书城工业技术图说高科技与现代交通
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第1章 道路上奔驰的“猎豹”——汽车交通(1)

1.“蒸汽汽车”的诞生

相信同学们对汽车并不陌生,生活中到处都是各式各样的汽车,轿车、公交车、大巴、货车……汽车的广泛应用使我们的生活更加方便与快捷,并成为人们生活中必不可少的交通工具之一。那汽车到底是怎么来的呢?

生活中的各种汽车

说起汽车的发明,就要追溯到蒸汽时代了。要知道人类对自然界的认识是逐渐加深的。从最初的利用人力、畜力到后来使用水力、风力。在1705年,纽科门首次发明了不依靠人和动物来做功而是靠机械做功的实用化蒸汽机。这种蒸汽机开始并没有应用于驱动汽车,而是用于驱动机械,并产生了划时代的第一次工业革命。随着蒸汽驱动的机械汽车的诞生,人类社会开始了永无休止的汽车发展的历史。

蒸汽机

1769年,法国人N·J·居纽制造了世界上第一辆蒸汽驱动的三轮汽车。这辆汽车被命名为“卡布奥雷”,车长 7.32m ,车高 2.2m ,车架上放置着一个像梨一样的大锅炉,前轮直径 1.28米 ,后轮直径 1.50米 ,前进时靠前轮控制方向,每前进12~15min需停车加热15min,运行速度3.5~ 3.9km/h 。后来在试车途中撞到石头墙上损坏了。尽管居纽的这项发明失败了,但却是古代交通运输(以人、畜或帆为动力)与近代交通运输(动力机械驱动)的分水岭,具有划时代的意义。

法国居纽研制的蒸汽汽车

到1804年,脱威迪克又设计并制造了一辆蒸汽汽车,这辆汽车还拉着10T重的货物在铁路上行使了 15.7km 。

1825年,英国人哥而斯瓦底·嘉内制造了一辆蒸汽公共汽车,18座,车速为 19km /h ,开始了世界上最早的公共汽车运营。

1834年,世界上最早的公共汽车运输公司——苏格兰蒸汽汽车运输公司成立了。当时英国爱丁堡市内营运的蒸汽汽车前面坐着驾驶员,中部可容纳20~30名乘客,锅炉位与后部配一名司炉员,蒸汽机气缸位于后轴的前方地板下,以驱动后轮前进。然而,这些车少则3~4T,多则10T,体积大,速度慢,常常撞坏未经铺设的路面,引起各种事故。

嘉内研制的蒸汽公共汽车

知识卡片:

纽科门

纽科门(Newcomen,Thomas),英国工程师,蒸汽机发明人之一。他发明的常压蒸汽机是瓦特蒸汽机的前身。纽科门蒸汽机被广泛应用了60多年,在瓦特完善蒸汽机的发明后很长时间还在使用。纽科门蒸汽机是第一个实用的蒸汽机。他为后来蒸汽机的发展和完善奠定了基础。

蒸汽机

蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械。蒸汽机的出现曾引起了18世纪的工业革命。直到20世纪初,它仍然是世界上最重要的原动机,后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等。

N·J·居纽

居纽(1725-1804),法国工程师,在1769年发明了蒸汽机车,这是在陆地上第一辆依靠自身动力前进的交通工具。

2.“内燃机汽车”的由来

首先,让我们探讨一下“内燃机”到底是怎么来的。内燃机的发明是从往复活塞式开始的。内燃机的工作原理简单来说,就是将燃料和空气混合,在其汽缸内燃烧,释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞往复运动,再通过内部特定机构将活塞运动产生的能量,转化为驱动机械的动力。

1866年,德国工程师尼古拉斯·奥托在前人的基础上对内燃机进行改进,成功地试制出动力史上有划时代意义的立式四冲程内燃机。1876年,又试制出第一台实用的活塞式四冲程煤气内燃机。这台内燃机被称为奥托内燃机而闻名于世。奥托于1877年8月4日获得专利。后来,人们一直将四冲程循环称为奥托循环。奥托以内燃机奠基人载入史册,其发明为汽车的发明奠定了基础。

奥托内燃机

1897年,德国人鲁道夫·狄塞尔(1858~1913)成功地试制出了第一台柴油机。柴油机从设想变为现实经历了20年的时间,狄塞尔柴油机是冒着生命危险在一片指责声中试制出的。柴油机的出现不仅为柴油找到了用武之地,而且它比汽油省油、动力大、污染小。狄塞尔虽然未能活到柴油机用于汽车的那一天,但他亲眼看到自己的发明用于造船业,以绝对优势取代了蒸汽机。

鲁道夫·狄塞尔和他发明的第一台柴油机

1885年,德国工程师卡尔·本茨制成了世界上第一辆三轮车,并于1886年1月29日申请并获得了发明专利,所以,1886年1月29日被认为汽车的诞生日。几乎同时,德国工程师戈特利布·戴姆勒也成功研制成一辆公认的以内燃机为动力的四轮汽车。

本茨的车为三轮汽车,采用一台两冲程单缸0.9马力的汽油机,此车具备了现代汽车的一些特点,如火花点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮驱动、前轮转向和制动把手。但该车的性能并不十分完善,行使速度、装载能力、爬坡性能也不十分如意,而且在行使中经常出故障。

本茨的发明最初被人们所怀疑。当时蔓海姆的报纸把他的车贬为无用可笑之物。本茨的夫人为了回击一些人的讥讽,于1888年8月带领两个儿子驱车实验,他们从曼海姆出发,途经维斯洛赫添油加水,直驶普福尔茨海姆,全程 144km 。这次历程为本茨的发明增添了说服力。因此,本茨的夫人是历史上第一位女驾驶员,而维斯洛赫成为历史上第一个汽车加油站。

仔细观察世界上第一辆汽车的构造,会发现它的外型与当时的马车差不多,比较车速和装载质量也不比马车优越。但是,它的巨大贡献不在于其本身所达到的性能,而在于观念的变化,就是自动化的实现和内燃机的使用。本茨不仅敢于向当时占有垄断地位的马车制造商挑战,而且敢于放弃使用在技术上相当成熟的马车技术,足以证明其充分的自信和观念的转变。本茨的第一辆三轮汽车是世界上最早的汽车雏形,这辆汽车被收藏在德国的本茨汽车博物馆内。

卡尔·本茨和他发明的第一辆汽车

1885年,德国人哥特里布·戴姆勒(1843~1900)发明了第一辆四轮汽车。戴姆勒是马车商的儿子。他的父亲因为蒸汽汽车抢了他的生意而大为恼火。在一次马车与蒸汽汽车比赛的打赌中,他父亲大丢脸面,这给小戴姆勒留下了深刻的印象。他发誓要发明一种新机器超过蒸汽汽车。戴姆勒是个机器迷,他做过铁匠和车工,他长期担任内燃机发明者奥托创建的道依茨发动机公司的技术工作,对固定式煤气内燃机的研制做出了重要贡献。但是,戴姆勒对汽油机更感兴趣。然而,奥托却目光短浅,墨守成规,他看到当时煤气机销售很好,并认为内燃机运用在汽车上没有前途,所以不同意对他的内燃机进行改进。1881年,戴姆勒辞去道依茨公司的一切职务,转而同他的同事威廉·迈巴赫合作开办了当时第一家所谓汽车工厂。 1883年8月15日 ,戴姆勒和迈巴赫发明了汽油内燃机。1885年末,戴姆勒将马车改装,增加了转向、传动装置,安装了功率为1.1kw的内燃机,装上四个轮子,车速达到了 14.4km /h 。

哥特里布·戴姆勒和他发明的第一辆四轮汽车

知识卡片:

冲程

冲程,是指发动机的活塞从一个极限位置到另一个极限位置做的功。四冲程内燃机是在四个工作冲程内完成一个工作循环的内燃机。是热机的一种。普通内燃机大多为四冲程内燃机。它分为吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。主要有四冲程汽油机和四冲程柴油机两种。

3.纵观汽车的演变

1890-1920,从马车过渡到了汽车,金属车身也随之出现。1885年,德国工程师卡尔·本茨制成了世界上第一辆三轮车,并于1886年1月29日申请并获得了发明专利。所以,1886年1月29日被认为汽车的诞生日。几乎同时,德国工程师戈特利布·戴姆勒也成功研制成一辆公认的以内燃机为动力的四轮汽车。汽车发展到了现在,经历了一百多年的时间,无论外型还是性能上都有了很大的改变。现在,就让我们一起探讨一下轿车演变到底都经历了哪些阶段吧。

哈尔·厄尔时代

第一个阶段是哈尔·厄尔时代。德国发明了汽车,美国则把这个行业带入了艺术设计的圣殿,而哈利厄尔则是有史以来最伟大汽车设计大师,对现代汽车的影响不可估量。哈利厄尔进入通用公司,1927年设计出凯迪拉克lasalle,哈利厄尔时代开始。它有圆润的线条,锥形的尾部,修长低矮的轮廓。1928年哈利厄尔在汽车设计中加入了镀铬装饰。三十年代开始,他建立的艺术色彩使通用汽车逐渐成为最强大的汽车帝国。1938年,他设计出世界上第一款概念车别克Y job。船型车身,复杂曲面构建的流线型车身都是此后几十年厂商模仿的对象。Y job还第一次引入黏土模型技术,使汽车外形更加灵活。该技术一直沿用至今。1947年,凯迪拉克sedanet用银光闪闪的镀铬装饰和漂亮的尾鳍征服了世人是哈利厄尔将汽车从单纯的交通工具变成了艺术和时尚。

凯迪拉克lasalle

20世纪30年代的大萧条到二战结束的20年,是汽车发展的第二个阶段,也是汽车设计向现代化转变的重要时期,由美国人独占鳌头的汽车设计领域也加入了欧洲人。欧洲在流线型设计方面走在前面,意大利设计师1913年为count ricotti公司设计的汽车是流线型的最早期作品,paul jaray第一次开始了风洞实验并获得了美国专利。由于经济不景气,美国制造商也认识到空气动力学在节省燃料方面的重要。流线型在30年代几乎就是时尚的代名词。车头变宽,将轮胎包入,前大灯陷入车头,挂在车尾的独立式行李箱也与车尾融为一体,奠定了现代三厢轿车的雏形,完全摆脱了马车的影子。1934年克莱斯勒采用了更轻的承载式车身,大幅提高了操控。但习惯了浮夸风格的美国人并不甘心完全屈从于空气动力学,因为这让车看起来过于相似,不利于刺激消费。到了40年代,流线型潮流如时装一样褪去。这段时间中,欧洲制造商却在工程技术方面取得了长足进步。19世纪末,汽车的最高速度达到50km/h,开放式车身向封闭式车身过度。

30年代流线型汽车

第三个阶段是国民车普及的年代。美国在第一次世界大战前就凭借福特的流水线生产模式进入汽车普及时代,而汽车在意,英,法,德等欧洲国家是二战后才大量进入家庭的,并在6、70年代进入高峰。希特勒在二战前提出的“生产国民大众使用的汽车”思想使二战结束后欧洲车坛诞生了很多实用、经典的国民车,采用尽可能简单耐用的机械结构,而造型只是附属品。  大众甲壳虫,汽车史上划时代的经典,也是历史上生产周期最长的一款车(即使今天甲壳虫依然是时尚实用的代名词,虽然与当时国民车的理念有所背离),出自费迪南德·保时捷之手,1930年诞生原型车,1939年正式开始生产,简单耐用,便宜省油,迅速成为当时世界上最畅销的车。也奠定了大众汽车今后在汽车界的地位。

大众甲壳虫