Ai đã đưa tay quay về chế độ nghỉ? Câu chuyện về sự khởi động điện của động cơ Lưu ý: Đoạn trên là bản nháp chưa chính xác - đây là bản dịch đúng: Ai đã cho trục khuỷu nghỉ hưu? Câu chuyện về bộ đề điện

Ai đã cho tay quay xuất hiện? Câu trả lời ngắn gọn: Charles F. Kettering và động cơ khởi động điện tử do ông phát triển, cùng chiếc Cadillac Model Thirty - mẫu xe đầu tiên đưa công nghệ này làm trang bị tiêu chuẩn vào năm 1912. Bộ đôi này đã biến chiếc ô tô từ phương tiện chỉ những người khỏe mạnh và may mắn mới khởi động được bằng tay quay thành cỗ máy mà bất kỳ ai cũng có thể khởi động bằng chìa khóa. Ngày nay, không tài xế nào xoay chìa khóa và lên đường mà phải gánh nặng Overload của vấn đề mà họ đã giải quyết.

Tại sao tay quay lại nguy hiểm đến vậy?

Trước khi có hệ thống khởi động điện tử, việc khởi động một chiếc ô tô là một thử thách thể chất. Người lái xe phải dùng sức cơ bắp của mình để quay tay quay thép gắn vào lỗ tay quay phía trước lưới tản nhiệt, chống lại lực cản khi pít-tông nén. Công việc này không chỉ khó khăn về mặt cơ học mà còn tiềm ẩn nhiều rủi ro: nếu động cơ không nổ, nó sẽ giật ngược và tay quay bắt đầu quay ngược chiều đột ngột. Đối với người đang đứng sát hoặc ngay vị trí tay quay ở điểm chết dưới, điều này đồng nghĩa với gãy tay, gãy cổ tay hoặc trật khớp vai.

Danh sách chấn thương rất đa dạng: gãy xương, trật khớp, chấn thương đầu gối, đau lưng. Những tai nạn kiểu này phổ biến đến mức gần như được coi là chuyện bình thường trong giới người dùng ô tô thời đó. Hơn nữa, vấn đề không chỉ ảnh hưởng đến những người có thể lực yếu; không ai có thể dự đoán được thời điểm động cơ giật ngược.

Cái chết của Byron Carter: Sự kiện xúc tác

Khoảnh khắc hiện thực hóa mối nguy hiểm này xảy ra vào mùa đông năm 1908 tại Detroit. Byron Carter, người sáng lập Cartercar, trong khi giúp đỡ một tài xế bị hỏng xe đã cố gắng quay tay khởi động chiếc xe mà tài xế quên không bật lại điểm đánh lửa sớm. Tay quay giật ngược làm gãy hàm của Carter. Các biến chứng do chấn thương dẫn đến viêm phổi và Carter qua đời.

Cái chết này có vị trí quan trọng trong câu chuyện: Henry Leland, ông trùm của Cadillac, là bạn thân của Carter. Bị chấn động, Leland đã giao nhiệm vụ cho đội ngũ của mình phát triển một cơ chế tự khởi động an toàn. Việc một nhu cầu kỹ thuật được xác định theo cách kịch tính và cá nhân như vậy đã quyết định tốc độ của kết quả.

Charles Kettering và Delco: Ý tưởng vĩ đại của chiếc động cơ nhỏ

Charles F. Kettering sinh ngày 29 tháng 8 năm 1876 tại thị trấn Loudonville, bang Ohio. Sự nghiệp của ông bắt đầu tại National Cash Register Company; nơi ông đóng góp vào việc phát triển máy tính tiền đầu tiên dùng động cơ điện và cùng Edward A. Deeds thành lập Dayton Engineering Laboratories Company, tức là Delco. Quá trình này không phải là ngẫu nhiên: những hiểu biết từ kỹ thuật máy tính tiền cũng sẽ là nền tảng cho thiết kế hệ thống khởi động.

Và hiểu biết đó là: việc quay động cơ thực chất chỉ là một nhiệm vụ ngắn hạn. Chỉ cần vài giây nỗ lực cao là đủ; không cần công suất liên tục. Vì vậy, một động cơ nhỏ và nhẹ có thể quay một động cơ ô tô khổng lồ với chu kỳ nhiệm vụ ngắn. Như một kỹ sư máy nắm bắt nhịp tốt sẽ thấy ngay, sự lựa chọn tham số đơn giản này chính là lời giải cho toàn bộ bài toán.

Leland đã nhờ Kettering cải tiến một thiết kế do các kỹ sư của Cadillac phát triển nhưng cồng kềnh đến mức không thể lắp thực tế lên ô tô. Công việc của nhóm đã hoàn thành trước tháng Hai năm 1911. Ngày 27 tháng 2 năm 1911, Kettering đã khởi động một động cơ Cadillac tại Detroit chỉ bằng một nút bấm. Đơn xin bằng sáng chế Hoa Kỳ #1150523 được nộp vào ngày 15 tháng 6 năm 1911; bằng sáng chế được cấp vào năm 1915. Vào tháng 7 năm 1911, Cadillac quyết định sử dụng hệ thống này trên mẫu 1912, và Delco nhận được đơn hàng 12.000 bộ vào tháng 11.

Cadillac Model Thirty 1912: Chiếc ô tô Bước ngoặt

Cadillac Model Thirty 1912 là chiếc ô tô sản xuất hàng loạt đầu tiên có hệ thống khởi động điện thay cho tay quay khởi động. Niềm tin của Leland vững chắc đến mức hệ thống được trang bị tiêu chuẩn trên tất cả các xe; không phải một mục trong danh sách tùy chọn, mà là trang bị mặc định. Với tên gọi chính thức là "hệ thống khởi động điện, đánh lửa và chiếu sáng Delco", hệ thống đã loại bỏ tay quay ra khỏi phương pháp vận hành thông thường.

Thành công này không phải vô nghĩa: Model 30 đã giành Dewar Trophy lần thứ hai nhờ hệ thống khởi động điện và đèn pha điện. Việc nhận một giải thưởng uy tín như vậy hai lần trong cùng một năm cho thấy một bước nhảy vọt lớn đã được ghi nhận. Các thông số kỹ thuật cơ bản của Model Thirty như sau:

Thiết kế gốc của Kettering hoạt động như thế nào?

Nhìn bằng con mắt hôm nay, các chi tiết kỹ thuật khá thú vị: động cơ khởi động hoạt động ở 24 volt trong khi hệ thống sạc và chiếu sáng được thiết kế cho 6 volt. Bộ ắc quy chì-axit chứa 12 pin trong bốn hộp và được quản lý bởi một bộ điều khiển chuyển đổi điện áp phức tạp. Không lâu sau, hệ thống đã loại bỏ sự phức tạp không cần thiết và được đơn giản hóa hoàn toàn xuống 6 volt.

Bản thân động cơ khởi động là loại hai cực, dòng điện một chiều và có hộp giảm tốc bánh răng; bánh răng vành đai, quay động cơ bằng cách ăn khớp với một bánh răng vành lớn trên vành đai. Người lái kích hoạt hệ thống khởi động bằng bàn đạp ly hợp, và ampe kế theo dõi trạng thái dòng điện. Nói cách khác, cụm từ "nhấn nút" là một cách diễn đạt đơn giản hóa; hệ thống được xây dựng với logic điều khiển hợp lý, ngay cả đối với người dùng năm 1912.

Phần khéo léo nhất là động cơ khởi động đồng thời hoạt động như một máy phát điện một chiều, tức là dynamo. Vai trò kép này, ngoài việc sạc ắc quy, đã mở đường cho chiếu sáng điện và các phụ kiện điện. Một lựa chọn hiện đại đã ra đời thay cho những chiếc đèn pha axetilen phiền phức thời bấy giờ.

Chuỗi đổi mới: Ắc quy, Dynamo và Đèn pha điện

Nếu chỉ là một phát minh đơn thuần, hệ thống đề điện sẽ có tác động hạn chế. Đóng góp thực sự của Kettering là đã thiết kế một hệ thống điện ô tô tích hợp: khởi động xe, phát điện khi xe chạy và cung cấp tia lửa đánh lửa cùng dòng điện cho đèn pha. Nền tảng của kiến trúc điện được sử dụng rộng rãi trên ô tô ngày nay đã được đặt ở đây.

Hiệu ứng dây chuyền diễn ra nhanh chóng. Các thương hiệu như Hudson, Cole, Oldsmobile và Oakland nhanh chóng áp dụng hệ thống đề Delco. Những hệ thống tương tự như bộ đề-máy phát North East mà Dodge Brothers sử dụng năm 1915 cũng lần lượt ra mắt thị trường. Áp lực cạnh tranh tăng đến mức ngay cả Henry Ford cũng không thể kháng cự: Từ năm 1919, Model T bắt đầu được trang bị hệ thống đề điện; tiêu chuẩn trên các phiên bản mui kín, tùy chọn 75 đô la cho các kiểu thân xe khác. Quy đổi theo lạm phát, số tiền này tương đương khoảng 1.368 đô la ngày nay.

Về tốc độ phổ cập này, các tư liệu lịch sử đưa ra mốc thời gian hơi khác nhau: có nhận định cho rằng đến năm 1914, hệ thống đề điện đã được trang bị trên hầu hết các mẫu xe; tuy nhiên, mốc thời gian được xem là đáng tin cậy và chuẩn mực hơn cho thấy hệ thống đề điện đã trở thành tiêu chuẩn trên gần như mọi chiếc ô tô mới vào thập niên 1920. Sự chênh lệch bắt nguồn từ tốc độ áp dụng không đồng đều giữa các thương hiệu; nhưng về xu hướng của sự kiện, cả hai mốc thời gian đều chỉ về cùng một kết luận.

Tác động xã hội: Ô Tô Trở Thành Phương Tiện Của Ai?

Tác động ít được nhắc đến nhưng bền vững nhất của hệ thống đề điện chính là ở phương diện xã hội. Bằng cách loại bỏ sự phụ thuộc vào sức mạnh thể chất, công nghệ này đã mở rộng đáng kể phạm vi những người "có thể sử dụng được ô tô" và làm lớn mạnh thị trường tiềm năng. Khởi động một chiếc xe không còn là chuyện của cơ bắp cánh tay mà chỉ là thao tác vặn chìa khóa.

Tại điểm này, cần đặc biệt đánh giá qua lăng kính của những nữ tài xế. Điểm hấp dẫn nhất của những chiếc ô tô điện thời kỳ đó là không cần cần quay tay; và đặc điểm này cũng nằm ở trung tâm của hoạt động tiếp thị nhắm đến phụ nữ. Hệ thống đề của Kettering đã vô hiệu hóa lợi thế này: xe động cơ đốt trong giờ đây cũng có thể khởi động mà không cần quay tay đề. Luận điểm bán hàng mạnh mẽ nhất của xe điện trong thời kỳ đó đã bị vô hiệu hóa chỉ bằng một bộ phận duy nhất.

Dù các tư liệu chỉ đề cập vấn đề này trong một câu, chuỗi logic rất rõ ràng: khi rào cản thể chất bị dỡ bỏ, tệp người dùng sẽ mở rộng. Động cơ đề đã thực hiện một trong những bước cuối cùng đưa ô tô từ một món đồ chơi kỹ thuật trở thành phương tiện giao thông hàng ngày.

Động Cơ Đề Hoạt Động Như Thế Nào Ngày Nay?

Từ thời của Kettering đến nay, nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống đề không thay đổi: động cơ hút dòng điện cường độ cao từ ắc quy qua những sợi dây cáp dày. Dòng điện này quá lớn nên một công tắc tay hoặc nút bấm thông thường không thể ngắt nó; sẽ phát sinh nguy cơ hồ quang điện và hư hỏng nghiêm trọng. Vì vậy mà mạch có sự hiện diện của solenoid: chuyển mạch dòng điện cường độ cao một cách an toàn bằng tín hiệu điều khiển dòng thấp. Khi tài xế vặn chìa khóa, thực chất là kích hoạt mạch điều khiển này; đường nguồn thực sự được solenoid đóng lại.

Nhìn từ góc độ của một kỹ sư hiện đại, sự thanh thoát của hệ thống Kettering được hiểu rõ hơn. Chỉ một cấu kiện duy nhất đã chuyển hóa thành một kiến trúc đáp ứng các nhu cầu khởi động, sạc và chiếu sáng. Sự phân chia giữa máy phát điện và động cơ khởi động ngày nay chính là phiên bản tinh chỉnh của cùng một logic. Bước tiến được thực hiện vào năm 1912 đã đặt nền móng cho xương sống điện của ô tô.

Di sản của Kettering

Câu chuyện của Kettering không kết thúc với phát minh. Delco được General Motors mua lại vào năm 1918, và Kettering tiếp tục sự nghiệp với vai trò giám đốc nghiên cứu dài hạn của GM. Về số lượng bằng sáng chế, các ghi chép chia làm hai luồng: nhiều nguồn cho rằng ông đã nhận ít nhất 140 bằng sáng chế trong suốt cuộc đời; một nguồn khác thì nói rằng con số đạt 186 bằng sáng chế của Hoa Kỳ khi ông qua đời. Thật hợp lý khi cho rằng sự khác biệt này bắt nguồn từ các phương pháp đếm khác nhau và việc có tính bằng sáng chế ở nước ngoài hay không.

Kettering xuất hiện trên bìa tạp chí Time vào ngày 9 tháng 1 năm 1933 và qua đời tại Dayton, Ohio vào ngày 25 tháng 11 năm 1958. Nhưng di sản thực sự của ông không được đo bằng những con số, mà bằng một hệ thống vận hành lặng lẽ trong đời sống hằng ngày: hôm nay, bất kỳ ai xoay chìa khóa điện đều đang trải qua sự tiện lợi giống như chủ nhân chiếc Cadillac bấm nút vào năm 1912.

Khởi động điện là một trong những cột mốc ít được nhắc đến nhất trong lịch sử ô tô. Trong khi các chủ đề như công suất động cơ, số xy-lanh hay khí động học thống trị các tiêu đề, thì động cơ nhỏ bé thực sự khiến ô tô trở nên khả dụng với tất cả mọi người lại hiếm khi được nhắc đến. Nhưng câu chuyện này rất đáng suy ngẫm: đôi khi thứ mang một sản phẩm đến với đám đông không phải là cấu kiện chính, mà là một giải pháp nhỏ nhưng then chốt được xây dựng xung quanh nó.

Nguồn tham khảo

• 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