Ιστορικό ανάπτυξης κινητήρων εσωτερικής καύσης
Οι μηχανές εσωτερικής καύσης προήλθαν από την έρευνα του Ολλανδού φυσικού Huygens σχετικά με τη χρήση της έκρηξης πυρίτιδας για την απόκτηση ισχύος, αλλά ήταν ανεπιτυχείς λόγω της δυσκολίας στον έλεγχο της καύσης πυρίτιδας. Το 1794, ο Άγγλος Streit πρότεινε την απόκτηση ισχύος από την καύση καυσίμου και πρότεινε για πρώτη φορά την έννοια της ανάμειξης καυσίμου με αέρα. Το 1833, ο Βρετανός Wright πρότεινε ένα σχέδιο που χρησιμοποιεί άμεσα την πίεση καύσης για να ωθήσει το έμβολο για εργασία.
Στα μέσα-19ου αιώνα, οι επιστήμονες τελειοποίησαν τη θεωρία της μηχανικής ισχύος θερμικής μετατροπής που παράγεται από την καύση αερίου άνθρακα, βενζίνης και ντίζελ. Αυτό έθεσε τα θεμέλια για την εφεύρεση του κινητήρα εσωτερικής καύσης. Από την εμφάνισή του στη δεκαετία του 1860, οι κινητήρες εσωτερικής καύσης τύπου εμβόλου βελτιώνονται και αναπτύσσονται συνεχώς και έχουν γίνει σχετικά ολοκληρωμένα μηχανήματα. Έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως λόγω της υψηλής θερμικής του απόδοσης, του ευρέος εύρους ισχύος και ταχύτητας, της βολικής αντιστοίχισης και της καλής ικανότητας ελιγμών. Όλοι οι τύποι αυτοκινήτων, τρακτέρ, γεωργικά μηχανήματα, μηχανήματα μηχανικής, μικροί κινητοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας και δεξαμενές σε όλο τον κόσμο τροφοδοτούνται από κινητήρες εσωτερικής καύσης. Τα εμπορικά πλοία της θάλασσας, τα πλοία εσωτερικής ναυσιπλοΐας και τα συμβατικά πλοία, καθώς και ορισμένα μικρά αεροσκάφη, προωθούνται επίσης με κινητήρες εσωτερικής καύσης.
Το 1860, ο Lenois της Γαλλίας μιμήθηκε τη δομή μιας ατμομηχανής και σχεδίασε και κατασκεύασε την πρώτη πρακτική μηχανή αερίου. Πρόκειται για έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης που δεν συμπιέζεται, αναφλέγεται ηλεκτρικά και χρησιμοποιεί φωτιζόμενο αέριο. Η Lenois υιοθέτησε για πρώτη φορά ελαστικούς δακτυλίους εμβόλου σε κινητήρες εσωτερικής καύσης. Η θερμική απόδοση αυτής της μηχανής αερίου είναι περίπου 4%. Ο Barnett από το Ηνωμένο Βασίλειο υποστήριξε τη συμπίεση εύφλεκτων μιγμάτων πριν από την ανάφλεξη και αργότερα έγραψε άρθρα που συζητούσαν τον σημαντικό ρόλο της συμπίεσης εύφλεκτων μιγμάτων, επισημαίνοντας ότι η συμπίεση μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση της μηχανής εσωτερικής καύσης Lenois.
Το 1862, η Γαλλίδα επιστήμονας Rosa πρότεινε την απαίτηση βελτίωσης της απόδοσης των κινητήρων εσωτερικής καύσης μετά από μια θεωρητική ανάλυση της θερμοδυναμικής διαδικασίας, η οποία ήταν ο πρώτος τετράχρονος κύκλος εργασίας.
Το 1876, ο Γερμανός εφευρέτης Otto εφάρμοσε την αρχή της Rosa για να δημιουργήσει το πρώτο παλινδρομικό βύσμα, μονοκύλινδρο, οριζόντιο, τετράχρονο κινητήρα εσωτερικής καύσης 3,2 kW (4,4 ίππων). Εξακολουθεί να χρησιμοποιεί αέριο ως καύσιμο, χρησιμοποιεί ανάφλεξη με φλόγα, έχει ταχύτητα 156,7 rpm, αναλογία συμπίεσης 2,66, θερμική απόδοση 14% και λειτουργεί ομαλά. Εκείνη την εποχή, ήταν η υψηλότερη τόσο σε ισχύ όσο και σε θερμική απόδοση. Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης Otto έχει προωθηθεί και η απόδοσή του βελτιώνεται επίσης.
ανέπτυξε τον πρώτο δίχρονο κινητήρα αερίου και τον παρουσίασε στην Έκθεση του Παρισιού. Με την ανάπτυξη του πετρελαίου, η βενζίνη και το ντίζελ, που μεταφέρονται ευκολότερα από το φυσικό αέριο, έχουν τραβήξει την προσοχή των ανθρώπων. Το πρώτο που δοκιμάζεται είναι η βενζίνη, η οποία είναι εύκολα πτητική.
Το 1883, η Daimler στη Γερμανία δημιούργησε με επιτυχία τον πρώτο κάθετο κινητήρα βενζίνης, ο οποίος χαρακτηριζόταν από μικρό βάρος και υψηλή ταχύτητα. Εκείνη την εποχή, η ταχύτητα άλλων κινητήρων εσωτερικής καύσης δεν ξεπερνούσε τις 200 στροφές ανά λεπτό, αλλά εκτινάχθηκε στις 800 στροφές ανά λεπτό, ιδιαίτερα κατάλληλο για τις απαιτήσεις των μηχανημάτων μεταφοράς.
Το 1892, ο Γερμανός μηχανικός Diesel εμπνεύστηκε από μια έκρηξη σκόνης σε έναν αλευρόμυλο και οραματίστηκε να συμπιέζει έντονα τον αέρα που αναρροφήθηκε στον κύλινδρο, προκαλώντας τη θερμοκρασία του να ξεπεράσει τη θερμοκρασία αυτανάφλεξης του καυσίμου. Στη συνέχεια, αέρας υψηλής πίεσης διοχετεύθηκε στον κύλινδρο για να αναφλεγεί και να καεί. Ο πρωτοποριακός του κινητήρας εσωτερικής καύσης με ανάφλεξη με συμπίεση (κινητήρας ντίζελ) αναπτύχθηκε με επιτυχία το 1897, ανοίγοντας νέους δρόμους για την ανάπτυξη κινητήρων εσωτερικής καύσης. Ο ντίζελ άρχισε να προσπαθεί να επιτύχει τον κύκλο Carnot σε κινητήρες εσωτερικής καύσης προκειμένου να επιτύχει την υψηλότερη θερμική απόδοση, αλλά στην πραγματικότητα, πέτυχε μια κατά προσέγγιση ισοβαρική καύση με θερμική απόδοση 26%. Η εμφάνιση του κινητήρα εσωτερικής καύσης με ανάφλεξη με συμπίεση έχει προκαλέσει μεγάλο ενδιαφέρον στην παγκόσμια βιομηχανία μηχανών και ο κινητήρας εσωτερικής καύσης με ανάφλεξη με συμπίεση ονομάζεται επίσης κινητήρας ντίζελ από τον εφευρέτη του. Αυτός ο τύπος κινητήρα εσωτερικής καύσης θα χρησιμοποιεί ως επί το πλείστον ντίζελ ως καύσιμο στο μέλλον, επομένως είναι επίσης γνωστός ως κινητήρας ντίζελ.
Το 1898, οι κινητήρες ντίζελ χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά σε σταθερές γεννήτριες.
Χρησιμοποιήθηκε ως πηγή ενέργειας για εμπορικά πλοία το 1903 και εγκαταστάθηκε σε πλοία το 1904.
Η πρώτη ντιζελοκίνητη ατμομηχανή κατασκευάστηκε το 1913.
Γύρω στο 1920 άρχισε να χρησιμοποιείται σε αυτοκίνητα και γεωργικά μηχανήματα.
Το 1957, ο Ομοσπονδιακός Γερμανός μηχανικός Wankel ανέπτυξε έναν κινητήρα με περιστροφικό έμβολο, γνωστό ως κινητήρας Wankel. Διαθέτει ένα περιστρεφόμενο έμβολο με ένα κατά προσέγγιση τρίγωνο, το οποίο εκτελεί περιστροφική κίνηση μέσα σε μια συγκεκριμένη επιφάνεια κυλίνδρου και λειτουργεί σε κύκλο Otto.
Τα τέσσερα μεγάλα ερευνητικά ιδρύματα για κινητήρες εσωτερικής καύσης παγκοσμίως
1. AVL List GmbH
Η αυστριακή εταιρεία AVL ιδρύθηκε το 1948. Η εταιρεία είναι πλέον μια εταιρεία υψηλής τεχνολογίας με υψηλή προβολή και καλή φήμη στην παγκόσμια αυτοκινητοβιομηχανία και βιομηχανίες κινητήρων. Είναι η μεγαλύτερη ιδιωτική εταιρεία στον κόσμο που ασχολείται με το σχεδιασμό και την ανάπτυξη κινητήρων εσωτερικής καύσης, την έρευνα και ανάλυση κινητήρων, καθώς και την ανάπτυξη και κατασκευή συστημάτων και εξοπλισμού δοκιμών.
2. FEV Engine Technology GmbH, Γερμανία
Το FEV στη Γερμανία είναι ένα από τα τέσσερα έγκυρα ιδρύματα έρευνας και ανάπτυξης στον κόσμο για κινητήρες εσωτερικής καύσης. Ασχολείται κυρίως με την έρευνα και την ανάπτυξη τεχνολογίας κινητήρων, παραγωγής και δοκιμών εξοπλισμού που σχετίζεται με κινητήρες.
3. Ricardo, Ηνωμένο Βασίλειο.
Η Ricardo Company ιδρύθηκε από τον ιδρυτή της Sir Harry Ricardo το 1915 και έχει ιστορία 106 ετών. Το 1915, ο Harry Ricciardo ίδρυσε μια εταιρεία με την επωνυμία "Engine Patents Ltd", η οποία είναι τώρα ο προκάτοχος του Ricciardo. Ένα από τα κύρια ερευνητικά του έργα αφορά το ζήτημα της γωνίας προώθησης ανάφλεξης του κινητήρα. Κατασκεύασε μια μοναδική μηχανή δοκιμής μεταβλητής συμπίεσης - ερευνητική μηχανή E35, η οποία χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της υψηλότερης διαθέσιμης αναλογίας συμπίεσης (που δείχνει το όριο έκρηξης) για την ακριβή ανάλυση των χαρακτηριστικών καύσης του καυσίμου. Η γέννηση και οι επακόλουθες ερευνητικές εργασίες αυτού του κινητήρα καθιέρωσαν το σύστημα βαθμολόγησης οκτανίων καυσίμου που βλέπουμε σήμερα.
4. Southwest Research Institute®, SwRI
Το Southwest Research Institute ®, SwRI (Southwest Research Institute) ιδρύθηκε το 1947 ως ανεξάρτητος, μη κερδοσκοπικός οργανισμός έρευνας και ανάπτυξης εφαρμογών που ειδικεύεται στην ανάπτυξη και μεταφορά τεχνολογίας. Είναι μία από τις μεγαλύτερες επιχειρήσεις στις Ηνωμένες Πολιτείες στο είδος της, που διεξάγει έρευνα για κυβερνητικούς και παγκόσμιους βιομηχανικούς πελάτες βάσει συμβάσεων. Οι δραστηριότητες έρευνας και ανάπτυξης του ινστιτούτου περιλαμβάνουν περιβαλλοντική επιστήμη, σχεδιασμό και πειραματισμό κινητήρων, καύσιμα, υλικά, λιπαντικά, εκπομπές ρύπων, μηχανική ρευστών, βιοτεχνολογία, διαστημική επιστήμη, διαχείριση πυρηνικών αποβλήτων κ.λπ. Έχει συνολικά 11 κλάδους υπό τη δικαιοδοσία του.