Sự hình thành và phát triển của xe hơi có niên đại từ những năm 1600!
Những phương tiện đường bộ tự cung cấp năng lượng (self-powered) đầu tiên được chạy bằng động cơ hơi nước, và theo định nghĩa đó, Nicolas Joseph Cugnot người Pháp đã chế tạo chiếc ô tô đầu tiên vào năm 1769 – được Câu lạc bộ Ô tô Hoàng gia Anh (British Royal Automobile Club) và Câu lạc bộ Ô tô de France (Automobile Club de France) công nhận là chiếc ô tô đầu tiên. Vậy tại sao nhiều sách lịch sử lại nói rằng ô tô được phát minh bởi Gottlieb Daimler hoặc Karl Benz? Đó là bởi vì cả Daimler và Benz đã phát minh ra các phương tiện chạy bằng xăng rất thành công và thực dụng, đã mở ra thời đại của ô tô hiện đại. Daimler và Benz đã phát minh ra những chiếc xe có hình dáng và hoạt động giống như những chiếc xe mà chúng ta sử dụng ngày nay. Tuy nhiên, thật không công bằng khi nói rằng một trong hai người đã phát minh ra “ô tô”.
Động cơ đốt trong: Trái tim của ô tô
Động cơ đốt trong là động cơ sử dụng sự đốt cháy nổ của nhiên liệu trong buồng đốt để đẩy một pít-tông trong một xylanh – chuyển động tịnh tiến của pít-tông làm quay trục khuỷu sau đó làm quay các bánh xe ô tô thông qua xích hoặc trục truyền động (hệ thống truyền lực). Các loại nhiên liệu khác nhau thường được sử dụng cho động cơ đốt trong ô tô là xăng, dầu diesel và dầu hỏa.
Động cơ đốt trong chính là trái tim của ô tô, do đó lịch sử hình thành và phát triển ô tô gắn liền với lịch sử của động cơ đốt trong. Dưới đây là sơ lược về lịch sử của động cơ đốt trong bao gồm những điểm nổi bật:
- Năm 1680 – Nhà vật lý người Hà Lan, Christiaan Huygens đã thiết kế (nhưng chưa bao giờ chế tạo) một động cơ đốt trong chạy bằng thuốc súng.
- Năm 1807 – Francois Isaac de Rivaz người Thụy Sĩ đã phát minh ra động cơ đốt trong sử dụng hỗn hợp hydro và oxy để làm nhiên liệu. Rivaz đã thiết kế một chiếc ô tô cho động cơ của mình – chiếc ô tô chạy bằng động cơ đốt trong đầu tiên. Tuy nhiên, chiếc ô tô của ông ấy là một thiết kế không thành công.
- Năm 1824 – Kỹ sư người Anh, Samuel Brown đã điều chỉnh một động cơ hơi nước Newcomen cũ để đốt khí, và ông sử dụng nó để cung cấp năng lượng cho một chiếc xe lên Shooter’s Hill ở London trong thời gian ngắn.
- Năm 1858 – Kỹ sư sinh ra ở Bỉ, Jean Joseph Étienne Lenoir đã phát minh và được cấp bằng sáng chế (1860) động cơ đốt trong đánh lửa bằng tia lửa điện tác động kép chạy bằng khí than. Năm 1863, Lenoir gắn một động cơ cải tiến (sử dụng xăng dầu và bộ chế hòa khí thô sơ) vào một toa xe ba bánh để hoàn thành chuyến đi lịch sử dài 50 dặm.
- Năm 1862 – Alphonse Beau de Rochas, một kỹ sư dân dụng người Pháp, được cấp bằng sáng chế nhưng không chế tạo được động cơ 4 kỳ (bằng sáng chế của Pháp số 52.593, ngày 16 tháng 1 năm 1862).
- Năm 1864 – Kỹ sư người Áo, Siegfried Marcus, đã chế tạo động cơ một xi-lanh với bộ chế hòa khí thô và gắn động cơ của mình vào một chiếc xe đẩy để chạy 500 foot đầy đá. Vài năm sau, Marcus đã thiết kế một chiếc xe chạy trong thời gian ngắn với tốc độ 10 dặm/giờ, mà một số nhà sử học đã coi là tiền thân của ô tô hiện đại, trở thành chiếc xe chạy bằng xăng đầu tiên trên thế giới.
- Năm 1873 – George Brayton, một kỹ sư người Mỹ, đã phát triển một động cơ dầu hỏa hai kỳ không thành công (nó sử dụng hai xi lanh bơm bên ngoài). Tuy nhiên, nó được coi là động cơ dầu an toàn và thiết thực đầu tiên.
- Năm 1866 – Các kỹ sư người Đức, Eugen Langen và Nicolaus August Otto đã cải tiến thiết kế của Lenoir và de Rochas và phát minh ra động cơ khí hiệu quả hơn.
- Năm 1876 – Nicolaus August Otto đã phát minh và sau đó được cấp bằng sáng chế cho một động cơ bốn kỳ thành công, được gọi là “chu trình Otto“.
- Năm 1876 – Động cơ hai kỳ thành công đầu tiên được phát minh bởi Ngài Dugald Clerk.
- Năm 1883 – Kỹ sư người Pháp, Edouard Delamare-Debouteville, chế tạo động cơ bốn thì xi-lanh đơn chạy bằng lò gas. Không chắc liệu ông có thực sự chế tạo một chiếc ô tô hay không, tuy nhiên, các thiết kế của Delamare-Debouteville đã rất tiên tiến vào thời điểm đó – đi trước cả Daimler và Benz về một số mặt, ít nhất là trên giấy tờ.
- Năm 1885 – Gottlieb Daimler phát minh ra thứ thường được công nhận là nguyên mẫu của động cơ khí hiện đại – với một xi-lanh thẳng đứng và xăng được bơm qua bộ chế hòa khí (được cấp bằng sáng chế năm 1887). Daimler lần đầu tiên chế tạo một chiếc xe hai bánh “Reitwagen” (Riding Carriage) với động cơ này và một năm sau đó đã chế tạo chiếc xe có động cơ bốn bánh đầu tiên trên thế giới.
- Năm 1886 – Vào ngày 29 tháng 1, Karl Benz nhận bằng sáng chế đầu tiên (DRP số 37435) cho một chiếc ô tô chạy bằng nhiên liệu khí.
- Năm 1889 – Daimler chế tạo động cơ bốn thì cải tiến với van hình nấm và hai xi lanh chữ V.
- Năm 1890 – Wilhelm Maybach chế tạo động cơ bốn xi-lanh, bốn kỳ đầu tiên.
Thiết kế động cơ và thiết kế ô tô là những hoạt động không thể tách rời, hầu như tất cả các nhà thiết kế động cơ được đề cập ở trên cũng thiết kế ô tô, và một số ít trở thành nhà sản xuất ô tô lớn. Tất cả những nhà phát minh này và hơn thế nữa đã có những cải tiến đáng chú ý trong sự phát triển của phương tiện động cơ đốt trong.
Tầm quan trọng của Nicolaus Otto
Một trong những dấu mốc quan trọng nhất trong thiết kế động cơ đốt trong đến từ Nicolaus August Otto, người vào năm 1876 đã phát minh ra động cơ động cơ khí hiệu quả. Otto đã chế tạo động cơ đốt trong bốn kỳ thực tế đầu tiên được gọi là “Động cơ chu trình Otto“, và ngay sau khi hoàn thành động cơ của mình, ông đã chế tạo nó thành một chiếc xe máy. Những đóng góp của Otto rất có ý nghĩa lịch sử, đó là động cơ bốn kỳ của ông đã được sử dụng phổ biến cho tất cả các loại ô tô chạy bằng nhiên liệu lỏng trong tương lai.
Karl Benz
Năm 1885, kỹ sư cơ khí người Đức, Karl Benz đã thiết kế và chế tạo chiếc ô tô thực dụng đầu tiên trên thế giới chạy bằng động cơ đốt trong. Vào ngày 29 tháng 1 năm 1886, Karl Benz đã nhận được bằng sáng chế đầu tiên (DRP số 37435) cho một chiếc ô tô chạy bằng nhiên liệu khí. Đó là một chiếc xe ba bánh; Benz chế tạo chiếc ô tô bốn bánh đầu tiên của mình vào năm 1891. Benz & Cie., Công ty do nhà phát minh bắt đầu, trở thành nhà sản xuất ô tô lớn nhất thế giới vào năm 1900. Karl Benz là nhà phát minh đầu tiên tích hợp động cơ đốt trong với khung gầm – thiết kế cả hai cùng với nhau.
Gottlieb Daimler
Vào năm 1885, Gottlieb Daimler (cùng với đối tác thiết kế của mình là Wilhelm Maybach) đã đưa động cơ đốt trong của Otto tiến thêm một bước và được cấp bằng sáng chế cho thứ thường được công nhận là nguyên mẫu của động cơ khí hiện đại. Mối liên hệ của Daimler với Otto là một mối liên hệ trực tiếp; Daimler từng là giám đốc kỹ thuật của Deutz Gasmotorenfabrik, công ty Nikolaus Otto đồng sở hữu vào năm 1872. Có một số tranh cãi về việc ai đã chế tạo ra chiếc xe máy đầu tiên, Otto hay Daimler.
Động cơ Daimler-Maybach 1885 nhỏ, nhẹ, chạy nhanh, sử dụng bộ chế hòa khí phun xăng và có xi-lanh thẳng đứng. Kích thước, tốc độ và hiệu suất của động cơ cho phép tạo ra một cuộc cách mạng trong thiết kế xe hơi. Vào ngày 8 tháng 3 năm 1886, Daimler lấy một chiếc xe ngựa và điều chỉnh nó để giữ động cơ của mình, từ đó thiết kế ra chiếc ô tô bốn bánh đầu tiên trên thế giới. Daimler được coi là nhà phát minh đầu tiên đã phát minh ra động cơ đốt trong thực tế.
Năm 1889, Daimler đã phát minh ra động cơ hai xi-lanh, bốn thì nghiêng chữ V với các van hình nấm (xupap). Cũng giống như động cơ năm 1876 của Otto, động cơ mới của Daimler đặt nền tảng cho tất cả các động cơ xe hơi sau này. Cũng trong năm 1889, Daimler và Maybach đã chế tạo chiếc ô tô đầu tiên của họ ngay từ đầu, họ không điều chỉnh một chiếc xe dành cho mục đích khác như họ vẫn làm trước đây. Ô tô Daimler mới có hộp số bốn tốc độ và đạt tốc độ 10 dặm/giờ.
Daimler thành lập Daimler Motoren-Gesellschaft vào năm 1890 để sản xuất các thiết kế của mình. Mười một năm sau, Wilhelm Maybach thiết kế ô tô Mercedes.
Nếu Siegfried Marcus chế tạo chiếc ô tô thứ hai của mình vào năm 1875 và đúng như tuyên bố, nó sẽ là chiếc xe đầu tiên chạy bằng động cơ bốn chu kỳ và là chiếc đầu tiên sử dụng xăng làm nhiên liệu, chiếc đầu tiên có bộ chế hòa khí cho động cơ xăng và lần đầu tiên có một đánh lửa magneto. Tuy nhiên, bằng chứng duy nhất hiện có chỉ ra rằng chiếc xe được chế tạo vào khoảng năm 1888, 1889 – điều này là quá muộn để trở thành chiếc xe đầu tiên.
Đến đầu những năm 1900, ô tô chạy xăng bắt đầu bán chạy hơn tất cả các loại xe có động cơ khác. Thị trường ô tô ít tốn kém ngày càng phát triển và nhu cầu sản xuất công nghiệp ngày càng cấp thiết.
Các nhà sản xuất xe hơi đầu tiên trên thế giới là của Pháp: Panhard & Levassor (1889) và Peugeot (1891). Đối với nhà sản xuất ô tô, ở đây là nói đến những nhà chế tạo toàn bộ xe có động cơ để bán chứ không chỉ là những nhà phát minh động cơ đã thử nghiệm thiết kế ô tô để kiểm tra động cơ của họ – Daimler và Benz bắt đầu với tư cách sau trước khi trở thành nhà sản xuất ô tô đầy đủ và kiếm tiền sớm bằng cách cấp bằng sáng chế và bán động cơ của họ cho các nhà sản xuất xe hơi.
Rene Panhard và Emile Levassor
Rene Panhard và Emile Levassor là đối tác kinh doanh máy móc chế biến gỗ khi họ quyết định trở thành nhà sản xuất ô tô. Họ đã chế tạo chiếc ô tô đầu tiên của mình vào năm 1890 sử dụng động cơ Daimler. Edouard Sarazin, người giữ bản quyền cấp bằng sáng chế Daimler cho Pháp, đã ủy quyền cho nhóm nghiên cứu. (Cấp bằng sáng chế có nghĩa là bạn phải trả phí và sau đó bạn có quyền chế tạo và sử dụng phát minh của ai đó để thu lợi – trong trường hợp này, Sarazin có quyền chế tạo và bán động cơ Daimler ở Pháp.) Các đối tác không chỉ sản xuất ô tô, nhưng họ cũng đã cải tiến thiết kế thân xe ô tô.
Panhard-Levassor đã sản xuất xe với ly hợp hoạt động bằng bàn đạp, bộ truyền xích dẫn đến hộp số thay đổi tốc độ và bộ tản nhiệt phía trước. Levassor là nhà thiết kế đầu tiên chuyển động cơ ra phía trước xe và sử dụng kiểu bố trí dẫn động bánh sau. Thiết kế này được biết đến với cái tên Systeme Panhard và nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn cho tất cả các xe hơi vì nó mang lại sự cân bằng tốt hơn và cải thiện khả năng lái. Panhard và Levassor cũng được công nhận là người đã phát minh ra hệ thống truyền động hiện đại – được lắp đặt trên chiếc Panhard năm 1895 của họ.
Panhard và Levassor cũng chia sẻ quyền cấp phép đối với động cơ Daimler với Armand Peugeot. Một chiếc xe của Peugeot đã giành chiến thắng trong cuộc đua xe hơi đầu tiên được tổ chức tại Pháp, cuộc đua này đã được Peugeot công khai và thúc đẩy doanh số bán xe hơi. Trớ trêu thay, cuộc đua “Paris đến Marseille” năm 1897 đã dẫn đến một tai nạn ô tô chết người, giết chết Emile Levassor.
Ban đầu, các nhà sản xuất Pháp đã không tiêu chuẩn hóa các mẫu xe hơi – tức là mỗi chiếc xe khác nhau là khác nhau. Chiếc xe tiêu chuẩn hóa đầu tiên là chiếc Benz Velo năm 1894. 134 chiếc Velos giống hệt nhau được sản xuất vào năm 1895.
Charles và Frank Duryea
Các nhà sản xuất ô tô thương mại chạy bằng xăng đầu tiên của Mỹ là Charles và Frank Duryea. Hai anh em là những nhà sản xuất xe đạp, những người bắt đầu quan tâm đến động cơ xăng và ô tô và đã chế tạo chiếc xe có động cơ đầu tiên vào năm 1893, tại Springfield, Massachusetts. Đến năm 1896, Duryea Motor Wagon Company đã bán được 13 mẫu xe Duryea, một chiếc limousine đắt tiền, vẫn được sản xuất vào những năm 1920.
Ransom Eli Olds
Chiếc ô tô đầu tiên được sản xuất hàng loạt ở Hoa Kỳ là chiếc Curved Dash Oldsmobile 1901, được chế tạo bởi nhà sản xuất ô tô người Mỹ Ransom Eli Olds (1864-1950). Olds đã phát minh ra khái niệm cơ bản về dây chuyền lắp ráp và bắt đầu ngành công nghiệp ô tô ở khu vực Detroit. Lần đầu tiên ông bắt đầu chế tạo động cơ xăng và hơi nước cùng với cha mình, Pliny Fisk Olds, ở Lansing, Michigan vào năm 1885. Olds thiết kế chiếc ô tô chạy bằng hơi nước đầu tiên của mình vào năm 1887. Năm 1899, với kinh nghiệm ngày càng tăng về động cơ xăng, Olds chuyển đến Detroit để bắt đầu công trình Olds Motor Works và sản xuất ô tô giá rẻ. Ông đã sản xuất 425 chiếc “Curved Dash Olds” vào năm 1901 và là nhà sản xuất ô tô hàng đầu của Mỹ từ năm 1901 đến năm 1904.
Henry Ford
Nhà sản xuất ô tô người Mỹ, Henry Ford (1863-1947) đã phát minh ra một dây chuyền lắp ráp cải tiến và lắp đặt dây chuyền lắp ráp dựa trên băng chuyền đầu tiên trong nhà máy sản xuất ô tô của mình ở nhà máy Ford’s Highland Park, Michigan, vào khoảng năm 1913-1914. Dây chuyền lắp ráp đã giảm chi phí sản xuất ô tô do giảm thời gian lắp ráp. Mẫu xe T nổi tiếng của Ford được lắp ráp trong 93 phút. Ford đã sản xuất chiếc ô tô đầu tiên của mình, được gọi là “Quadricycle” vào tháng 6 năm 1896. Tuy nhiên, thành công đến sau khi ông thành lập Ford Motor Company vào năm 1903. Đây là công ty sản xuất ô tô thứ ba được thành lập để sản xuất những chiếc xe do ông thiết kế. Ông đã giới thiệu Model T vào năm 1908 và nó đã thành công. Sau khi lắp đặt các dây chuyền lắp ráp chuyển động trong nhà máy của mình vào năm 1913, Ford đã trở thành nhà sản xuất xe hơi lớn nhất thế giới. Đến năm 1927, 15 triệu chiếc Model T đã được sản xuất.
Một chiến thắng khác mà Henry Ford giành được là cuộc chiến bằng sáng chế với George B. Selden. Selden, người chưa bao giờ chế tạo ô tô, đã có bằng sáng chế về “động cơ đường bộ”, trên cơ sở đó Selden được tất cả các nhà sản xuất ô tô Mỹ trả tiền bản quyền. Ford đã lật lại bằng sáng chế của Selden và mở cửa thị trường xe hơi Mỹ cho việc chế tạo những chiếc xe không đắt tiền.
