За три тысячи лет своего вращения колесо перевернуло жизнь почти всего Старого Света. А вот до Африки южнее Сахары, до Юго-Восточной Азии и, по понятным причинам, до Австралии так и не докатилось. Приплыв в Америку, испанцы были поражены тем, что инки не знали колеса. В Новом Свете не было крупного скота, за исключением лам, и инки надрывались на волоке. А ацтеки использовали колеса лишь в игрушках.
Несмотря на многочисленные нововведения, сущность колеса за прошедшие тысячелетия не изменилась — до сих пор это был просто вращающийся диск.
Однако уже в ближайшее время колесо могут ждать весьма существенные перемены: компания Siemens VDO представила свою концептуальную разработку eCorner, которая объединяет в колесе двигатель, подвеску, тормоза и рулевое управление автомобиля. Разработчики уверенны, что в будущем автопроизводителям будет достаточно создать кузов и установить на него колеса - машина готова.
Разрез колеса eCorner: 1 - обод, 2 - встроенный электромотор, 3 - тормозной механизм EWB, 4 - активная подвеска, 5 - электропривод рулевого управления.
Электродвигатель в eCorner располагается непосредственно на ободе колеса и может работать не только при разгоне, но и при торможении, регенерируя электроэнергию и заряжая батареи. При этом специалисты компании уверяют, что коэффициент полезного действия (КПД) у подобного электродвигателя может достигать 96 процентов. Для сравнения КПД самых совершенных бензиновых и дизельных двигателей не превышает 50 процентов, а перспективные гибридные силовые установки будущего смогут достигнуть только 85 процентов КПД.
В случае, когда тормозного момента двигателя недостаточно, остановить машину помогут дисковые тормоза с электронным управлением EWB. Колодки здесь прижимаются к диску не гидравлическими цилиндрами, как на обычных машинах, а двумя электромоторами. Такая конструкция позволяет управлять торможением каждого колеса автономно и избавляет автомобиль от громоздкой и ненадежной единой тормозной системы.
История автомобилестроения
Автомобиль не был изобретен в один день одним изобретателем. История автомобиля отражает развитие, происходившее во всем мире. Более чем 100 000 патентов создали современный автомобиль. Однако, мы можем указать на основные вехи в развитии.
Самое первое самоходное дорожное транспортное средство было военным трактором, которое в 1769 г. изобрел французский инженер и механик Николас Джозеф Кагнот (1725 - 1804). Чтобы привести его в действие, Кагнот использовал паровой двигатель. Трактор был построен по его чертежам в Парижском Арсенале механиком Брезином. Это трехколесное транспортное средство использовалось французской Армией для буксировки артиллерии с огромной скоростью 2,5 мили в час. Он должен был останавливаться каждые десять - пятнадцать минут для создания паровой тяги.
Автомобили приводились в движение паровыми двигателями: сгорая, топливо нагревало воду в котле, создавая пар, который расширялся и выдвигал поршни, которые поворачивали коленчатый вал, который поворачивал колеса. В начальном периоде развития самоходных транспортных средств - и автомобили, и транспортные средства железной дороги развивались на паровых двигателях. (Cugnot также спроектировал два паровых локомотива с паровыми двигателями.)
Паровые двигатели не были единственными двигателями, используемыми в ранних автомобилях. Были также изобретены транспортные средства с электрическими двигателями. Между 1832 и 1839 (точный год неизвестен), Роберт Андерсон из Шотландии изобрел первый электрический вагон. Электрические автомобили использовали перезаряжающиеся батареи, от которых работал маленький электрический двигатель. Транспортные средства были тяжелы, медленны, дороги, и должны были часто останавливаться для перезарядки. И паровые, и электрические автомобильные двигатели перестали развивать (особенно из-за большого утяжеления автомобиля), вместо них начали разрабатывать двигатели, работающие на газе.
Однако, паровые двигатели очень успешно использовались в локомотивах.
Настоящий рывок в развитии транспортных средств произошел с появлением двигателей внутреннего сгорания.
В 1899 году французский инженер Филипп Лебон открыл светильный газ. В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты. Продукты горения стремительно расширялись, оказывая сильное давление на окружающую среду. Создав соответствующие условия, можно использовать выделяющуюся энергию в интересах человека. В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешения. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой - сжатый светильный газ из газогенератора. Газовоздушная смесь поступала потом в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня. По существу, Лебон вынашивал мысль о двигателе внутреннего сгорания, однако в 1804 году он погиб, не успев воплотить в жизнь свое изобретение.
В последующие годы несколько изобретателей из разных стран пытались создать работоспособный двигатель на светильном газе. Честь создания коммерчески успешного ДВС принадлежит бельгийскому инженеру Жану Этьену Ленуару. Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришел к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи.
В 1864 году было выпущено уже более 300 таких двигателей разной мощности. Немецкий изобретатель Август Отто в том же 1864 году тот получил патент на свою модель газового двигателя. Вскоре была создана фирма "Отто и Компания". Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15%, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени.
Отто упорно работал над усовершенствованием его конструкции. Вскоре зубчатую рейку заменила кривошипно-шатунная передача. Но самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто взял патент на новый двигатель с четырехтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей. В следующем году новые двигатели уже были запущены в производство. Однако то обстоятельство, что в качестве топлива использовался светильный газ (получали его на газовых заводах методом сухой перегонки из каменного угля), сильно суживало область применения первых двигателей внутреннего сгорания. Количество светильногазовых заводов было незначительно даже в Европе, а в России их вообще было только два - в Москве и Петербурге.
Поэтому не прекращались поиски нового горючего для двигателя внутреннего сгорания. Некоторые изобретатели пытались применить в качестве газа пары жидкого топлива. Еще в 1872 году американец Брайтон пытался использовать в этом качестве керосин. Однако керосин плохо испарялся, и Брайтон перешел к более легкому нефтепродукту- бензину. Но для того, чтобы двигатель на жидком топливе мог успешно конкурировать с газовым, необходимо было создать специальное устройство для испарения бензина и получения горючей смеси его с воздухом.
Брайтон в том же 1872 году придумал один из первых так называемых "испарительных" карбюраторов, но он действовал неудовлетворительно.
Работоспособный бензиновый двигатель появился только десятью годами позже. Изобретателем его был немецкий инженер Юлиус Даймлер.
Проблема, стоявшая перед Даймлером и Майбахом была не из легких: они решили создать двигатель, который не требовал бы газогенератора, был бы очень легким и компактным, но при этом достаточно мощным, чтобы двигать экипаж. Увеличение мощности Даймлер рассчитывал получить за счет увеличения частоты вращения вала, но для этого необходимо было обеспечить требуемую частоту воспламенения смеси. В 1883 году был создан первый бензиновый двигатель с зажиганием от раскаленной полой трубочки, открытой в цилиндр.
Процесс испарения жидкого топлива в первых бензиновых двигателях заставлял желать лучшего. Поэтому настоящую революцию в двигателестроении произвело изобретение карбюратора. Создателем его считается венгерский инженер Донат Банки. В 1893 году взял патент на карбюратор с жиклером, который был прообразом всех современных карбюраторов. Первые двигатели внутреннего сгорания были одноцилиндровыми, и, для того чтобы увеличить мощность двигателя, обычно увеличивали объем цилиндра. Потом этого стали добиваться увеличением числа цилиндров.
В конце XIX века появились двухцилиндровые двигатели, а с начала XX столетия стали распространяться четырехцилиндровые.
Однако, ДВС очень загрязняют окружающую среду продуктами сгорания топлива. Особенно это актуально в городах, поэтому в мире уже выпускаются серийные электромобили (бюджетный французский электромобиль – QPOD City Elec , электромобиль среднего ценового диапазона из Норвегии – Kewet Buddy, Индийский серийный электромобиль – Reva Classe , китайский американец – электромобиль Zap Xebra, электромобиль из родины "Жигулей" – Ydea Electric, серийный закрытый электромотоцикл – Myers Motors No more Gas (NmG) , Maranello SCE – итальянский тяжелый электроквадроцикл). Идею чистого транспорта отвергают противниками электромобилей, которые не столько многочисленны, сколько влиятельны (мир сидит на "нефтегазовой игле" и эта зависимость уже давно является наркотической...). Уже сейчас ездить на электромобиле не только экологично, но и материально выгодно. Основной довод против электромобиля - малый запас хода на одном заряде аккумуляторной батареи. Этот недостаток с лихвой компенсируется тем фактом, что большинство внутригородских поездок совершаются в цикле "на работу – домой" и, в среднем, перемещения осуществляются на 25-30 км в день, причем перевозится, в среднем, 1,3 человека. Современный электромобиль – это средство для внутригородской коммуникации в средних и малых городах.
В деле вытеснения бензиновых двигателей и дизелей у электромотора есть серьезный конкурент-союзник. Это — разного рода водородные двигатели.
Главные мастера по сжиганию водорода с образованием воды вместо выхлопных газов — два автогиганта. Один европейский — BMW, другой японский — Mazda. Строить автомобили с двигателями внутреннего сгорания на водороде в Мюнхене стали еще в 70-е годы. А уже в 2006 году BMW представила серийный (да еще и люксовый!) автомобиль Hydrogen 7, построенный на базе седана 7 серии. Максимальная скорость экологически чистого BMW составляет 230 км/ч, а до сотни «водородомобиль» разгоняется за 9,5 секунд — неплохо, учитывая габариты и вес машины.
