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第2章 汽车的发展(2)

1886~1912年间,世界上所有的汽车“理所当然”地使刚着手摇启动法,虽然有过脚踏启动和采用压缩空气启动的创举,但并没有从根本上改变启动费力的事实。

1912年,美国通用汽车公司的工程师查尔斯·凯特林应公司老板的要求,利用一年多的时间,在解决了设计过程中的关键问题(利用“甩轮”实现正向传递启动机动力以启动发动机,反向自动打滑以避免轴式“电枢”因发动机高速驱动导致“飞散”)之后,成功地设计出了世界上第一个自动启动装置,并将其安装于当年生产的卡迪拉克轿车上。

自动启动装置的动力来源于一个小型电动机,电动机以蓄电池作为工作时的电源,它在运转时所产生的扭矩经传动机构的传递,作用于发动机的飞轮上,以拖动发动机的转动。启动以后,小型电动机停止运转,传动机构的小齿轮与发动机的飞轮脱离啮合。这种结构方式有效地保证了起动过程中的安全。直到今天,它仍在被广泛采用。

三、四冲程发动机

在“奥托发动机”问世之前,所有发动机只有非压缩式(模仿每一冲程都产生动力的蒸汽机工作原理设计)和气压式两类,它们的工作效率都非常低。

1842年,法国工程师罗沙发表了等容燃烧的四冲程发动机理论,外强调压缩混合气提高热效率的重要措施。这是一次对内燃机燃烧理论认识上的飞跃,只可惜他的研究成果由于发表在当时法国的一家地方性的出版刊物上,没有引起人们的重视。

1866年,德国人奥托在总结前人成果的基础上,成功地制造出了一台在发动机历史上具有划时代意义的往复活塞式叫冲程煤气发动机。它靠近气、压缩、做功、排气的四冲程循环,大大提高了工作效率,运转也变得更加平稳。转速为80~100转/分。1867年5月,该机获巴黎万国博览会金质奖章。1876年,奥托又制成了一台四冲程煤气发动机,并于1877年8月4日获得专利。该机转速达250转/分,热效率高达12%~14%。不久以后,这种以发明人名字命名的“奥托机”就闻名于世子。

1886年,奥托向世人作出了项惊人的宣布:取消自己获得的四冲程发动机的专利,任何人都可根据需要制作它。他的这-举措,无疑为寻找最佳汽车动力的工程师们带来了福音,也加快了汽车研制的步伐。

四、自动变速箱

早期的汽车变速器都采用标准齿轮的手动换挡式,这种变速器需要熟练的技巧去操作。尽管后来发明的同步器减轻了驾驶员操作的难度,但其带来的跃变式车速变化使驾车者有些不太适应。

1904年,美国人斯特蒂文特在他所制作的汽车上第一次应用了简单的自动变速器——备有高、低两速的简单离心式离合器。

1907年,斯特尔森利用行星齿轮的传动原理制造了一个液压变速器。

1912年,哥伦比亚电磁厂制造了一个电磁控制的自动变速箱。

1934年,奥兹莫比尔汽车公司推出了一种半自动化式的变速器,它采用行星齿轮变速,配合离合器使汽车开动。不久,通用汽车公司推出了液力耦合式的变扭器,它可以使起动过程中的扭矩增强,这种结构型式至今仍在使用。

在自动变速箱的完善过程中,美国人霍华德·辛普森(1892~1963)做出了杰出的贡献,他首先获得了由太阳齿轮、齿圈和行星齿轮巧妙构成的自动变速箱专利,独自完成了自20年代以来底特律数百名工程师一直在探索的项目。

五、鼓式制动器

早期的汽车采用与马车相同的轮胎制动器:利用一个长杠杆将一块摩擦衬垫压紧轮胎实现制动。后来,随着汽车速度的日益提高,对制动性能的要求亦越来越高,于是,各种各样的制动装置相继问世。比较具有代表性的是前轮盘式制动器、抱闸式制动器、凸轮式制动器等。其中,抱闸式制动器以其效果相对优良而得到了比较普遍的采用。

1902年,雷诺汽车公司采用了内胀式的鼓式制动器,使制动力得以大幅度地提高。但是,与之配套的钢索式或杆系式操纵机构却效率较低,影响了制动力的发挥。后来,拉克赫德飞机制造厂创制了液压操纵的鼓式制动器,而“美洲虎C型”赛车则于1953年装备了蝶式制动器。

鼓式制动器以其结构简单、性能良好而在全球范围得到了广泛的应用,直到1987年,它在世界制动器市场仍然占有统治地位,全部销量约占56%(干盘式占33%,湿盘式占10%)。

六、全钢车身

早期的汽车车身是在木质梯形框架上装个车篷,由于当时的汽油机功率太小,为了减轻质量,只能装用很轻而且简单的车篷。

1900年,全金属车身的第一个专利由美国人获得,但由于当时金属冶炼技术和加工工艺无法满足车身的制造要求,故车身结构仍然采用木板、木骨架和连接它们的加强钢架的组合。很显然,木板车身经受不住扭曲,且在风吹日晒下会开裂。于是,又出现了在木板外面加覆薄钢板的结构形式,不过这种结构的坚固程度仍然十分有限。

后来,随着轿车车身封闭结构的流行以及金属冶炼、加工技术的进步,封闭式全钢车身终于问世了。1924年,道奇汽车采用了成型钢板闭合结构的安全型车身,将乘客安置在全钢车身之内。这种结构不仅提高了乘客的安全性,而且其外形由于可以设计成流线型丽更趋合理。

全钢车身是一项重大的技术进步,由于生产全钢车身需要厂家投入巨额资金以购置生产设备,这在客观上导致了很多小规模汽车制造厂家的倒闭。

七、安全玻璃

早期汽车大多采用马车式结构,没有向用户提供风挡玻璃。因此,为了抵挡风沙对驾乘人员的侵袭,防尘眼镜便成为了敞篷车座舱内的标准装备。

1909年,福特为其“T”型车的买主提供了可选择风挡玻璃的机会。当人们发现这块小小的玻璃能够避免风吹雨打及飞虫干扰后,纷纷选购这种汽车。到20年代末,所有的汽车制造商均将风挡玻璃纳入了自己产品的标准装备。

早期的风挡玻璃是平的,并与车身成90°夹角,既不美观,也不安全,而且,一旦发生车祸,它就会碎成危险的碎片。因此,寻求安全型的玻璃成为了汽车制造商的当务之急。

其实,早在1900年,法国的一位化学家就发现了一只闸赛璐珞加衬的玻璃烧杯被打碎后并不碎开的现象。于是,他便创制出了一种称之为Triple的赛璐珞玻璃产品。可惜的是,这种玻璃日子久了会泛黄,以致未能被广泛应用。

美国人曾采用过以下两种“防震”型的玻璃:一种是将金属丝以几英寸(1英寸=2.54厘米)宽的行距,水平地穿过风挡玻璃,借以提高抗冲击能力,并将撞碎后的松散玻璃片牵连起来。另一种是将风挡玻璃做成两块夹层玻璃型的,玻璃中间夹有透明胶片,这种形式的风挡玻璃曾被许多厂家仿效过。

今天汽车上广泛采用的风挡玻璃使用了一种化学处理内层板,撞车后该内层板将破碎成若干小块,并能伸长起缓冲作用。这项技术是由英国人沃德发明的。

八、催化式排气净化器

1970年,美国“排气净化条例”的实施,加快了汽车排气净化装置研制的进程,加速了催化转换器的发展,严格了汽车发动机的排气标准。

催化转换器内装有贵金属或陶瓷衬垫,与废气相互作用。转换器将废气加以处理后,大大减少了有害污染物(未燃烧的碳氢化合物、氧化氮和一氧化碳)的排出量。催化转换器的采用,使汽车能够以较低的费用达到节省燃油、提高性能和净化排气的目的。

九、晶体管

晶体管的发展,最初是为了取代电子管,在汽车上的应用则是为了取代容易烧损的机械触点,后来才演变成为了今天的微型电脑。这种装置从根本上改变了汽车的特性和人类的生活。

1953年,美国霍利化油器公司首先取得了在点火系中使用晶体管,从而减少断电器触点磨损、氧化和机械损伤的电子点火专利。后来,晶体管在交流发电机、电喇叭、电雨刷、继电器等装置中得到了广泛的应用。

目前汽车上广泛运用的“电脑”是一个大量使用晶体管的实物,它由数千个半导体管和类似的元件在单晶硅上结合而成,它神通广大,几乎能够控制汽车的每一样功能。燃油喷射、点火时机、车厢温度、制动防抱、照明灯光、安全气囊、自动换挡乃至轮胎气压等均可由“电脑”控制。

十、汽车安全设施

1952年5月20日,美国人贝克驾车参加了一次大规模的汽车竞赛。半路上,赛车因撞到半截瞄出路面的钢轨而腾空闯入人群。结果,两名观众当场丧生,数十人受伤,令人惊奇的是,贝克只受了点轻伤。原来,赛前他用皮带将自己“绑”在了座椅上,撞车时绷紧的皮带限制了他的前移,自然也就避免了更大悲剧的发生。然而,令人遗憾的是,虽然他在接受采访时一再提及自己幸免于难的主要原因是皮带的保护,却未能引起人们的足够重视。后来,随着车速的提高及汽车保有量的增加,交通事故越来越多。面对血的教训,人们重新认识到了安全带的作用:撞车时,它可以使驾驶员和前排乘客缓慢前移,从而减轻了猛烈撞击对人体造成的伤害;翻车时,可以避免乘员被甩出车外造成的伤亡。于是,许多国家相继采取强硬措施,规定小客车必须装备安全带。

如果说50年代初人们还对采用安全带普遍持有抵制态度,甚至还引发了一场关于安全问题的大辩论的话,那么后来的事实则让人们充分认识到了安全带及其他安全措施的巨大作用。正是基于这一认识,欧美国家的政府部门才相继制订出了汽车的防撞标准,例如,车顶的防压、车门锁的强度、安全带、安全气囊、座椅和头枕的强度与移位、挡风玻璃与车身两侧的防撞以及照明、车外视野、轮胎质量和制动性能等等。尽管汽车制造厂家最初对这些强制性措施表示异议,认为费用昂贵且没有必要,但在各自政府部门的坚持下,最终还是得以贯彻,从而使车祸发生后的伤亡率大为减小。另外,汽车安全措施的实施也缓解了人们对它的负面影响的极端认识,增加了销量,促进了汽车工业自身的发展。

汽车辅助零部件的发展

一、汽车喇叭发展史

汽车喇叭对于提高行车安全性有着不可低估的作用。

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