Przewietrzanie wnętrza samochodu - część 2

Pierwszą część historii rozwoju wentylacji wnętrza samochodu zakończyliśmy na etapie, gdy jako tzw. odpowietrznik służyła uchylna przednia szyba pojazdu. A co wydarzyło się później?

Do najprostszych i najczęściej stosowanych w latach 20. i 30. mechanizmów pozwalających na sterowanie „odpowietrzników” należały uchwyty przegubowe i śrubowo-teleskopowe.

Pierwsze z nich składały się z dwóch połączonych ze sobą przegubowo krótkich dźwigienek, z których jedna umocowana była do ramy odpowietrznika (szyby uchylnej), a druga kątowa, zwykle zakończona gałką uchwytową, była osadzona obrotowo na sworzniu umocowanym na desce rozdzielczej. Obrót dźwigienki powodował wychylanie odpowietrznika, a śruba z gałką służyła do zaciskania dźwigienki na sworzniu w dowolnym położeniu.

Przy uchwytach śrubowo-teleskopowych obracanie gałką lub korbką osadzoną w oprawce i umocowanej wahliwie na desce rozdzielczej powodowało wysuwanie trzpienia śruby, której koniec mocowany był do ramy szyby odpowietrznika. Oba wspomniane typy mechanizmów pozwalały jednak tylko na nieznaczne otwarcie odpowietrznika ( szyby uchylnej) i ustawienia go w pozycji, w której rama szyby pozostawała jednak w polu widzenia na tle maski. Co nie było korzystne ze względów bezpieczeństwa.

Istniały jednak i inne mechanizmy pozwalające na podniesienie odpowietrznika pod większym kątem, czyli na taką wysokość, że pod tworzyła się wolna przestrzeń do swobodnej obserwacji drogi. Należały do nich np. mechanizmy nożycowe, w których ruch obrotowy gałki lub korbki, zbliżał ramiona, podnosząc przy tym lub opuszczając odpowietrznik.

Jeszcze inny rodzaj urządzeń to mechanizmy „łańcuszkowe”, gdzie odpowietrznik sterowany był specjalnie ukształtowanym metalowym łańcuszkiem zmieniającym swą charakterystykę w zależności od kierunku przesuwania. Podczas ruchu korbką mechanizmu w jednym kierunku łańcuszek był swobodnie zwinięty, zaś przy ruchu w drugą stronę jego ogniwa opierały się wzajemnie o siebie, tworząc z łańcuszka sztywną całość, czyli rodzaj cięgła.

Wspominając o wadach (do tych wcześniej wspomnianych) należy do nich dodać także to, że odpowietrznik jako remedium na świeże powietrze w aucie nie zawsze dobrze sprawdzał się np. w czasie chłodów, słoty, a tym bardziej ulewnego deszczu.

Inną, również uważaną za poważną wadę przyczyną poszukiwań innych rozwiązań e temacie wentylacji nadwozi samochodowych było ograniczenie pola widzenia spowodowane choćby koniecznością obecności solidnej ramy mocującej. Powód może dyskusyjny w porównaniu z dzisiejszymi elementami konstrukcji ramy przedniego okna i przekroju słupków…, ale tym razem to walka między bezpieczeństwem dwojakiego rodzaju- biernym i czynnym.  Na razie zwycięża bierne, ale jak będzie za kilka lat???

Właściwie powinno się powiedzieć klapy i otwory, bo chodzi o powszechne w latach 30. systemy przewietrzania jak powodzilibyśmy dzisiaj „hybrydowe”, czyli wykorzystujące zarówno odpowietrzniki (szyby uchylne) jak i umieszczane najczęściej pod i nad nimi, czyli na tzw. podszybiu i czołowej powierzchni dachu (powierzchni naporowej) szczeliny służące do chwytania powietrza.

Ciekawostka! W polskiej nomenklaturze technicznej z lat 30. specjalnie ukształtowane otwory w dachu określano jako tzw. pyszczki. Innym, nieco bardziej zaawansowanym rozwiązaniem było ukształtowanie krawędzi górnej belki ramy okna ponad odpowietrznikiem tak, że od strony wewnętrznej tworzyła się wypukłość w rodzaju „kieszeni”, a ilość dostającego do wnętrza powietrza mogła być regulowana za pomocą umieszczonych tam ruchomych przysłon, czyli tzw. szyberków. Zaletą tego sposobu było dobre rozprowadzanie powietrza pod samym dachem bez powodowania przeciągów i wiania oraz zabezpieczenie przed dostawaniem się do wnętrza deszczu.

Drugi typ stosowanych od lat 30. i rozpowszechnionych w latach 40. otworów wentylacyjnych to otwory umieszczone na przedniej części nadwozia tuż za maską, na górnej jej płaszczyźnie tuż przed odpowietrznikiem ( na podszybiu), bądź też na bocznych powierzchniach nadwozia tuż za przegrodą czołową.

Nie należy ich mylić z innymi otworami i klapami, które często znajdowały się na bokach maski silnika. Te z reguły zamykane były regulowanymi za pomocą cięgieł dopasowanymi do kształtu otworu klapami, a ich główną rolą (co zresztą wynika z rozkładu ciśnień) było nie tyle kierowanie powietrza do wewnątrz pojazdu co usuwanie nadmiaru nagrzanego powietrza z komory silnika.

Wracając do bocznych klap wentylacyjnych w nadwoziu, mimo ich skuteczności pod względem wydajności dostarczanego do wnętrza powietrza według niektórych znawców tematu nie było korzystnym rozwiązaniem. Ich zdaniem pozostawienie dostępu powietrza do wnętrza wprost wyłącznie z samych tych otworów było wręcz rozwiązaniem błędnym, ponieważ w zimnej porze mogło powodować skutki uboczne, np. nieprzyjemne zawirowania w dolnej części nadwozia (wianie po nogach) oraz podrywanie do góry najbardziej zanieczyszczonego powietrza gromadzącego się w dolnej przestrzeni przegrody czołowej, gdzie mogły się przesączać się również spaliny i opary z silnika.

Błędnym według nich było również umieszczanie bocznych otworów z klapami zaraz za szczelinami powietrznymi maski (którymi do komory silnika dostawało się powietrze zasilające układ paliwowy), ponieważ wylatujące przez nie rozgrzane i zanieczyszczone powietrze z komory silnikowej również mogło się dostawać do wnętrza nadwozia.

Wniosek! Przy otworach wentylacyjnych z klapami bocznymi za konieczne uznawano uzupełnienie otworów chwytających powietrze w kanały i doprowadzenie go do właściwego miejsca użycia.

Zauważmy przy okazji, że wraz z klapami pojawiło się więc dodatkowe urządzenie, czyli odpowiednio zaprojektowane chwyty powietrza montowanego w komorze silnikowej oraz odpowiednio uformowane i umiejscowione kanały lub przewody elastyczne połączone ze otworami ze szczelinami znajdującymi się wewnątrz na górnej powierzchni tablicy przyrządów. A to już tylko krok do tego, co mimo że niewidoczne, znajdziemy w każdym współczesnym samochodzie!

Porządkując chronologicznie! Zadaniem tego rozwiązania było więc na początku skierowanie dostającego się do wnętrza kabiny pasażerskiej powietrza do góry po powierzchni przedniej szyby powodując równomierne rozprzestrzenianie się we wnętrzu, ze szczególnym uwzględnieniem skierowania go na twarze jadących (w tym przypadku na przednich siedzeniach).

Bardziej zaawansowana forma tego rozwiązania polegała na rozbudowaniu systemu kanałów także w bocznych ścianach nadwozi, aż do tylnych siedzeń. Ciągle mówimy o konstrukcjach z końca lat 30. ale to właśnie kanałowe rozprowadzanie powietrza stało się punktem wyjścia do projektowania systemów przewietrzania wnętrz nadwozi samochodów począwszy od lat 50. i z powodzeniem funkcjonujących w samochodach współczesnych.

Według zamieszczanych w prasie motoryzacyjnej opinii specjalistów zajmujących się systemami wentylacji samochodowej dużą zaletą pobierania powietrza przez otwory z klapami była dodatkowo możność umieszczenia przy klapach lub w kanałach siatek , a nawet filtrów powietrznych, oczyszczających powietrze z kurzu. Za kłopotliwe natomiast uważano konieczność dodatkowego zabezpieczania systemu wentylacji przed przedostawaniem się wody deszczowej.

Uwaga…,mówimy o protoplastach systemów, które dziś określamy jako filtracja kabinowa! W niektórych droższych samochodach klasy premium urządzenie wentylacyjne z pobieraniem powietrza przez otwory mogło być łączone z urządzeniem ogrzewającym (np. dodatkową chłodniczką zasilaną ciepłą wodą z układu chłodzenia silnika).

Historii systemów ogrzewania i klimatyzowania przestrzeni pasażerskich poświęcone będzie osobne opracowanie, ale jako ciekawostkę można już teraz wspomnieć, że w autach luksusowych ( ale też w np. autobusach z lat 30. jako wyposażenie dodatkowe montowano czasem urządzenia do ogrzewania kierownic).

Przeciwstawieniem, a zarazem uzupełnieniem wspomnianych już urządzeń wentylacyjnych doprowadzających powietrze do wnętrza wozu były miejsca lub urządzenia mające na celu odprowadzanie zużytego powietrza. Zgodnie z logiką i zasadami aerodynamiki powinny się zwykle znajdować w miejscach, gdzie na powierzchni nadwozia panuje podciśnienie wysysające powietrze z wnętrza wozu.

I znowu historyczne! Z teoretycznego punku widzenia najprostszym rozwiązaniem byłoby po prostu otwieranie okna w tylnej ścianie. Ale! Mimo, że już w latach 20., a potem 30. budowano auta luksusowe wyposażone w otwierane tylne okno, to jak możemy sądzić po opiniach ówczesnych specjalistów, były to konstrukcje kosztowne i dlatego decydowali się na nie najczęściej bogaci klienci zmawiający nadwozia w wyspecjalizowanych firmach karoseryjnych.

Producenci nazwijmy to aut standardowych skłaniali się ku innemu rozwiązaniu, a mianowicie uchylnym szybom ostatnich okien bocznych, gdzie szyba mogła być wychylana na zewnątrz dookoła przedniej krawędzi osadzonej na zawiasach w ramie.

Wystając poza obrys nadwozia podczas jazdy na jej zewnętrznej jej powierzchni powstawało nadciśnienie, a na wewnętrznej podciśnienie powodujące samoczynne wysysanie zużytego powietrza z wnętrza.

Na marginesie! Pamiętajmy, że w latach 20. i 30. przy ówczesnych technologiach produkcji nadwozi duży wpływ na jego jakość miały przedostające się licznymi otworami zanieczyszczenia powstające w komorze silnika.

Warto również zwrócić uwagę na jeszcze jeden mocno akcentowany przez ówczesnych specjalistów aspekt bezpośrednio związany z koniecznością regulacji ilości powietrza w przestrzeni pasażerskiej. Chodziło mianowicie o to, że stały dopływ masy powietrza bez zapewnienia odpływu powodowałby powstawanie (niewielkiego wprawdzie), ale co stwierdzono na podstawie wyników prowadzonych badań, niekorzystnie wpływającego na organizm nadciśnienia. Z kolei zbyt duże otwory pozwalające na usuwanie powietrza zwiększałoby podciśnienie i możliwość zasysania np. bardziej gorącego powietrza z komory silnikowej.

Dziś oczywiście sytuacja wygląda zupełnie inaczej i to kilku zasadniczych powodów. Po pierwsze wentylacja wnętrza (mowa o tej bardzo rzadkiej bez systemów klimatyzacji) jest głównie oparta na wymuszonym i kontrolowanym obiegu powietrza we wnętrzu pojazdu, jak również istnieje całkowita możliwość oddzielania i izolacji komory silnikowej (np. eliminacja mechanicznych urządzeń sterowania silnika i pedałów).

Idąc niejako „za ciosem” jeszcze w latach 30. a na dobre w 40.i 50. minionego stulecia powielono patent z boczną szybą obrotową także w oknach drzwi przednich.
Doskonale funkcjonowała jeszcze w latach 70. i na pewno pamiętają ją użytkownicy Warszaw M20, Syren, a potem polskich fiatów PF125p i 126p.

Najbardziej chyba uniwersalne urządzenie wentylacyjne składające się z opuszczanej lub przesuwnej szyby bocznej i trójkątnej lub prostokątnej mniejszej szyby, obracanej wokół własnej osi. W Polsce uchylne trójkątne szyby bocznie potocznie nazywano fletnerami.

Przy częściowym obróceniu szyby wysuwającym na zewnątrz tylna jej krawędź, powstające jak już wiemy na wewnętrznej jej powierzchni podciśnienie, powoduje wysysanie poza szybą powietrza z wewnątrz, nadciśnienie zaś, panujące na zewnętrznej jej powierzchni, powoduje spokojny dopływ do samochodu powietrza z zewnątrz, tak że na około obróconej szyby powstaje cyrkulacja powietrza bez powodowania przewiewów.

Przy dalszym obracaniu szyby i ustawieniu jej tak, że jej tylna krawędź skierowania zostanie na ukos do przodu „zgarnia” ona do wnętrza bardzo intensywny strumień powietrza, dzięki czemu istnieje możliwość, zwłaszcza w aucie posiadającym po dwie takie obracane szybki na jednym boku, regulacji przewietrzania wozu w bardzo szerokim zakresie i przystosowania jej do panującej pogody i ochoty jadących.

Podsumowując rozwój konstrukcji systemów przewietrzania wnętrz nadwozi samochodowych od początku ich historii do czasu wybuchu II Wojny Światowej należy dodać, że stosowane były też prostsze pomocnicze urządzenia wentylacyjne. Wymieniając je w skrócie warto np. przypomnieć te wykorzystujące np. to, że w wielu modelach aut szyby nie były umieszczone równo z powierzchnią samego nadwozia, lecz były nieco cofnięte.

Zamierzonym skutkiem tego rozwiązania było zróżnicowanie ciśnień i uzyskanie korzystnej cyrkulacji powietrza w czasie jazdy z uchyloną szybą boczną. Niektórzy producenci poszli jeszcze dalej stosując dzielone w poziomie i dwuczęściowe szyby w oknach przednich. Górna nieruchoma cześć szyby wystawała nieco poza płaszczyznę dolnej ruchomej części szyby, co po nieznacznym opuszczeniu jej poniżej krawędzi wstawki powodowało podciśnienie i wysysanie powietrze z wnętrza.

Przy dalszym opuszczeniu szyby następował spokojny dopływ świeżego powietrza do wnętrza. Wspomnijmy też o rozwiązaniach najprostszych z prostych, jak choćby odchylana w poziomie do góry boczna szyba okna drzwi w popularnych Citroënach 2CV i o obecnych ( a jakże) otwieranych dachach, które również jak dziś popularne były w samochodach z lat i to już począwszy od lat 20.

Oczywiście istnieje cały szereg teorii związanych z konstrukcjami otwieranych dachów i stąd spotykane wśród producentów najróżniejsze systemy, ale zasada pozostaje ciągle ta sama. Otwór w dachu powinien być wybrany w miejscu, w którym na powierzchni nadwozia panuje podciśnienie po to, żeby mógł być wykorzystany do odprowadzania powietrza z wnętrza. W innym przypadku otwarty dach zmieniłby się w pompę powietrza powodując skutek dokładnie odwrotny do zamierzonego.

Za korzyść takiego sposobu dopływu powietrza uważano też powstałe przy uchyleniu szyby nadciśnienie powodujące, że nie przedostawały się do wnętrza spaliny i opary z silnika, oraz to, że istniejące w przestrzeni pasażerskiej nadciśnienie osłabiało lokalne ruchy powietrza będące źródłem powstawania przewiewów. Odpływ powietrza odbywał się w tym przypadku przez istniejące nieszczelności w nadwoziu, np. przez szczeliny między drzwiami i ich obsadą, otwory w podłodze i w przegrodzie czołowej.

Podane tu przykłady dotyczą sposobów i konstrukcji związanych z przewietrzaniem i wentylacją wnętrz nadwozi samochodów z końca lat 30., ale przecież tak naprawdę rozwój tych systemów nastąpił prawie dekadę później wraz z powojennym odradzeniem się i ekspansją motoryzacji indywidualnej.

Żeby jednak było chronologicznie to należy zauważyć, że pierwsze próby zamiany dotychczasowych nazwijmy to metod „naturalnych”, czyli polegających na wykorzystaniu strumienia powietrza opływającego bryłę nadwozia zaczęto podejmować już na początku lat 20. wraz z pojawieniem się na rynku w 1921 r. pierwszych małych wentylatorów elektrycznych (Knapp Limo-Sedan Fan).

Co prawda montowano je wtedy jedynie opcjonalnie do aut zamawianych w firmach karoseryjnych, ale co jak zostało wcześniej wspomniane, dało dobry początek.
Rozwój systemów wentylacji nadwozi samochodowych, w których wentylator elektryczny i odpowiednio zaprojektowane kanały rozprowadzające powietrze wewnątrz nadwozi stanowiły standardowy element wyposażenia to praktycznie wczesne lata 40., a ich właściwy rozwój nastąpił dopiero pod koniec piątej dekady XX w., kiedy w standardzie pojawił już nie sposoby przewietrzania wnętrz, a szczegółowo zaprojektowane systemy.

Przepis w zasadzie był jeden i pod względem merytorycznym nie różni się od tego, który widzimy w niemal każdym współczesnym aucie. Odizolowany od komory chwyt powietrza, wentylator elektryczny, przewody i kanały powietrzne połączone również z urządzeniami grzewczymi oraz układ sterowania.

Proste?! Tylko z pozoru…,ponieważ! Minęły długie poświęcone na udoskonalanie konstrukcji nadwozi zarówno pod względem poprawy ich cech użytkowych jak i dbałości o zapewnienie bezpieczeństwa jadących. Po upowszechnieniu się tzw. stref zgniotu kontrolowanego przegrody czołowe stały się ostatni bastionami gwarantującymi bezpieczeństwo pasażerów i w związku z tym stały się szczelną kurtyną i nie przenikliwą dla powietrza z zewnątrz.

A tak na marginesie! Już w 1934 r. w Citroënie 7CV zastosowano szczelną przegrodę czołową izolowaną przy pomocy specjalnych materiałów pochłaniających ciepło. To pierwszy powód ku temu, żeby powietrze służące do wentylacji wnętrza chwytane było osobno. Drugi to aerodynamika, która przez lata dostateczne zadbała o to żeby samochód był dla powietrza mniej widzialny.

Żadne więc „przewietrzniki”, szyby uchylne czy cofnięte poza boczny obrys nie mają szans. Liczy się to co gładkie i nie stawia oporu! Rozwiązanie! To, które funkcjonuje do dziś, czyli niezależny chwyt zasysający powietrze dzięki pracy wentylatora wymuszający jego ruch począwszy od wpompowania w system wentylacji aż po jego optymalne rozprowadzenie.

Za to (traktując temat historyczne) do lat 80. odpowiedzialne były odpowiednio ukształtowane i przeprowadzane wewnątrz nadwozi kanały i przewody wraz z precyzyjnie umieszczonymi nawiewami i cały system regulowanych najczęściej mechanicznie przepustnic. Dopiero w latach 90. i torującą sobie drogę w branży motoryzacyjnej elektronika pokrętła i suwaki na dobre zaczęły ustępować sensorom i mikroprocesorom.

Tak mamy do dziś z tym tylko, że mniej więcej od początku lat 80. nie wystarcza nam już zwykle powietrze i musimy je mieć coraz bardziej dokładnie przefiltrowane (stąd nowe spektrum działalności w postaci ciągłego udoskonalania filtracji kabinowej). Coraz bardziej zauważamy też wpływ komfortu, który ze zwykłej wygody już dawno stał się warunkiem koniecznym bezpieczeństwa, stąd np. upowszechnienie klimatyzacji w samochodach.

Co będzie jutro i jak opiszemy metody przewietrzania wnętrz w pojazdach za kilka, kilkanaście lub kilkadziesiąt lat. Jakie będą? Czy klimatyzowane bańki z własnym środowiskiem naturalnym wybieranym według życzenia i warunków zdrowotnych podróżujących…, czy ze względu cudowne uzdrowienie klimatu, te „naturalne” takie jak dawniej, gdzie czyste powietrze najpierw wpada, a potem opuszcza pojazd bez „śladu węglowego”.

Zapraszamy do przeczytania pierwszej części tej niezwykle ciekawej historii motoryzacji – „Przewietrzanie wnętrza samochodu – część 1„.

Zdjęcia: polska prasa motoryzacyjna z lat 30. (Auto, AutoTechnika Samochodowa, Przegląd Techniczny), Internet, zdjęcia i archiwum autora.