbudował komutatorowy silnik elektryczny i zastosował go do napędzania łódki. Pierwszy silnik elektryczny zastosowany w obrabiarce zbudował w roku 1837 amerykański konstruktor Thomas Davenport. Użył go następnie do napędu wiertarki i tokarki do drewna. Silnik ten osiągał prędkość 450 obr/min. Pierwszy silnik miniaturowy zbudował Thomas Alva Edison w 1880 roku. Silnik miał wymiary 25 x 40 mm i osiągał prędkość 4000 obr/min. Edison zastosował go w elektrycznym piórze do sporządzania kropkowanych matryc powielaczowych, napędzając drgającą igłę w obsadce. Pióro robiło w matrycy otworki tworzące kontury liter. Elektrycznych piór Edisona wyprodukowano około 60 tysięcy sztuk. Jako pierwsze zastosowanie silnika elektrycznego do napędzania dużego obiektu można przyjąć elektrowóz zasilany prądem o napięciu 150 V, zbudowany w roku 1879 przez Ernsta Wernera von Siemens. Dwufazowy silnik indukcyjny wynalazł w roku 1887 Nikola Tesla, elektryk amerykański pochodzenia chorwackiego. W dwa lata później Michał Doliwo-Dobrowolski, elektrotechnik pochodzenia polskiego, zbudował trójfazowy silnik indukcyjny z wirnikiem klatkowym. W roku 1902 niemiecki inżynier Ernst Danielson zbudował silnik synchroniczny.”

Jednak z silnikami elektrycznymi wiąże się wiele problemów, a największym z nich jest ich zdolność pokonywania dużych dystansów. Pomimo ich prostoty budowy oraz niezwykle wysokiej sprawności, która na obecną chwilę wynosi ponad 90%, to akumulatory zapewniają nieporównywalnie mniejszy zasięg o tradycyjnego baku z paliwem. I tutaj rozpoczyna się cała przygoda z silnikami spalinowymi.

Za narodziny idei napędzania maszyn silnikami zamieniającymi energię chemiczną na mechaniczną w drodze spalania się jakiejś substancji można uznać rozpoczęcie produkcji gazu świetlnego w 1783 roku. Wtedy to zaczęto zastanawiać się, czy można by to paliwo wykorzystać do napędzania maszyn. Od początku XIX wieku zaczęły pojawiać się pierwsze silniki spalinowe, które realizowały ideę jego działania, jednak posiadały wiele wad, co dyskwalifikowało je jako praktycznie zastosowane źródło napędu. Dzięki tym prototypom i projektom można było sprecyzować zasady określające, jak powinien być zbudowany silnik spalinowy. Byli to ojcowie koncepcji silnika spalinowego, a wśród nich: Philippe Lebon, Samuel Brown, L. W. Wright, Nicolo Barsanti i Felice Mateucci, Christian Reithman oraz William Siemens. To właśnie ich starania i wysiłki pozwoliły na stworzenie wytycznych dotyczących konstrukcji silnika spalinowego.

Pierwszym, który praktycznie wykorzystał zasady oparte na dotychczasowych eksperymentach był Etienne Lenoir. Stworzył on bowiem pierwszy, ciężki, wolnobieżny, gazowy silnik, który został uznany za pierwszy silnik dwusuwowy. Nie była to mocarna konstrukcja. Posiadał on moc zaledwie 0,5 KM przy prędkości obrotowej sięgającej zawrotnych 50 obr/min. Był on niezwykle prosty w swej budowie, posiadał sprawność bliską zeru i nie był wstanie pracować dłużej niż 10 minut. Jednak to właśnie ta konstrukcja stała się pierwowzorem do dalszego rozwoju koncepcji prawdziwego i w pełni użytecznego silnika spalinowego.

Schemat cyklu pracy silnika dwusuwowego

Tak działa silnik dwusuwowy

Koncept Lenoir’a rozwinął i udoskonalili: niemiecki samouk Nikolaus Otto oraz jego rodak inżynier Eugen Langer. Po przeanalizowaniu tejże konstrukcji stwierdzili, że należy zmienić paliwo zasilające silnik. W tym celu Otto skonstruował gaźnik, jednak nie otrzymał na niego patentu, gdyż takie urządzenie zostało już wcześniej stworzone. Wspólnie też rozpoczęli pracę nad zupełnie nową konstrukcją silnika spalinowego. Tym razem ich zainteresowanie skupione zostało na pomyśle francuskiego inżyniera Alphonse’a Beau de Rochas’a, który w 1862 roku przedstawił projekt silnika czterosuwowego. Idea tej konstrukcji podzielona jest na cztery następujące po sobie etapy. Pierwszy – suw ssania, w trakcie którego zasysana jest do cylindra mieszanka paliwowa przez jeden lub kilka otwartych zaworów wlotowych. Kolejnym etapem jest sprężanie mieszanki paliwowej znajdującej się w cylindrze. Tłok porusza się ku górze cylindra. Gdy tłok dotrze w swoje górne położenie następuje etap trzeci, czyli zapłon i spalanie mieszanki. Inicjowany jest on przy pomocy iskry pochodzącej ze świecy zapłonowej, której końcówka wkręcona jest w górną pokrywę cylindra. Efektem tego jest eksplozja paliwa w cylindrze, w wyniku której tłok zostaje odepchnięty w dół. Ostatnim krokiem jest wydech, czyli wyrzucenie spalin. Są one wypychane przez tłok wykonujący tym razem ruch ku górze komory spalania i wypycha spaliny przez zawór lub zawory wydechowe. Rochas nie rozwinął jednak swojego pomysłu, toteż Otto i Langer wykorzystali go, by w 1867 roku zaprezentować światu pierwszy w historii silnik dwusuwowy. Odsłonięto go na wystawie światowej w Paryżu. Wzbudził on ogromne zainteresowanie taką technologią i w ciągu kolejnych 10 lat sprzedano 5000 sztuk silnika spalinowego dwusuwowego. Był on jednak hałaśliwy, powolny i pracował nieregularnie, toteż bardzo szybko został on zastąpiony czterotaktowym silnikiem Otta.

Zobacz również:   Jak będą wyglądały przyszłe modele serii 40 ?
Schemat cyklu pracy silnika czterosuwowego

Tak działa silnik czterosuwowy

Wynalazek Otto i Langera nie był jedynym rozwinięciem koncepcji Lenoir’a. Niejaki Dugald Clerk w 1878 roku skonstruował model pierwszego silnika gazowego dwusuwowego, w którym wszystkie fazy pracy, czyli zasysanie mieszanki paliwowej do cylindra, sprężenie jej, zapłon i rozprężenie oraz wydech spalin odbywały się w czasie dwóch suwów tłoka, czyli przy jednym obrocie wału korbowego. Pierwszy silnik spalinowy nie będący konceptem powstał w 1880 roku. Konstrukcja Clerka stała się prototypem dla późniejszych projektów silników dwusuwowych.

Kolejnym krokiem naprzód było założenie w 1864 roku przez Otto i Langena wspólnej firmy „N. A. Otto & Cie”, przekształconej w 1869 roku w „Gasmotorenfabrik Deutz” (dzisiejsze Deutz AG). Sam fakt powstania firmy nie był przełomem, jednak w 1872 roku członkiem zarządu stał się człowiek, który zapoczątkował rewolucję w konstrukcji silników spalinowych. Był to niemiecki konstruktor i przemysłowiec, pan Gottlieb Daimler. Sprowadził on do firmy wybitnego konstruktora Wilhelma Maybacha. Daimler zrewolucjonizował konstrukcję silnika. W jego konstrukcji moc 1 KM nie była krzesana aż z 1000 kg silnika (jak w przypadku silnika Otto), a z zaledwie 100 kg. Ta zmiana miała kolosalny wpływ na późniejsze konstrukcje. Usprawnił również silnik Otto i w wcześniejszej mocy 5 KM w silniku jednocylindrowym wygenerował moc 8 KM. Pozwoliło to miedzy innymi na to, aby w 1882 roku firma wyprodukowała pierwszy silnik dwucylindrowy legitymujący się mocą zawrotnych 80 KM.

10 lat później Daimler zakończył jednak współpracę z Ottem i rozpoczął wspólnie z Maybachem prace nad nowym silnikiem małych gabarytów ale dużej mocy. Po roku prac przedstawili swój projekt światu. Był to jednocylindrowy czterosuwowy silnik pracujący z prędkością obrotową rzędu 800 – 900 obr/min. Silnik ich był zasilany benzyną, a w tamtych czasach nie był to łatwy do zdobycia produkt. Daimler chciał sprawdzić jak tego „dziecko” się sprawuje, toteż zainstalował go w dwukołowym, drewnianym wehikule. Był to pierwszy na świecie motocykl, który potrafił rozpędzić się do prędkości 12 km/h.

Rozwój silników jest związany z jeszcze jedną bardzo ważną postacią, a mianowicie z niemieckim konstruktorem i inżynierem Rudolfem Dieslem. Chciał on stworzyć silnik oparty na ogólnej koncepcji silnika spalinowego, ale znacznie wydajniejszego. W 1893 roku rozpoczął intensywne prace nad nową konstrukcją. Prace te zajęły mu 4 lata w i 1897 roku przedstawił swój silnik światu. Była to dwucylindrowa jednostka o zapłonie samoczynnym. Silnik ten a także jego konstruktor otrzymali nagrodę Grand Prix na wystawie w Paryżu, a sam silnik zaraz z wystawy trafił do Warszawy, gdzie służył jako napęd prądnicy w hotelu „Bristol”.

Od tego czasu konstrukcje o zapłonie iskrowym jak i samoczynnym zaczęły zmieniać historię świata. Na przestrzeni lat silniki te doczekały się wielu usprawnień, dodatków, ulepszeń oraz modyfikacji i odmian. Jest jednak jeszcze znacznie młodsza konstrukcja, która zasługuje na uwagę. Mowa oczywiście o silniku z obrotowym tłokiem.

Konstruktorem tegoż silnika był niemiecki konstruktor i wynalazca Felix Wankel. Opracowana w 1960 roku jednostka była, i jest po dziś dzień, niezwykle wyjątkowa. Zasadniczą różnicą pomiędzy standardowym silnikiem o zapłonie iskrowym, a silnikiem Wankla jest ruch, a dokładniej kierunek ruchu tłoka w cylindrze. W „zwykłym” silniku tłok porusza się w górę i w dół, natomiast w tym przypadku tłok obraca się w cylindrze eliptycznym. Obraca się on na mimośrodzie wewnątrz komory spalania. W sytuacji, gdy któraś z trzech ścian wirnika przechodzi naprzeciw zaworu wlotowego dochodzi do zassania mieszanki paliwowo-powietrznej. Mieszanka ta jest następnie sprężana i zapalana iskrą elektryczną. Gazy spalinowe rozprężając się pchają wirnik, a następnie uchodzą przez zawór wylotowy.

Schemat cyklu pracy silnika Wankla

Tak działa silnik Wankla

I w zasadzie w tym miejscu kończy się historia jednej z najważniejszych części pojazdu samochodowego. Historia samego pojazdu zaczęła się wraz z powstaniem silnika parowego. Już wtedy ludzie chcieli przemieszczać się szybciej, dalej i wygodniej. Pierwsze były pojazdy parowe. Pionierskim wynalazkiem był ciągnik francuskiego konstruktora Nicolas’a-Joseph’a Cugnot’a. Był to stworzony w 1771 roku trzykołowy pojazd z kotłem parowym na przedzie. Za kotłem mieściła się dwucylindrowa maszyna parowa. Drągi jej tłoków napędzały za pośrednictwem łańcuchów i przekładni zębatej przednie koło. Pojazd mógł poruszać się samoczynnie przez ok. 15-20 min z prędkością do 5 km/h, po czym musiał się zatrzymać dla nagromadzenia nowej dawki pary. Była to jedna z największych wad tejże konstrukcji.

Pojazd parowy Cugnota

Kolejnym przełomowym momentem w historii pojazdów samochodowych było umieszczenie silnika spalinowego w konstrukcji pojazdu. Pierwszym, który tego dokonał był Austriak Siegfried Marcus. W 1875 roku zainstalował on silnik na drewnianej ramie czterokołowego pojazdu, która wzmocniona była blaszanymi okuciami. Pojazd ten posiadał przednią oś skrętną. Był wstanie osiągnąć prędkość od 6 do 8 km/h, natomiast do zatrzymania go z tej prędkości służyły drewniane klocki dociskane do obręczy kół. Niestety pojazd ten ze względu na emisję spalin nie przypadł do gustu, a raczej nosów społeczeństwa, toteż policja zakazała Marcusowi publicznego użytkowania go.

Samochód Siegfrieda Marcusa

Innym pojazdem napędzanym silnikiem spalinowym, który znacząco wpłynął na historię motoryzacji był pojazd Gottlieba Daimlera, konstruktora zmodernizowanego silnika Otto. Stworzył on w 1886 roku pojazd wyposażony w jednocylindrowy silnik o mocy 1,5 KM oraz napęd na tylne koła, który realizowany był za pośrednictwem przekładni pasowej, wału napędowego oraz kół zębatych.

Samochód Gottlieba Daimlera

Na kartach historii znacząco zapisał się również Karl Friedrich Benz, który w 1878 roku opracował konstrukcję dwusuwowego silnika spalinowego, a następnie lekkiego silnika czterosuwowego. Skonstruował także mechanizm różnicowy, oraz inne podzespoły pojazdu mechanicznego, takie jak: świeca zapłonowa, sprzęgło, gaźnik, chłodnica wodna oraz skrzynia biegów. Następnie w 1885 roku skonstruował swój słynny trójkołowy „automobil”, który wyposażony był w silnik spalinowy i zapłon elektryczny. Jednak podobnie jak w przypadku Marcusa, wynalazek ten nie przypadł do gustu ludności, za co Benz spotykał się z licznymi drwinami. On jednak nie poddał się i 10 lat później stworzył pierwszy, w pełni ukształtowany samochód, posiadający wiele elementów, które znamy i używamy po dziś dzień (oczywiście w unowocześnionej formie).

Trójkołowiec Karla Friedricha Benza

Ważną postacią okazał się również pewien lekarz weterynarii. Wynalazł on oponę pneumatyczną. Mowa oczywiści o Johnie Dunlopie. W 1887 roku Dunlop chciał usprawnić rower swojego syna. Postanowił nałożyć na koła konstrukcję z płótna wzmocnionego gumą. W taki oto sposób stał się wynalazcą rowerowej opony pneumatycznej. Rok później Dunlop opatentował swój wynalazek, używając magicznego słowa „pneumatyczny”.

I tak oto wszyscy Ci wspaniali ludzie i znakomici wynalazcy ukształtowali historię oraz kierunek rozwoju dziedziny, która nazywa się motoryzacją. Bez nich prawdopodobnie po dziś dzień jeździlibyśmy dorożkami, powozami i innymi znanymi za ich czasów wozami.

Dodaj komentarz