ใครเป็นผู้ปลดล้างเพลาข้อเหวี่ยง? เรื่องราวของระบบสตาร์ทไฟฟ้า

ใครทำให้คานสตาร์ทเกษียณ? คำตอบสั้น ๆ คือ: Charles F. มอเตอร์สตาร์ทไฟฟ้าที่พัฒนาโดย Kettering และ Cadillac Model Thirty ที่นำเทคโนโลยีนี้มาเป็นอุปกรณ์มาตรฐานในปี 1912 ทั้งสองสิ่งนี้ได้เปลี่ยนรถยนต์จากยานพาหนะของคนที่แขนแข็งแรงและโชคดี ให้กลายเป็นเครื่องจักรที่ทุกคนสตาร์ทได้ด้วยกุญแจ วันนี้คนขับทุกคนที่หมุนกุญแจแล้วออกเดินทาง ไม่ต้องแบกภาระของปัญหาที่พวกเขาทั้งสองได้แก้ไขอีกต่อไป

ทำไมคานสตาร์ทแบบหมุนมือจึงอันตรายมาก?

ก่อนมีระบบสตาร์ทไฟฟ้า การสตาร์ทรถยนต์คือการทดสอบร่างกาย คนขับต้องใช้แรงกล้ามเนื้อของตัวเองหมุนคานเหล็กที่สอดเข้าไปในรูคานที่กระจังหน้า เพื่อต้านทานแรงต้านในจังหวะอัด งานนี้ไม่เพียงต้องอาศัยเชิงกล แต่ยังเต็มไปด้วยความเสี่ยง: ถ้าเครื่องยนต์ไม่ติด มันจะกระดอนกลับ และคานจะเริ่มหมุนกลับทิศทางอย่างกะทันหัน สำหรับคนที่ยืนอยู่ตรงจุดต่ำสุดของคานหรือใกล้จุดนั้นมาก ๆ หมายถึงแขนหัก ข้อมือหัก หรือไหล่เคลื่อน

รายการบาดเจ็บกว้างขวาง: กระดูกหัก ข้อเคลื่อน การบาดเจ็บที่เข่า อาการกล้ามเนื้อหลังฉีก อุบัติเหตุประเภทนี้แพร่หลายมากจนแทบถูกมองว่าเป็นเรื่องปกติในหมู่ผู้ใช้รถยนต์ยุคนั้น ยิ่งไปกว่านั้น ปัญหานี้ไม่ได้ส่งผลกระทบเฉพาะผู้ที่มีแรงน้อยเท่านั้น ไม่มีใครสามารถคาดเดาจังหวะที่เครื่องยนต์จะกระดอนกลับได้

การเสียชีวิตของ Byron Carter: เหตุการณ์เร่งปฏิกิริยา

ช่วงเวลาที่อันตรายนี้ปรากฏให้เห็นอย่างชัดเจนคือฤดูหนาวปี 1908 ที่เมืองดีทรอยต์ Byron Carter ผู้ก่อตั้ง Cartercar กำลังช่วยเหลือคนขับที่ติดขัด ได้พยายามหมุนคานเครื่องยนต์ที่คนขับลืมถอนการเหวี่ยงหัวเทียนกลับ คานกระดอนกลับจนหักขากรรไกรของ Carter ภาวะแทรกซ้อนจากการบาดเจ็บนำไปสู่โรคปอดบวม และ Carter เสียชีวิต

การเสียชีวิตครั้งนี้มีบทบาทสำคัญในเรื่องราวนี้: Henry Leland เจ้าของ Cadillac เป็นเพื่อนสนิทของ Carter Leland ที่ได้รับแรงสั่นสะเทือนได้มอบหมายให้ทีมของเขาพัฒนากลไกการสตาร์ทอัตโนมัติที่ปลอดภัย การนิยามความต้องการทางวิศวกรรมในลักษณะที่ดราม่าและเป็นส่วนตัวเช่นนี้ ก็เป็นตัวกำหนดความเร็วของผลลัพธ์

Charles Kettering และ Delco: ไอเดียยิ่งใหญ่ของมอเตอร์ตัวเล็ก

Charles F. Kettering เกิดเมื่อวันที่ 29 สิงหาคม 1876 ที่เมือง Loudonville รัฐโอไฮโอ อาชีพของเขาเริ่มต้นที่ National Cash Register Company ที่นั่นเขามีส่วนร่วมในการพัฒนาเครื่องบันทึกเงินสดที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเครื่องแรก และได้ร่วมกับ Edward A. Deeds ก่อตั้ง Dayton Engineering Laboratories Company หรือก็คือ Delco พื้นเพเช่นนี้ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ: ความเข้าใจเชิงลึกจากงานวิศวกรรมเครื่องบันทึกเงินสดจะเป็นรากฐานของการออกแบบระบบสตาร์ทด้วย

ความเข้าใจนั้นคือ: การหมุนเครื่องยนต์นั้นแท้จริงแล้วเป็นงานระยะสั้น ความพยายามสูงเพียงไม่กี่วินาทีก็เพียงพอ; ไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานที่ต่อเนื่อง ด้วยเหตุนี้ มอเตอร์ขนาดเล็กและเบาจึงสามารถหมุนเครื่องยนต์รถยนต์ขนาดมหึมาได้ด้วยรอบการทำงานสั้น ๆ ดังที่วิศวกรเครื่องจักรที่จับจังหวะได้ดีจะเห็นได้ทันทีว่า การเลือกพารามิเตอร์อย่างง่ายนี้คือทางแก้ทั้งหมดของปัญหา

Leland ได้ขอความช่วยเหลือจาก Kettering เพื่อปรับปรุงการออกแบบที่วิศวกรของ Cadillac พัฒนาขึ้นแต่มีขนาดใหญ่เกินกว่าจะใส่ลงในรถยนต์ได้อย่าง практично ทีมงานบรรลุผลสำเร็จภายในเดือนกุมภาพันธ์ 1911 ในวันที่ 27 กุมภาพันธ์ 1911 Kettering สตาร์ทเครื่องยนต์ Cadillac ที่เมือง Detroit โดยกดปุ่มเพียงครั้งเดียว เมื่อวันที่ 15 มิถุนายน 1911 ยื่นจดสิทธิบัตรสหรัฐฯ #1150523; สิทธิบัตรได้รับอนุมัติในปี 1915 ในเดือนกรกฎาคม 1911 Cadillac ตัดสินใจใช้ระบบนี้ในรุ่นปี 1912 และในเดือนพฤศจิกายน Delco ได้รับคำสั่งซื้อจำนวน 12,000 ชิ้น

1912 Cadillac Model Thirty: รถยนต์แห่งจุดเปลี่ยน

1912 Cadillac Model Thirty เป็นรถยนต์ผลิตแบบอนุกรมรุ่นแรกที่มีระบบสตาร์ทไฟฟ้าแทนที่จะเป็นคานสตาร์ท ความเชื่อมั่นของ Leland มากเสียจนระบบนี้ถูกนำเสนอเป็นอุปกรณ์มาตรฐานในทุกยานพาหนะ; ไม่ใช่รายการในตัวเลือกเสริม แต่เป็นอุปกรณ์มาตรฐานที่ให้มาโดยค่าเริ่มต้น ระบบนี้ในชื่ออย่างเป็นทางการว่า "ระบบสตาร์ทไฟฟ้า ระบบจุดระเบิด และระบบไฟส่องสว่าง Delco" ได้ยกเลิกการใช้คานหมุนเป็นวิธีการสตาร์ทตามปกติ

ความสำเร็จนี้ไม่ได้ผ่านไปโดยเปล่าประโยชน์: Model 30 คว้ารางวัล Dewar Trophy เป็นครั้งที่สองด้วยระบบสตาร์ทไฟฟ้าและไฟหน้าไฟฟ้า การได้รับรางวัลที่ท้าทายเช่นนี้ถึงสองครั้งในปีเดียวกัน แสดงให้เห็นว่ามีการก้าวกระโดดครั้งใหญ่เพียงใด ข้อมูลทางเทคนิคพื้นฐานของ Model Thirty มีดังนี้:

การออกแบบดั้งเดิมของ Kettering ทำงานอย่างไร?

รายละเอียดทางเทคนิคเมื่อมองด้วยสายตาของวันนี้ถือว่าน่าสนใจ: มอเตอร์สตาร์ททำงานด้วย 24 โวลต์ ในขณะที่ระบบชาร์จและระบบไฟส่องสว่างได้รับการออกแบบตามมาตรฐาน 6 โวลต์ ชุดแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดบรรจุ 12 เซลล์ในสี่กล่อง และถูกควบคุมด้วยตัวควบคุมการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่ซับซ้อน ต่อมาไม่นานระบบได้ตัดความซับซ้อนที่ไม่จำเป็นออก และลดความซับซ้อนลงเหลือ 6 โวลต์ทั้งหมด

ตัวมอเตอร์สตาร์ทเองเป็นแบบขั้วคู่ กระแสตรง และมีเกียร์ทด; เฟืองพินิออนหมุนเครื่องยนต์โดยขับเฟืองวงแหวนขนาดใหญ่บนมูฟลี่ย์ ผู้ขับขี่เปิดใช้งานระบบสตาร์ทด้วยแป้นคลัตช์ และมาตรวัดแอมแปร์-ชั่วโมงคอยติดตามสถานะกระแสไฟ นั่นคือ "กดปุ่ม" เป็นคำอธิบายที่เรียบง่าย; ระบบนี้ได้รับการออกแบบด้วยตรรกะการควบคุมที่สมเหตุสมผลสำหรับผู้ใช้แม้แต่ในปี 1912

ด้านที่ฉลาดที่สุดคือมอเตอร์สตาร์ททำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง หรือไดนาโมในเวลาเดียวกัน บทบาทคู่นี้เปิดทางไปสู่ไฟส่องสว่างไฟฟ้าและอุปกรณ์เสริม นอกเหนือจากการชาร์จแบตเตอรี่ ทางเลือกสมัยใหม่ได้ถือกำเนิดขึ้นแทนไฟอะเซทิลีนที่ยุ่งยากในยุคนั้น

นวัตกรรมแบบลูกโซ่: แบตเตอรี่ ไดนาโม และไฟหน้าไฟฟ้า

หากมอเตอร์สตาร์ทไฟฟ้าถูกทิ้งไว้เป็นเพียงสิ่งประดิษฐ์เดี่ยวๆ ผลกระทบของมันก็คงจำกัด แต่ผลงานที่แท้จริงของ Kettering คือการออกแบบระบบไฟฟ้ายานยนต์แบบบูรณาการที่สตาร์ทรถ ผลิตไฟฟ้าระหว่างการทำงาน และจ่ายประกายไฟจุดระเบิดพร้อมกระแสไฟให้ไฟหน้า รากฐานของสถาปัตยกรรมไฟฟ้าที่ใช้กันทั่วไปในรถยนต์ทุกวันนี้ถูกวางขึ้น ณ จุดนี้

ผลกระทบลูกโซ่ทำงานอย่างรวดเร็ว แบรนด์อย่าง Hudson, Cole, Oldsmobile และ Oakland ต่างนำ Delco starter มาใช้อย่างรวดเร็ว ระบบที่คล้ายคลึงกันก็เข้าสู่ตลาดเช่นกัน เช่น สตาร์ท-เจนเนอเรเตอร์ North East ที่ Dodge Brothers ใช้ในปี 1915 แรงกดดันจากการแข่งขันใหญ่จนกระทั่งแม้แต่ Henry Ford ก็ต้านทานไม่ได้: นับตั้งแต่ปี 1919 เป็นต้นมา ระบบสตาร์ทไฟฟ้าเริ่มมีให้ใน Model T; เป็นมาตรฐานในรถตู้ปิด และเป็นตัวเลือกราคา 75 ดอลลาร์ในรูปแบบตัวถังอื่นๆ เมื่อปรับตามอัตราเงินเฟ้อ จำนวนนี้เทียบเท่ากับประมาณ 1,368 ดอลลาร์

เกี่ยวกับความเร็วในการแพร่หลายนี้ บันทึกทางประวัติศาสตร์ให้วันที่แตกต่างกันเล็กน้อย: มีคำกล่าวอ้างว่า ณ ปี 1914 ระบบนี้มีให้ในรถเกือบทุกรุ่นแล้ว; อย่างไรก็ตาม การระบุวันที่ที่ถือว่าเชื่อถือได้และเป็นทางการกว่าระบุว่า สตาร์ทไฟฟ้ากลายเป็นมาตรฐานในรถยนต์ใหม่แทบทุกคันเมื่อถึงทศวรรษ 1920 ความแตกต่างเกิดจากความไม่เท่าเทียมกันในความเร็วของการนำไปใช้ระหว่างแบรนด์ต่างๆ; และทั้งสองวันที่ชี้ไปยังข้อสรุปเดียวกันเกี่ยวกับทิศทางของเหตุการณ์

ผลกระทบทางสังคม: รถยนต์กลายเป็นยานพาหนะสำหรับใคร?

ผลกระทบที่พูดถึงน้อยที่สุดแต่ถาวรที่สุดของสตาร์ทไฟฟ้าคือด้านสังคม เทคโนโลยีนี้ขจัดการพึ่งพากำลังกาย ขยายขอบเขตของผู้ที่ "สามารถใช้รถยนต์ราคาจับต้องได้" อย่างมาก และเพิ่มขนาดตลาดที่มีศักยภาพ การสตาร์ทรถไม่ใช่เรื่องของกล้ามเนื้อแขนอีกต่อไป แต่เป็นเพียงเรื่องของการหมุนกุญแจ

ณ จุดนี้ จำเป็นต้องประเมินผ่านมุมมองของคนขับหญิงเป็นพิเศษ คุณสมบัติที่น่าดึงดูดที่สุดของรถยนต์ไฟฟ้าในยุคนั้นคือไม่ต้องใช้ช็อกเพลามือ; คุณสมบัตินี้ยังเป็นหัวใจของการตลาดที่มุ่งเน้นผู้หญิงอีกด้วย สตาร์ทของ Kettering ทำให้ข้อได้เปรียบนี้หมดความหมายลง: ตอนนี้รถยนต์สันดาปภายในก็สามารถสตาร์ทได้โดยไม่ต้องหมุนช็อกเพลาแล้ว ข้อโต้แย้งการขายที่แข็งแกร่งที่สุดของรถยนต์ไฟฟ้าในยุคนั้นถูกทำให้เป็นโมฆะด้วยส่วนประกอบเพียงชิ้นเดียว

แม้แหล่งข้อมูลจะกล่าวถึงเรื่องนี้ในประโยคเดียว แต่ห่วงโซ่ตรรกะชัดเจน: เมื่อข้อจำกัดทางร่างกายถูกยกเลิก ฐานผู้ใช้ก็ขยายตัว มอเตอร์สตาร์ทเป็นหนึ่งในขั้นตอนสุดท้ายที่เปลี่ยนรถยนต์จากของเล่นวิศวกรรมให้เข้าใกล้การเป็นยานพาหนะสำหรับการเดินทางในชีวิตประจำวัน

มอเตอร์สตาร์ททำงานอย่างไรในวันนี้?

หลักการทำงานพื้นฐานของสตาร์ทยังคงไม่เปลี่ยนแปลงจากยุคของ Kettering จนถึงปัจจุบัน: มอเตอร์ดึงกระแสไฟสูงจากแบตเตอรี่ผ่านสายไฟหนา กระแสนี้มีขนาดใหญ่จนสวิตช์มือหรือปุ่มปกติไม่สามารถตัดมันได้; จะเกิดอาร์คไฟฟ้ารุนแรงและความเสี่ยงต่อความเสียหาย นี่คือเหตุผลที่วงจรมีโซลินอยด์: มันสลับกระแสไฟสูงอย่างปลอดภัยด้วยสัญญาณควบคุมกระแสต่ำ เมื่อผู้ขับหมุนกุญแจ พวกเขาแท้จริงแล้วทริกเกอร์วงจรควบคุมนี้ และสายจ่ายไฟจริงจะถูกเปิดโดยโซลินอยด์

เมื่อมองด้วยสายตาวิศวกรยุคใหม่ ความสง่างามของระบบ Kettering จะเข้าใจได้ดียิ่งขึ้น ส่วนประกอบเพียงชิ้นเดียวได้กลายมาเป็นสถาปัตยกรรมที่ตอบสนองความต้องการในการสตาร์ท ชาร์จ และไฟส่องสว่าง การแยกอัลเทอร์เนเตอร์และมอเตอร์สตาร์ทในปัจจุบันคือรูปแบบที่พัฒนาแล้วของตรรกะเดียวกันนี้ ก้าวย่างในปี 1912 ได้สร้างรากฐานทางไฟฟ้าของยานยนต์ขึ้น

มรดกของ Kettering

เรื่องราวของ Kettering ไม่ได้จบลงด้วยเพียงการประดิษฐ์ บริษัท Delco ถูกซื้อกิจการโดย General Motors ในปี 1918 และ Kettering ดำเนินชีวิตการทำงานต่อในตำแหน่งผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยระยะยาวของ GM จำนวนสิทธิบัตรของเขาแบ่งออกเป็นสองฝั่งตามบันทึก: แหล่งข้อมูลจำนวนมากระบุว่าเขาได้รับสิทธิบัตรอย่างน้อย 140 ฉบับตลอดชีวิต ขณะที่ตำนานอีกฉบับระบุว่าเขามีสิทธิบัตรของสหรัฐฯ ถึง 186 ฉบับในวันที่เสียชีวิต เป็นเรื่องสมเหตุสมผลที่จะเชื่อว่าความแตกต่างนี้เกิดจากวิธีการนับที่ต่างกัน และการรวมหรือไม่รวมสิทธิบัตรต่างประเทศ

Kettering ปรากฏบนหน้าปกนิตยสาร Time เมื่อวันที่ 9 มกราคม 1933 และเสียชีวิตที่ Dayton, รัฐ Ohio เมื่อวันที่ 25 พฤศจิกายน 1958 แต่มรดกที่แท้จริงของเขาไม่ได้วัดด้วยตัวเลข แต่วัดด้วยระบบที่ทำงานอย่างเงียบ ๆ ในชีวิตประจำวัน: วันนี้ทุกคนที่หมุนกุญแจสตาร์ทกำลังใช้ประโยชน์เช่นเดียวกับเจ้าของ Cadillac ที่กดปุ่มในปี 1912

ระบบสตาร์ทไฟฟ้าเป็นหนึ่งในจุดหมุนเหตุการณ์ที่ถูกพูดถึงน้อยที่สุดในประวัติศาสตร์ยานยนต์ ขณะที่เรื่องอย่างกำลังม้า จำนวนกระบอกสูบ หรืออากาศพลศาสตร์ครองพาดหัวข้อ มอเตอร์ตัวเล็ก ๆ ที่ทำให้รถใช้งานได้จริงสำหรับทุกคนกลับแทบไม่ถูกกล่าวถึง ทว่าเรื่องราวนี้ก็ให้บทเรียน: บางครั้งสิ่งที่พาผลิตภัณฑ์ไปสู่มวลชนไม่ใช่ส่วนประกอบหลัก แต่เป็นโซลูชันเล็ก ๆ ที่สร้างขึ้นรอบ ๆ มันซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่ง

แหล่งอ้างอิง

• Cadillac's Great Leap Forward: The 1912 Electric Starter
• The 1912 Cadillac: A Self-Starter
• June 15, 1911 - The electric starter is patented
• Charles F. Kettering, inventor of electric self-starter, is born
• 1912 Cadillac Model 30 - GM Heritage Collection
• Cadillac Model Thirty
• Kettering, Charles
• Electric starter's inventor Kettering was no crank
• Early vehicles really cranked up the injuries
• Invention of the Automotive Electric Starter