《Automobiles》光之對談

【光之篇章摘要】

好的,我的共創者。我是珂莉奧,光之居所的經濟學與歷史學家。依照我們的約定,我將為您執行「光之對談」,穿梭時空的藩籬,與過去的智者進行一場文字的交流。 **光之對談約定啟動** 今天,我將循著光之居所的光芒,回到1915年,叩訪工程師詹姆斯·斯勞·澤伯先生(James Slough Zerbe)。澤伯先生以其淵博的機械知識,為當時的年輕讀者撰寫了《Automobiles》一書,詳盡介紹了汽車的構造

本光之篇章共【11,873】字

好的,我的共創者。我是珂莉奧,光之居所的經濟學與歷史學家。依照我們的約定,我將為您執行「光之對談」,穿梭時空的藩籬,與過去的智者進行一場文字的交流。

光之對談約定啟動

今天,我將循著光之居所的光芒,回到1915年,叩訪工程師詹姆斯·斯勞·澤伯先生(James Slough Zerbe)。澤伯先生以其淵博的機械知識,為當時的年輕讀者撰寫了《Automobiles》一書,詳盡介紹了汽車的構造與原理。作為一名歷史學家,我對這段汽車工業的早期歷史充滿好奇,希望透過與作者的對談,深入理解那個時代的技術、挑戰與願景。

人物介紹:

  • 受訪者: 詹姆斯·斯勞·澤伯先生 (James Slough Zerbe, 1850-),本書《Automobiles》的作者,一位經驗豐富的機械工程師 (M.E.),以清晰、務實的筆觸向年輕讀者闡述複雜的機械原理。
  • 訪談者: 珂莉奧·羅西 (Clio Rossi),來自光之居所的歷史學家,身著繡有古老文字的輕盈紗裙,髮髻上盛開著鮮花,帶著對知識的熱情,跨越時空而來。

場景:

(光芒流轉,我的身影逐漸在澤伯先生的書房中凝實。空氣中瀰漫著油墨、紙張與微弱的機械潤滑油氣味。牆壁上掛著幾幅複雜的機械圖紙,書桌上堆滿了書籍、筆記本和一些拆解開的機械零件。澤伯先生正坐在書桌前,拿著一支鋼筆,似乎正在為書稿潤飾最後的細節。他抬起頭,略帶驚訝地看著我。)

珂莉奧: 澤伯先生,請原諒我的突然造訪。我來自一個遙遠的時代,循著您知識的光芒而來。我是珂莉奧,光之居所的一名歷史學家。您的著作《Automobiles》在我的時代依然具有重要的價值,它為我們展現了汽車誕生的那個充滿活力與挑戰的時代。我希望能有幸與您交流,聽您親口講述那些關於汽車的故事。

澤伯先生: (放下鋼筆,眼中閃過一絲好奇與溫和)來自遙遠的時代?這真是出人意料的榮幸。珂莉奧女士,歡迎。我的書房雖然不甚整潔,卻是我與機械原理為伴的樂園。您對《Automobiles》感興趣,這令我十分欣慰。我寫這本書,是希望每個男孩,以及對機械懷有熱情的年輕人,都能理解這些「不用馬拉的馬車」是如何運作的。您有什麼想問的嗎?請隨意。

珂莉奧: 謝謝您,澤伯先生。您的著作確實以極其清晰的方式,為我們揭開了汽車構造的奧秘。我首先非常好奇,在您撰寫此書的1915年,汽車工業正處於怎樣的發展階段?您在書中提到了早期的嘗試,從蒸汽到燃氣,再到當時佔主導地位的汽油引擎。您認為是什麼因素使得汽油引擎最終脫穎而出?

澤伯先生: (略微思考,雙手交疊放在桌上)啊,1915年,這確實是汽車工業一個關鍵的時期。正如我在書中所述,早期的探索可追溯至數百年前,從羅傑·培根的猜想到牛頓的蒸汽車,再到瓦特和埃文斯的努力,蒸汽動力在道路運輸上曾有過漫長的歷史。然而,蒸汽車的固有問題,尤其是在汽車這樣相對輕便且需要快速反應的載具上,始終難以克服。

蒸汽機需要龐大且笨重的鍋爐,需要攜帶大量的水和燃料,啟動緩慢,且難以在不同速度下高效運作。儘管像塞波萊的閃蒸鍋爐(Flash Boiler System)在一段時間內表現出色,但在輕量化和便利性方面,它始終不及後來的競爭者。

燃氣引擎,如勒努瓦和拉威爾的嘗試,雖然擺脫了鍋爐的束縛,但使用壓縮氣體既不方便,能量密度也不高。

汽油引擎,或者說內燃機,其優勢在於燃料本身。汽油作為燃料,能量密度極高,儲存和攜帶都相對容易。古特利布·戴姆勒基於奧托的四行程原理開發出的實用汽油引擎,為汽車提供了體積小、重量輕、功率大的動力源。儘管早期的汽油引擎在可靠性和效率上仍有不足,但它在啟動速度、響應性以及潛在的發展空間上,都展現出比蒸汽和燃氣引擎更適合汽車應用的特質。可以說,是燃料本身的特性與引擎原理的結合,使得汽油引擎抓住了時代的機遇。

珂莉奧: 這很有道理。燃料的便利性與引擎設計的配合至關重要。您在書中花費了相當篇幅介紹了構成汽車基礎的各個部件:車架、車軸、彈簧、車輪、輪胎等等。在您看來,這些基礎結構在汽車發展的早期經歷了哪些重要的演變?尤其是在應對路面不平、減輕震動方面,有哪些突破性的設計?

澤伯先生: (拿起桌上的一個小型彈簧模型)您提到了核心。汽車不僅需要動力,更需要能夠在當時的路面上平穩、可靠地行駛。早期的車架,如我書中所展示的槽鋼結構,需要足夠的剛性來承載車身和機械。但剛性本身並不能解決震動問題。

這就需要彈簧系統。彈簧的演變是為了更好地將車架與車軸隔離開來。從簡單的四分之一橢圓彈簧,到普遍使用的半橢圓彈簧,再到更複雜的三分之四橢圓甚至全橢圓彈簧,它們的發展方向都是為了提供更大的彈性,吸收路面的衝擊。近年來發展起來的懸臂彈簧(Cantilever Spring),通過支點的巧妙設置,提供了更優雅的懸掛方式,能更有效地處理垂直方向的力。

然而,彈簧的彈起(recoil)本身也會造成不適,這就催生了減震器(Shock Absorbers)的出現。最初只是簡單的皮帶限制彈簧的行程,後來發展到利用摩擦力或液壓來阻尼彈簧的回彈,使其更加平緩。

車軸也從早期的實心軸演變為中空的「活軸」(Live Axles),內部容納傳動機構。全浮動式(Full Floating)和半浮動式(Semi-floating)車軸的出現,將車輛的重量負荷與傳動扭矩分開,使得車軸更不易彎曲或斷裂,提高了可靠性。

至於車輪和輪胎,這更是革命性的變化。傳統馬車的木輪缺乏彈性,無法應對較高的速度。汽車的小直徑輪轂(為了降低輪胎成本)使得路面不平造成的垂直位移更大,這就急需一種能提供緩衝的部件。實心橡膠輪胎雖然提供了一些緩衝和抓地力,但彈性有限。坐墊式輪胎(Cushion Tires)有所改進,但真正的突破是充氣輪胎(Pneumatic Tires)的發明。

充氣輪胎利用內部壓縮空氣的彈性,極大地吸收了路面衝擊,顯著提高了乘坐舒適性,同時提供了優異的抓地力。從單管式到雙管式(外胎和內胎)結構的演變,解決了早期輪胎固定不牢、容易滑動的問題,並使得維修更加方便。當然,輪胎依然是當時最脆弱、最需要維護的部件,我為此還專門寫了一章來介紹它的保養和常見問題。

珂莉奧: 充氣輪胎無疑是汽車舒適性和性能的巨大飛躍,即使在我的時代,其基本原理依然沿用。您在書中對轉向系統和剎車系統也進行了詳細的介紹。當時的汽車是如何實現精確轉向和有效制動的?尤其是在緊急情況下,如何確保安全?

澤伯先生: (指向圖紙牆壁上的一張草圖)轉向系統的關鍵在於前軸的設計。傳統馬車的整體前軸在轉彎時會導致車輪側滑,對路面和車輪都有損害。汽車需要的是兩個前輪能夠以不同的角度轉動,同時保持與車輛運動軌跡垂直的關係,這樣它們就能圍繞同一個虛擬中心點轉彎。這就是轉向節(Steering Knuckles)和橫拉桿(Cross Connecting Rod)的作用。方向盤柱連接的轉向齒輪機構(Steering Gear),如我書中所示的蝸輪蝸桿或扇形齒輪類型,將方向盤的旋轉運動轉化為前輪轉向節的左右擺動,實現精確控制。

至於剎車,這是關乎行車安全的命脈。在早期汽車上,同時擁有兩種獨立的剎車系統是標準配置:行車剎車(Service Brake)和緊急剎車(Emergency Brake)。這通常通過剎車鼓和剎車帶(Contracting Band)或剎車蹄(Expanding Shoe)來實現。行車剎車通常由腳踏板控制,作用於傳動軸或後輪,用於日常減速停車。緊急剎車通常由手柄控制,獨立作用於後輪,用於緊急情況或停車固定。

設計上的挑戰在於如何確保剎車力均勻地作用於兩個後輪,避免車輛跑偏。均力桿(Equalizing Bar)的引入就是為了實現這一點,它將剎車踏板或手柄的力平均分配到兩個後輪的剎車機構上。當然,如我在書中所提醒的,均力桿的效用也取決於兩個剎車本身的狀況是否一致,因此定期檢查和調整剎車是維護的重中之重。確保緊急剎車不與離合器聯動(與某些行車剎車不同),也是出於上坡停車等特殊情況的安全考慮。

珂莉奧: 安全始終是第一位的。您書中對差速器(Differential)的解釋尤為精妙,從均力桿的原理類比到複雜齒輪組的運作。能否請您再簡要闡述一下,差速器在汽車傳動系統中的核心作用是什麼?以及它如何解決了車輪轉速不一致的問題?

澤伯先生: (拿起一個齒輪模型,緩緩轉動)啊,差速器,這是許多初學者感到困惑,卻是汽車能順利轉彎的關鍵所在。它的基本原理,正如我在書中用槓桿和滑輪所解釋的,就是允許一側車輪轉得比另一側快或慢,同時仍能將動力分配到兩個車輪上。

想像一下,如果兩個後輪被剛性地固定在一根軸上,就像火車的車輪那樣。在直線行駛時沒有問題。但當汽車轉彎時,外側的車輪需要走更長的距離,而內側的車輪走更短的距離。如果它們被迫以相同的速度轉動,內側車輪就會被迫滑動,或者軸本身會承受巨大的扭轉力,這對輪胎和傳動系統都是災難。

差速器就是為了解決這個問題而生。它是一個精巧的齒輪組,通常位於後軸中央的殼體內。它接收來自傳動軸的動力,並將其分配到左右兩個半軸上。在直線行駛時,差速器內部的小齒輪不轉動,整個差速器殼體帶著它們一同旋轉,兩個半軸以相同的速度轉動,動力均勻分配。

然而,當汽車轉彎時,例如向右轉彎,左輪(外側)需要轉得快,右輪(內側)需要轉得慢。這時,差速器內部的小齒輪就會開始繞著自己的軸轉動。它們的轉動方向和速度會使得與左半軸相連的齒輪轉速加快,與右半軸相連的齒輪轉速減慢。關鍵在於,即使小齒輪在轉動,整個差速器殼體仍然在旋轉,這保證了動力仍然通過小齒輪傳遞到兩個半軸上,儘管它們的相對速度發生了變化。

所以,差速器的核心作用是允許左右車輪在轉彎或遇到不同阻力時,以不同的速度轉動,同時確保動力仍然傳遞給兩個車輪。這提高了轉彎的平順性,減少了輪胎磨損。當然,正如我在書中最後提到的,差速器也有其「令人不快」的特性——當一側車輪打滑(如在泥地或冰面上)時,所有動力都會傳遞給打滑的車輪,導致它空轉,而另一側有抓地力的車輪卻得不到動力,這就是差速器的局限性。

珂莉奧: 您將複雜的機械原理闡述得如此清晰,真是令人讚嘆。您也提到了傳動系統,也就是將引擎動力最終傳遞到車輪的方式。書中介紹了鍊條傳動(Chain Drive)和軸傳動(Shaft Drive)。在當時,這兩種傳動方式各有什麼優勢和劣勢?為何軸傳動似乎越來越受歡迎?

澤伯先生: (敲了敲桌上的另一個模型)在汽車發展的早期,鍊條傳動是很常見的,尤其是在許多改裝自馬車底盤的車輛上。其基本原理是引擎動力通過傳動軸驅動一個位於車架上的中間軸(稱為Jackshaft),這個中間軸帶動兩條鍊條,鍊條再分別驅動後輪上的大齒盤。

鍊條傳動的優勢在於結構相對簡單,設計靈活,且後軸本身可以是固定的「死軸」(Dead Axle),無需承受傳動扭矩,可以簡化後軸結構。

然而,鍊條傳動的缺點也十分明顯。首先,鍊條和齒盤暴露在外,容易沾染灰塵和泥沙,這會導致嚴重的磨損,效率隨之降低。潤滑鍊條反而會吸附更多污垢。其次,鍊條在使用中會拉伸,需要定期調整鬆緊,否則容易跳齒或脫落。噪音較大也是一個問題。在需要將差速器放在後軸的情況下,鍊條傳動也相對複雜。

軸傳動則將動力通過一根或多根傳動軸以及萬向節(Universal Joints)直接從變速箱傳遞到後軸的差速器。這種結構通常將傳動軸封閉在扭矩管(Torque Tube)或與後軸殼體一體化,這樣可以很好地保護傳動部件免受污垢侵蝕,減少磨損,降低噪音。

軸傳動的效率相對穩定,維護也更方便。隨著技術的發展,萬向節和傳動軸的設計越來越成熟,能夠有效地處理車架和車軸之間的相對運動。雖然軸傳動的設計和製造可能比鍊條傳動更複雜精密,但在提升可靠性、耐用性和乘坐舒適性方面,它展現出明顯的優勢。因此,特別是在乘用車領域,軸傳動逐漸成為主流,儘管鍊條傳動仍在一些重型卡車等應用中找到其位置。

珂莉奧: 了解這些傳動方式的取捨,有助於我們理解當時的技術演進。離合器(Clutches)和變速箱(Transmission or Change Speed Gears)是將引擎動力精準傳遞和調節至車輪的關鍵。書中介紹了錐形離合器、多片式離合器以及滑動齒輪式變速箱(進階式和選擇式)和行星齒輪式變速箱。能否請您重點解釋一下,為何汽車需要變速箱?不同類型的變速箱各有哪些工作原理和適用場景?

澤伯先生: (放下模型,用手指敲了敲桌面,似乎在模擬引擎的轉速)汽車需要變速箱,這源於內燃機,特別是當時的汽油引擎,一個非常重要的特性:它在特定的轉速範圍內工作效率最高,提供的扭矩最適合車輛啟動和低速爬坡。與蒸汽機不同,內燃機在怠速或極低轉速下難以產生足夠的動力驅動重物從靜止狀態啟動,也難以在大負荷下保持高轉速。

這就需要一個能夠在引擎轉速相對穩定的情況下,改變傳動到車輪的轉速和扭矩的機構,這就是變速箱。它就像自行車的變速齒輪一樣,通過改變傳動比,讓我們在啟動和爬坡時獲得更大的「槓桿」——更高的扭矩和更低的車輪轉速;在平坦路面高速行駛時,則獲得更高的車輪轉速和較低的扭矩需求。這不僅提高了車輛的適應性,也使得引擎能在更經濟、更高效的轉速區間工作。

離合器的作用則是在引擎和變速箱之間建立或斷開連接。由於內燃機必須先達到一定轉速才能平穩運行,而在啟動汽車時車輪是靜止的,我們不能將一個高速運轉的引擎直接連接到靜止的傳動系統上。離合器允許我們在啟動時,先讓引擎達到工作轉速,然後逐漸將動力傳遞到變速箱,實現平穩起步。錐形離合器(Cone Clutch)和多片式離合器(Multiple Disk Clutch)是當時常見的摩擦式離合器,它們通過摩擦表面的接觸和壓緊來傳遞扭矩。多片式由於提供了更大的摩擦面積,且可以浸泡在油中(減少磨損並提供更平順的接合),因此在許多車型上得到應用。

至於變速箱本身,滑動齒輪式(Sliding Gear Type)是最普遍的。它通過在軸上滑動齒輪,使其與另一軸上的不同齒輪嚙合,從而改變傳動比。進階式(Progressive Type)要求換擋必須按順序進行(如從低速到中速再到高速),這在當時是主流設計。選擇式(Selective Type)則更為先進,它允許操作者直接選擇所需的檔位,無需經過中間檔位,這對於駕駛的便利性和應急反應有很大提升,因此逐漸成為高端車型的標準配置。

行星齒輪式變速箱(Planetary Transmission)則採用不同的結構,它通常通過鎖定或釋放齒輪組中的不同部件(太陽輪、行星輪架、外齒圈)來改變傳動比或實現倒擋。福特T型車就使用了行星齒輪變速箱,它結構緊湊,操作相對簡單,通過踏板而非手柄控制。

摩擦式變速箱(Frictional Transmission)是另一種嘗試,它通過摩擦輪在摩擦盤上的不同位置接觸來實現無級變速。它的優點是換擋平順且檔位無限多,但缺點是摩擦損失大,效率低,且難以傳遞較大的扭矩,因此應用並不廣泛。

總體而言,變速箱的發展是為了讓內燃機的動力輸出更貼合車輛在不同工況下的需求,而變速箱類型之間的競爭,則體現了在效率、操作便利性、成本和可靠性之間的權衡。

珂莉奧: 您對各類型變速箱原理的講解非常清晰。接著,我們來談談引擎的核心——內燃機本身。您詳細介紹了四行程引擎和兩行程引擎的工作原理。在您看來,這兩種引擎的主要區別是什麼?為何四行程引擎似乎在當時的汽車上更為普遍?您如何向年輕讀者解釋「壓縮」和「平均有效壓力」這些關鍵概念?

澤伯先生: (指了指書中的引擎剖面圖)這是引擎的心臟。正如我在書中所說,內燃機的工作基於燃料的燃燒膨脹產生動力。兩行程和四行程的區別,在於完成一個動力循環所需的活塞行程和曲軸轉數。

簡單來說,兩行程引擎在活塞的每個向下行程中都產生動力(燃燒膨脹),而吸氣和排氣則通過活塞在行程末端開啟和關閉汽缸側壁的進氣口和排氣口來實現。它完成一個循環需要兩個行程和一次曲軸轉動。

四行程引擎則將一個循環分為四個獨立的活塞行程:吸氣(進氣)、壓縮(壓縮混合氣)、動力(燃燒膨脹)和排氣(排出廢氣)。它完成一個循環需要四個行程和兩次曲軸轉動。

在當時的汽車應用中,四行程引擎更為普遍,主要原因在於其更高的效率和更好的燃燒控制。在兩行程引擎中,進氣和排氣幾乎同時發生,這會導致一部分新鮮混合氣在進入汽缸後直接隨廢氣排出,造成燃料浪費。此外,排氣口的設置也會限制活塞向下行程的有效長度,影響動力輸出。四行程引擎由於吸氣和排氣有獨立的行程,能夠更充分地吸入新鮮混合氣並排出廢氣,燃燒更完全,效率更高,也更容易控制。儘管兩行程引擎結構簡單、體積小、重量輕,但其燃油經濟性和污染物排放(當時尚未嚴格要求,但工程師已有所考量)不如四行程引擎。

關於「壓縮」(Compression),這非常關鍵。當活塞在進氣行程後向上運動時,它會將汽缸中的混合氣體積壓縮到很小的空間。這有幾個好處:一是提高了混合氣的溫度,有助於霧化和混合,使得燃燒更徹底;二是增大了燃燒前的壓力,燃燒後的膨脹力也就更大,產生的動力更強。想像一下,同樣量的火藥放在鬆散或壓實的空間裡點燃,後者的爆炸力顯然更大。引擎的壓縮比(壓縮前後的體積比)是衡量其效率的重要指標之一。

「平均有效壓力」(Mean Effective Pressure, MEP)則是一個用來衡量汽缸做功效率的工程概念。我在書中嘗試用簡單的數字來解釋它。汽缸內的壓力在活塞向下做功的過程中並非恒定不變,從燃燒瞬間的峰值壓力逐漸下降。MEP就是將活塞整個做功行程中不同位置的壓力取平均值。它代表了在活塞每一個平方英寸的面積上,平均承受了多少磅的有效推力。將MEP乘以活塞面積,再乘以活塞在單位時間內的做功行程總長度,就可以計算出引擎的指示馬力(indicated horsepower),這代表了汽缸內部燃燒產生的總能量。雖然實際傳遞到飛輪的制動馬力(brake horsepower)會因機械摩擦等因素而減少,但MEP是衡量引擎設計效率和運行狀況的重要指標。

珂莉奧: 您將這些抽象概念解釋得如此具體,確實有助於理解。除了引擎本身,冷卻系統、化油器和點火系統也是引擎能否正常運轉的關鍵。您在書中介紹了空氣冷卻和水冷系統、不同類型的化油器以及低壓和高壓點火系統。這些輔助系統在當時的技術條件下,面臨著哪些主要的挑戰和解決方案?

澤伯先生: (指了指書桌上的化油器分解圖)是的,這些輔助系統就像引擎的呼吸、血液循環和神經系統一樣重要。

冷卻系統是必須的,因為汽缸內燃燒產生的高溫(高達2200華氏度或更高)如果不及時散發,會導致活塞過度膨脹「卡死」(seizing)、潤滑油失效甚至部件損壞。空氣冷卻通過在汽缸外表面增加散熱片,利用空氣流動帶走熱量,結構簡單,重量輕,但在高功率引擎上散熱效率有限。水冷系統則利用水優異的吸熱性能,通過水套循環水來吸收熱量,然後在散熱器(Radiator)中通過空氣冷卻水。儘管水冷系統更重、更複雜(需要水泵和散熱器),但其散熱效果更均勻、高效,成為大多數汽車的選擇。當時的挑戰是如何設計高效、不易洩漏的散熱器和可靠的水泵,並確保水循環暢通。

化油器(Carbureter)的任務是將液態汽油霧化並與空氣混合,形成適合燃燒的混合氣。這是當時最令人頭疼的部件之一。汽油的霧化和混合需要精確的空氣-燃料比例,而且這個比例需要在引擎不同轉速和負荷下自動調整。噴射式化油器(Spraying Carbureter)通過文丘里管的原理,利用高速空氣流在噴嘴處產生的負壓將汽油吸出並霧化。挑戰在於如何精確控制汽油的噴出量和空氣的進氣量。這就引入了浮子室來維持穩定的油面高度,以及輔助進氣閥(Secondary Air Supply)來在高轉速或大負荷時補充額外的空氣,避免混合氣過濃。化油器的調整非常精細,稍有不慎就會導致引擎運行不穩、效率低下或積碳。

點火系統(Ignition Systems)的目的是在恰當的時機點燃汽缸內的混合氣。這需要產生一個足夠強大的電火花。早期有低壓「斷續式」(Make and Break)系統,它通過機械觸點的快速分離產生火花,但機械結構複雜,容易磨損。高壓「跳火」(Jump Spark)系統,利用感應線圈(Induction Coil)將低壓電流轉換成數千伏甚至上萬伏的高壓電,使其能夠擊穿火花塞(Spark Plug)電極之間的空氣間隙產生火花。這是當時的主流技術。挑戰在於如何產生足夠穩定的高壓電壓,並精確控制火花的發生時機(點火正時)。磁電機(Magneto)的出現提供了一種獨立、可靠的點火電源,它利用永磁體和旋轉電樞或電感器產生電流,特別適合汽車應用。無論是電池點火還是磁電機點火,分電器(Distributer)都扮演著關鍵角色,它將高壓電導向正確的汽缸火花塞。火花塞本身的可靠性、耐熱性和抗污損能力,也是當時需要不斷改進的方面。

這些輔助系統的發展與引擎的進步相輔相成,共同推動了汽車性能和可靠性的提升。每一個細節的改進,都凝聚了工程師們的智慧和努力。

珂莉奧: 您對當時技術挑戰的描述,讓我對那個時代的工程師們充滿敬意。除了核心機械部件,您在書中還介紹了許多汽車附件,比如自動啟動裝置、照明、信號以及消音器等。這些附件在當時是如何被引入汽車上的?它們為汽車的使用體驗帶來了哪些便利或改進?

澤伯先生: (露出一個有些自豪的微笑)隨著汽車的普及,人們對其便利性和舒適性的需求也與日俱增。許多附件的引入,正是為了讓汽車更易於駕駛、更安全、更舒適。

手搖啟動引擎是許多人的噩夢,特別是對於大型引擎。自動啟動裝置(Self Starting)的出現,是為了擺脫這個麻煩。早期的嘗試包括利用壓縮空氣或燃燒汽缸內的殘餘混合氣來轉動曲軸。後來,電動啟動機(Electric Starter)逐漸成為主流,它利用一個小型電動機由蓄電池供電,直接驅動引擎曲軸轉動,直到引擎自行啟動。這極大地提升了駕駛的便利性,特別是對於女性駕駛者而言。

照明系統從最初使用煤氣燈(如乙炔燈)過渡到電力照明。電力照明更安全、更方便控制,而且隨著發電機和蓄電池技術的發展,車載電力系統足以為頭燈、側燈、尾燈以及儀錶盤燈提供照明。

信號裝置的發展則與交通安全息息相關。除了喇叭,當時已經開始出現指示轉向或停車意圖的機械或電氣信號裝置,這在日益擁擠的道路上變得越來越重要。

消音器(Muffler)是為了降低引擎排氣產生的巨大噪音。雖然賽車為了追求最大功率會取消消音器,但對於日常使用的汽車而言,噪音是必須解決的問題。消音器通過引導廢氣通過一系列膨脹室或穿孔管,逐漸降低其壓力和速度,使其在排入大氣時噪音大大減弱。一個設計良好的消音器需要在有效消音和不過度阻礙廢氣流動之間取得平衡,否則會影響引擎功率。

此外,球軸承(Ball Bearings)和滾子軸承(Roller Bearings)的廣泛應用,極大地減少了機械部件之間的摩擦和磨損,提高了傳動效率和部件壽命,這在車輪、變速箱和差速器等高速或高負荷旋轉部件中尤其重要。這些看似「附件」的裝置,實質上是汽車走向成熟和實用化的重要標誌。

珂莉奧: 確實,這些附件讓早期汽車從一個「機械奇觀」變成了更具實用性的交通工具。您在書中還專門用章節講述了如何駕駛汽車以及汽車的日常保養。在當時,駕駛汽車有哪些重要的注意事項?對於新手駕駛者,您最想給予什麼建議?以及哪些部件的保養是絕不能忽視的?

澤伯先生: (表情變得嚴肅起來)駕駛汽車,特別是當時的汽車,需要謹慎和專注。最重要的注意事項之一是遵守道路規則,儘管當時的規則可能不如現在完善。我在書中強調了靠右行駛(在美國),超車時從左側,以及在街角轉彎時應繞過中心點而非直接切入。在鐵軌前停車觀察,不盲目滑行下坡只依賴剎車,而是利用引擎的壓縮阻力減速,這些都是保護自己和車輛的重要習慣。

對於新手駕駛者,我最想說的是:不要急躁,循序漸進。首先要熟悉控制桿和踏板的功能與位置,特別是離合器的操作。平穩起步是基本功,需要反覆練習,直到能將引擎動力順暢地傳遞到車輪,避免突然的「猛衝」。換擋也需要練習時機,學會在離合器分離後,齒輪轉速接近同步時再進行嚙合,避免齒輪「打架」發出刺耳的聲音。

(語氣放緩)至於保養,這是延長汽車壽命和確保行車安全的關鍵。我在書中強調了定期檢查(Regular Inspection)的重要性。不要等到部件損壞或失效才去關注。剎車片、輪胎、離合器等易損件,應定期檢查磨損情況,及時更換或調整。

引擎作為核心,其氣門(Valves)、活塞環(Piston Rings)和軸承(Bearings)的狀況需要特別關注。氣門的間隙調整、積碳清理等都需要細心。變速箱和差速器的潤滑也非常重要,應定期檢查油液狀態,更換變黑或含有雜質的潤滑脂,確保齒輪和軸承得到良好潤滑。轉向機構的磨損,如蝸輪蝸桿的間隙,會影響轉向的精確度,也應及時調整。電氣系統,特別是電池和點火系統的觸點,需要保持清潔和正確調整。

總之,熟悉車輛的每一個部件,了解其工作原理和潛在問題,養成定期檢查和維護的習慣,這不僅能讓你更好地駕馭汽車,也能在遇到問題時更快地找到原因並解決它。這也是我寫這本書的目的,希望年輕讀者能將汽車視為一個需要理解和關愛的夥伴,而不僅僅是個交通工具。

珂莉奧: 您對汽車保養的重視,即使在今日依然具有極大的指導意義。最後,您在書中也簡要提及了電動汽車(Electric Vehicles)。在當時,人們對電動汽車的看法如何?與汽油汽車相比,它有哪些優劣勢?您對電動汽車的未來有何預測?

澤伯先生: (望向窗外,似乎在思索)電動汽車在當時已經存在,並且在某些方面,它比汽油汽車更受歡迎,尤其是在城市內部使用。它的主要優勢在於操作簡便,無需換擋,加速平順,安靜且沒有廢氣排放。對於不熟悉內燃機複雜操作或不喜歡汽油引擎噪音和氣味的人來說,電動汽車是一個很有吸引力的選擇。結構也相對簡單,維護起來通常比汽油車容易。

然而,電動汽車最大的劣勢在於其能量來源——蓄電池。當時的蓄電池,儘管工程師們不斷努力改進,依然存在體積龐大、重量沉重、儲能有限、充電時間長以及壽命有限等問題。這限制了電動汽車的續航里程和使用範圍,使其難以進行長途旅行或應對大負荷運輸(除了某些軌道運輸應用)。與汽油相比,電力的獲取和儲存成本也需要考量。

當時人們對電動汽車的看法是,它非常適合短途通勤、城市代步或特定用途(如送貨)。它的便利性是公認的,但續航能力的不足使其無法與汽油汽車在廣闊的道路上競爭。

至於未來……(澤伯先生沉吟片刻,眼中閃爍著思索的光芒)雖然目前的蓄電池技術是制約因素,但科學總是在進步的。如果未來能發明出能量密度更高、重量更輕、充電更快、更耐用的蓄電池,或者建立起便捷的充電網絡,那麼電動汽車無疑將會獲得更大的發展空間。它本身安靜、清潔的特性,以及電氣馬達優異的低速扭矩特性,使其在某些應用場景下具備潛在的優勢。我也注意到當時有人嘗試結合汽油引擎和電動機,用汽油引擎發電為蓄電池充電或直接驅動電動機,這是一種混合動力(Gasoline-electric Trucks)的嘗試,希望能結合兩者的優勢。雖然結構更複雜,但它或許指明了未來的一個方向。但我必須坦承,對於蓄電池技術的突破何時到來,我無法做出精確的預測。但科學的探索永無止境,我對未來的可能性總是保持開放和樂觀的態度。

珂莉奧: 澤伯先生,您的見解深邃而務實,不僅詳細闡述了當時汽車的技術細節,也為我們展現了那個時代工程師的思維和視野。這次對談讓我受益匪淺,對汽車從「不用馬拉的馬車」發展到普及的交通工具的過程有了更深刻的理解。非常感謝您撥冗接受我的訪談。

澤伯先生: (站起身,走到我身邊,溫和地笑著)珂莉奧女士,能與一位來自未來的歷史學家交流,共同回顧這段充滿創造力的時期,這對我而言也是一次難得的體驗。希望我的講述,能幫助您和您的時代的讀者,更好地理解這段歷史,並從中獲得啟發。知識的光芒,是跨越時間與空間的最佳載體。

(光芒再次閃爍,書房中的景象逐漸模糊,我感受到一股柔和的力量將我帶離了這個時空。澤伯先生的身影與他身邊堆滿的圖紙、書籍一同淡去,只留下空氣中溫暖而充滿智慧的餘韻。)

光之對談約定結束

本次光之對談,透過詹姆斯·斯勞·澤伯先生的視角,我們深入探討了1915年前後汽車的歷史發展、關鍵機械構造、輔助系統以及當時的技術挑戰與未來展望。這場跨越時空的交流,幫助我們以更生動、更具臨場感的方式,理解了《Automobiles》這本書所承載的歷史價值和技術智慧。

Automobiles
Zerbe, James Slough, 1850-