تاریخچه ابداع و ساخت خودرو

ابداع خودرو مسیری طولانی و پرپیچ و خم بوده است و نمی توان فرد یگانه ای را به عنوان مخترع خودرو مشخص کرد. اما اگر توسعه خودرو را تا پیش از GPS، ترمزهای ضدقفل (ABS)، گیربکس اتوماتیک و حتی پیش از مدل T دنبال کنیم، در نهایت به مدل شماره 1 موتور بنز می رسیم که می تواند حلقه مفقوده میان خودروها و درشکه های اسبی بشمار رود.

کارل بنز (مرکز تصویر) همراه با خانواده خود

کارل بنز موتور سه چرخه خود به عنوان واگن موتوری (Motorwagen) را در سال 1886 به ثبت رساند. این وسیله نقلیه نخستین خودروی واقعی بشمار می رفت. او همچنین سیستم ساسات (کنترل جریان بنزین)، شمعهای جرقه زن، جعبه دنده، رادیاتور آبی، کاربوراتور و سایر بخش های اساسی خودرو را طراحی کرد. بنز در نهایت یک شرکت خودرو افتتاح کرد که تا به امروز به عنوان گروه دایملر معروف شده است.

دایملر بنز در حقیقت از قطعات یک دوچرخه برای ساختن یک خودرو پیرامون یک موتور احتراق داخلی استفاده کرد. بنز نخستین خودروی بنزین سوز را به این شکل ثبت اختراع کرد. لیکن تعریف واژه خودرو به مرور و در طی زمان به تکامل رسید.

حیاتی ترین قسمت یک خودرو، موتور احتراق داخلی بود. این نوع موتور از سوختن انفجاری یک سوخت برای راندن یک پیستون داخل یک سیلندر استفاده می کرد. حرکت پیستون میل لنگی را می گرداند که به نوبه خود باعث گرداندن چرخهای خودرو می شد. موتور احتراق داخلی خود محصول تاریخ طولانی از ابداعات بود. در 1876 نیکلاس آگوست اتو نخستین موتور چهار مرحله ای را در آلمان به ثبت رساند. در 1885 گوتلیب دایملر در آلمان مدل اولیه یک موتور بنزینی مدرن را ابداع کرد و در 1895 رودلف دیزل یک مخترع فرانسوی، نخستین موتور دیزل را که برپایه تراکم سوخت و هوا تا مرحله انفجار عمل می کرد به ثبت رسانید.

کارل بنز در 1844 در آلمان بدنیا آمد و در سن 15 سالگی در دانشگاه کارلسروهه پذیرفته شد. او در سن 20 سالگی با مدرک مهندسی مکانیک فارغ التحصیل شد. نخستین فعالیت اقتصادی او تاسیس یک کارخانه ذوب فلزات و کارگاه ورق کاری بود که با شکست مواجه شد. لیکن همسر جوانش برتا رینگر از جهیزیه خود برای تاسیس یک کارخانه جدید جهت ساخت موتور بنزینی استفاده کرد که منافع اقتصادی خوبی نصیب کارل بنز کرد. با یود حاصله بنز توانست یک خودروی بدون اسب بنزینی بسازد.

بنز سه مدل اولیه این خودروی موتوردار را بصورت خصوصی در 1888 ساخت. در این زمان برتا تصمیم گرفت کار را خود به پیش ببرد. برتا آخرین مدل این خودرو را در ساعات اولیه صبح برداشت و همراه دو پسر نوجوان خود مسافت 106 کیلومتر را تا خانه مادر خویش طی کرد. در طول راه او مجبور شد با استفاده از یک کفش چرمی، سنجاق سر و یک کش جوراب تعمیراتی را بالبداهه انجام دهد.

کارل بنز همراه با همسر خود برتا، 1893

این سفر موفق به بنز درسهایی برای ارتقای خودروی خود آموخت و به جماعت شکاکی از مردم مفید بودن خودروی بنزینی را نشان داد. او مدل شماره 3 موتورواگن خود را در نمایشگاه جهانی پاریس در سال بعد عرضه کرد.

بنز در سال 1929 درگذشت، تنها دو سال پس از اینکه شرکت خود را در شرکت گوتلیب دایملر ادغام کرد. امروزه این شرکت تحت نام گروه دایملر سازنده خودروی معروف مرسدس بنز است.

خودروهای الکتریکی در میانه سده نوزدهم ظاهر شدند لیکن پس از عرضع مدل T هنری فورد محبوبیت خود را از دست دادند. لیکن در سالهای اخیر این گونه خودرو دوباره مورد توجه قرار گرفته است. حدود 1.4 میلیون خودروی برقی در سال 2023 در ایالات متحده به فروش رسید. این فناوری همانند موتور احتراق داخلی سیری طولانی داشته است. رابرت آندرسون اسکاتلندی و توماس داونپورت آمریکایی در دهه 1830 بطور مستقل نمونه ابتدایی خودرویو برقی را ابداع کردند. این مدلهای اولیه از باتری های یکبار مصرف استفاده می کردند. نخستین باتری قابل شارژ در 1865 توسط گاستون پلانته فرانسوی ابداع شد.

یکی از اولین نمونه های خودروی برقی

در ابتدای سده بیستم خودروهای برقی برای مدت کوتاهی پرطرفدار شدند لیکن باتری های بسیار بد اولیه از محبوبیت آنها کاست. دلیل اقبال جدید به این خودروها تنها باتری های خوبی است که در ابتدا در لپ تاپ ها و دوربین های فیلم برداری مورد استفاده قرار می گرفتند.

وقتی هنری فورد مدل T خودروی بنزینی خود را در 1908 عرضه کرد، قیمت پایین و کیفیت بالای آن باعث کاهش توجه به خودروهای برقی شد. تا دهه 1920 بنزین ارزانتر شده و خودروهای بنزینی پرطرفدارتر شدند. در آن زمان در روستاهای دورافتاده برق موجود نبود همچنین برد خودروهای برقی بسیار کمتر از خودروهای بنزینی بود.

با افزایش قیمت بنزین بار دیگر به خودروهای برقی توجه شد. تویوتا پریوس در 1997 نخستین خودروی تولید انبوه برقی- بنزینی (هیبرید) بشمار می‌رود.

شرکت تسلا موتورز در سال 2003 یک خودروی تمام برقی لوکس عرضه کرد که می توانست 360 کیلومتر را با یک شارژ باتری طی کند. شورولت ولت به سال 2010 و نیسان لیاف در 2010 از خودروهای هیبرید قابل توجه بودند که با استفاده از موتور بنزینی برد خودروی برقی را افزایش می دادند. در فاصله سالهای 2020 تا 2023 سهم خودروهای برقی از 4 به 18 درصد افزایش یافت. گرچه خودروهای برقی آلایندگی محیط زیستی بسیار کمتری نسبت به خودروهای بنزینی دارند، آلایندگی ناشی از تولید باتری هنوز یک موضوع مورد نگرانی است.

زمینه خودروهای بدون راننده نیز بسرعت در حال توسعه و پیشرفت است. شرکتهایی نظیر ویمو پیبرنده این زمینه هستند لیکن چالش های بزرگی از قبیل راهبری خودرو در محیطهای غیرقابل پیش بینی هنوز باقی است.

منبع

https://www.livescience.com/37538-who-invented-the-car.html

مهمترین پیشرفت ها در فناوری موتور خودرو

اولین موتور خودرو حدود 150 سال قبل توسط کارل بنز ابداع گردید. از آن زمان تاکنون فناوری موتور خودرو مسیر زیادی را پیموده است: از موتورهای دوسوپاپه که مخلوط قابل احتراق توسط نیروی وزن به درون ۀآنها وارد می شد تا سیستم های مدرن پاشش سوخت امروزی. همچنین فناوری موتور خودروی برقی نیز گسترش شتابانی یافته که نیاز به یک موتور احتراق داخلی آلوده ساز را کاملا برطرف می کنند. در این مقاله ده تا از مهمترین فناوری های نوین موتور خودرومعرفی می گردد.

موتور هیبرید

هیبرید بطور ساده به معنای ترکیب دو نوع منبع قدرت است، به عبارتی یک موتور معمولی بنزینی (یا دیزلی) که توسط یک موتور برقی پشتیبانی می شود. موتور برقی هنگام بره افتادن خودرو، حرکت با سرعت ثابت در بزرگراه ها و برقی شرایطی که نیاز به بار کم دارد بکار می آید. این امر به کاهش قابل ملاحظه مصرف سوخت می انجامد. هر سال تعداد بیشتری از خودرسازها به تولید خودروی هیبرید روی می آورند.

پاشش مستقیم

روزهای موتورهای کاربوراتی به پایان رسیده است. پاشش مستقیم با اسپری کردن دقیق هوا و سوخت بطور مستقیم به داخل سیلندر (اتاق احتراق) کار می کند. پاشش منظم سوخت یا پاشش الکتریکی سوخت (EFI) تنها آمیزه سوخت و هوا را به درون مانیفولد درون کش (intake manifold) پاشیده و سپس با بازشدن هر سوپاپ این مخلوط به درون هر سیلندر مکیده می شود. فناوری جدید پاشش مستقیم با دقیق تر کردن روش تزریق سوخت بر کارایی موتور افزوده است. میزان سوخت مورد نیاز برای هر سیلندر نیز به دقت اندازه گیری شده و کنترل می شود. این فناوری در موتورهای دیزل یا توربودیزل جدید نیز به خدمت گرفته شده است.

زمانبندی متغیر سوپاپ

این فناوری پیچیده یکی از انقلابی ترین فناوری ها در موتورهای نوین است. در این فناوری کنترل سوپاپ بطور پیوسته بر حسب شرایط تنظیم می شود تا توان و گشتاور مفیدتری برای هر بخش از گشتره دور موتور فراهم آید. بدین ترزتیب حدود هفت درصد از مصرف سوخت و انتشار گازهای آلاینده کاسته می شود.

توربوشارژ

وقتی توربوشارژ در دهه 1970 ارائه شد، تنها در خودروهای مسابقه مورد استفاده قرار می گرفت. لیکن امروزه توربوشارژ به مولفه ای ضروری در ارتقای بازده، کاهش مصرف سوخت و کاهش آلاینده ها تبدیل شده است. توربوشارژ با دمیدن مخلوط هوا و سوخت به درون موتور با استفاده از یک پروانه عمل می کند که خود این پروانه توسط گازهای خروجی چرخانده می شود. همانطور که مکش اکسیژن تازه بجای هوایی که مخلوطی از گازهاست بر کارایی شش های انسان می افزاید، دمیدن مخلوط قابل احتراق به داخل موتور نیز بر کارایی آن خواهد افزود.

غیرفعال سازی سیلندرها

این فناوری غالبا در موتورهای بزرگتر مانند V6 و V8 بکار می رود. وقتی با سرعت ثابت در حال حرکت در بزرگراه هستید بریا نگهداشتن سرعت ثابت تنها به بخشی از توان خودرو نیاز دارید. برای مثال اگر یک خودرو با موتور V8 را می رانید برای ادامه حرکت به همه سیلندرها نیاز ندارید. غیرفعال سازی سیلندر در عمل قتی توان زیادی مورد نیاز نیست، دو یا چهار سیلندر را بطور خودکار موقتا غیرفعال می کند. بیشتر سیستم ها در این حالت از هشت سیلندر به چهارسیلندر تبدیل می شوند. این عمل بدون اطلاع راننده صورت می پذیرد و در صورت نیاز دوباره تمامی سیلندرها به مدار باز می گردند. نتیجه این فناوری، بهره گیری از صرفه جویی یک موتور چهار سیلندر در هنگام حرکت بر بزرگراههاست.

موتور برقی

موتورهای برقی روز بروز متداول تر می شوند. مهمترین فایده آنها انتشار آلاینده در حد صفر است. عیب بزرگ آنها نیاز به باتری است. در مورد خودروی بنزینی یا دیزلی تنها لازم است به یک پمپ بنزین مراجعه کنید اما ایستگاه های شارژ باتری خودری برقی هم اکنون کم شمارند و برد خودروی برقی نیز کوتاه است. بسیاری از دولتها در سراسر جهان در حال بروز سازی زیرساختها برای گسترش استفاده از خودری برقی هستند.

موتور احتراق داخلی هیدروژنی

هم اکنون آزمایشاتی برای استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت در موتورهای احتراق داخلی در دست انجام است. این موتورها طرحی مشابه موتورهای بنزینی دارند و تنها از هیدروژن به عنوان سوخت احتراقی استفاده می کنند. این موتورها بیست درصد توان بیشتر تولید کرده و تقریبا هیچ آلاینده ای منتشر نمی کنند. گاز خروجی از اگزوز این موتورها بخار آب است. تنها مشکل این است که هنوز راه مناسبی برای ذخیره هیدروژن به عنوان سوخت در خودرو و ایستگاه های پمپ هیدروژن یافت نشده است.

پیل سوختی هیدروژنی

برخلاف موتورهای احتراقی هیدروژن سوز، پیل های سوختی همانند یک موتور برقی کار می کنند. در این نوع موتورها از هیدروژن در یک واکنش شیمیایی که ایجاد الکتریسیته می کند استفاده می شود. این الکتریسیته برای راندن یک موتور برقی مصرف می شود. بهترین بخش این طرح این است که احتیاج به هیچ شارژ مجدد ماند باتری ندارد. در عوض تنها باید هیدروژن را دوباره وارد باک موتور کرد. گرچه تمیزترین نوع موتور است لیکن ذخیره مناسب هیدروژن هنوز یک مساله بشمار می رود.

آلترناتور فعال

آلترناتور یک مولد برق است که هنگام کارکردن موتور باتری خودرو را شارژ می کند. این وسیله از دوران موتور برای گرداندن یک قرقره و تولید و تبدیل انرژی دورانی به برق مورد نیاز برای شارژ باتری استفاده می کند. هر موتوری برای ادامه کار به یک آلترناتور نیاز دارد. آلترناتورهای فعال در خودروهایی ماند مزدا و BMW بکار رفته اند و از یک سیستم کلاچ برای هرزچرخیدن آلترناتور هنگامی که باتری پر است استفاده می کنند. بدین ترتیب موتور نیاز به صرف توان برای گرداندن آلترناتور هنگامی که نیاز به آن نیست ندارد. برخی سیستم ها زمانی که نیاز به حداکثر توان و شتاب موتور است نیز آلترناتور را جدا می کنند تا تمام توان تولیدی برای تولید خروجی مصروف شود.

سازگاری با LPG

تقریبا تمام خودروهای بنزینی می توانند با تغییرات اندکی از LPG (گاز مایع) استفاده کنند. LPG نه تنها با محیط زیست سازگار تر است، بسیار ارزانتر از بنزین نیز هست. مطالعاتی در دست است تا موتورهای جدید از پایه قابلیت سوزاندن LPG بدون هیچ تغییری را داشته باشند.

https://www.carloans.com.au/blog/top-ten-advances-in-engine-technology