Inventarea motorului cu ardere internă

Multe invenţii şi realizări pot fi considerate săbii cu două tăişuri, fiind atât benefice, cit şi periculoase pentru omenire. În această categorie se încadrează şi motorul cu ardere internă. El a dus la poluare şi a accelerat încălzirea globală. Dar fără el, poate că oamenii n-ar fi zburat niciodată şi n-ar fi străbătut pământul pe autostrăzi, munca fermierilor şi muncitorilor ar fi rămas la fel de grea, iar disponibilitatea pe scară largă a electricităţii pentru iluminare şi acţionarea aparatelor electrocasnice ar fi fost realizată abia câteva decenii mai târziu.

Motorul cu ardere internă a fost energia care a favorizat progresul în secolul al XX-lea, fiind şi în prezent în slujba noastră. Motoarele cu aburi, care foloseau apă încălzită prin arderea lemnului iar, mai târziu, a cărbunelui, au avut o evoluţie lentă de-a lungul primului mileniu. Cu toate acestea, prezentau câteva neajunsuri importante, care le limitau aplicaţiile. Motoarele cu aburi erau voluminoase, greu de pornit sau de oprit, şi - iar acesta este un „şi” foarte important - periculoase, provocând frecvent explozii ale cazanelor şi arsuri de la aburii prea fierbinţi.

Motorul cu ardere internă a rezolvat aceste neajunsuri. În cadrul procesului arderii interne, un piston culisează în interiorul unui cilindru în care un amestec de aer şi combustibil este comprimat şi aprins. Explozia rezultată împinge pistonul, producând energie mecanică. În acest fel, se elimină cazanele externe, valvele de siguranţă, curelele lungi de transmisie şi articulaţiile. Expansiunea gazelor arse are loc într-un spaţiu închis, rezultând astfel un randament sporit faţă de generarea aburului.

Prin urmare, motoarele cu puteri relativ mari, între 10 şi 100 de cai-putere, pot fi construite cu o masă mai mică de 250 kg. Acest fapt a fost extrem de important atunci când a apărut necesitatea unor motoare uşoare, care să acţioneze automobilul şi avionul. Experimentele în jurul principiului arderii interne au început cu mult înaintea „epocii aburului”. Jean de Hauteville folosea gazele rezultate în urma aprinderii prafului de puşcă pentru a acţiona un motor de mici dimensiuni, dar fără valoare practică. Celebrul inginer olandez Christiaan Huygens şi francezul Denis Papin au realizat, de asemenea, în ultimul deceniu al secolului al XVII-lea, o serie de experimente cu motoare cu praf de puşcă.

Avea să mai treacă încă un secol înainte ca motorul să reintre în centrul atenţiei pentru realizarea şi punerea sa în practică. În anii 1790 erau disponibili şi alţi combustibili potenţiali în locul prafului de puşcă, precum gazele explozive, alcoolul, iar, la scurt timp, şi produsele distilate din petrol. În 1794, Robert Street a obţinut un brevet britanic pentru un mecanism care poate fi considerat primul motor cu ardere internă adevărat, care putea fi utilizat.

Acesta consta dintr-un cilindru cu un piston articulat cu un braţ pivotant ce acţiona o simplă pompă de apă. Cilindrul, înconjurat de un perete dublu de răcire cu apă, se prelungea într-un cuptor în care se încingea până la o temperatură la care amestecul de aer şi combustibil din interior se aprindea. Combustibilul se scurgea în interiorul cilindrului datorită gravitaţiei, iar aerul trebuia pompat manual în timpul funcţionării motorului şi, în acest fel, mecanismul dădea rezultate.

La scurt timp după aceea, un grup de inventatori şi ingineri a încercat să aducă îmbunătăţiri modelului lui Street. Curând s-a făcut propunerea comprimării spaţiului din interiorul cilindrului înaintea aprinderii amestecului gazos, pentru a creşte astfel puterea de împingere, precum şi folosirea unui amestec de hidrogen şi de aer drept carburant. În 1823, Samuel Brown a început să construiască şi să comercializeze în Anglia motoare cu gaz. În 1824, inginerul francez Nicolas Carnot publică tratatul Consideraţii privind forţa motrice a căldurii, care conţinea o mare parte din ceea ce urma să devină teoria de bază a principiului modern al combustiei interne. Cu toate acestea, Carnot, care era un teoretician, nu a încercat să construiască efectiv motoare.

Un progres important a fost realizat de William Barnett la sfârşitul anilor 1830. El a aplicat principiul comprimării, propus în anii 1800, şi a brevetat un astfel de motor în 1838. De asemenea, Barnett a construit şi primul motor în doi timpi funcţional, la care a folosit o pompă externă de aer şi combustibil. Principiul motorului în doi timpi combina ciclurile de aspiraţie/aprindere şi de detentă/evacuare ale motorului în patru timpi, găsindu-şi o largă aplicabilitate în realizarea ulterioară a motoarelor diesel şi a micilor motoare pe benzină, în plus, Barnett - un pionier aproape necunoscut al acestui domeniu - a conceput un sistem cu „flacără de aprindere”, care a devenit popular ca metodă de aprindere a combustibilului anterior inventării bujiei electrice.

Între anii 1840-1850, inventatorii au testat o gamă întreagă de variante ale motoarelor deja realizate. În 1860, francezul Etienne Lenoir a realizat şi a vândut cu succes un motor care combina unele elemente ale tehnologiei motorului cu aburi - folosea valve cu manşoane culisante pentru aspiraţie şi evacuare - cu gazul lampant drept combustibil. Deşi motorul avea pierderi mari de combustibil şi o putere redusă, Lenoir a reuşit să vândă câteva sute de bucăţi.

În anii 1860 s-au răspândit, prin intermediul lucrărilor lui Alphonse Beau de Rochas, şi câteva noţiuni importante de teorie cu caracter practic. Beau de Rochas a subliniat câteva aspecte cu privire la îmbunătăţirea motoarelor cu ardere internă într-un articol publicat în 1862. Acesta a observat că puterea şi randamentul optime depind de maximizarea volumului cilindrului cu o suprafaţă minimă de răcire, a vitezei şi raportului gazelor de explozie, precum şi a presiunii (comprimării) combustibilului aprins. El a detaliat, de asemenea, progresia ce urma să devină standard a ciclului în patru timpi: aspiraţia, comprimarea, detenta şi evacuarea.

Beau de Rochas, asemenea lui Carnot, era exclusiv un teoretician, nu un constructor. În schimb, Nikolaus Otto era constructor şi a folosit principiile lui Beau de Rochas pentru a realiza şi a vinde primul motor modern cu ardere internă. Otto a început să construiască motoare în 1867 prin intermediul firmei Otto & Langen din Germania. Primele sale produse erau variaţii ale unui model cu „piston liber” preluat de la motorul cu aburi. Acest tip de motor utiliza o aprindere electrică şi un sistem de transmisie cu cremalieră şi roată dinţată; deşi zgomotos şi cu o putere redusă, modelul era superior motorului lui Lenoir.

În 1876 Otto a îmbunătăţit designul primelor sale motoare, producând un motor în patru timpi care avea acelaşi principiu de bază ca modelele folosite şi la ora actuală pe scară largă. Otto a obţinut un brevet american în 1877, iar în anul următor a început să-şi comercializeze motoarele în Statele Unite. Otto & Langen a vândut, până la începutul anilor 1890, 50.000 de motoare cu o putere combinată de 200.000 CP. În aceeaşi perioadă au avut loc şi alte realizări, dar aplicarea lor generalizată s-a concretizat abia în secolul al XX-lea. În 1873, George Brayton a inventat un motor cu două pistoane care utiliza arderea la presiune constantă, reprezentând un precursor al turbinei cu gaze.

În 1895, Rudolph Diesel a început să lucreze la un motor cu „aprindere prin compresie”, în care căldura aerului comprimat în interiorul cilindrului aprindea combustibilul fără a fi nevoie de bujii. Anii de dinainte şi de după începutul secolului al XX-lea se caracterizează printr-o creştere neîncetată a numărului de aplicaţii pentru motorul cu ardere internă, ajungând şi, la scurt timp, depăşind aplicaţiile aburului. Charles Duryea a adoptat motorul cu benzină pentru noua „trăsură fără cai”, în vreme ce fraţii Wright au fost primii oameni care au zburat, folosind în acest scop un motor pe benzină cu o greutate redusă, special creat. În scurtă vreme, fermierii au renunţat la catâri şi cai, urcându-se la volanul unui John Deere sau al unui alt tip de tractor. Henry Ford i-a pus pe americani „pe drumuri”, cu ajutorul motoarelor cu ardere internă.

De-a lungul timpului s-au adăugat cilindri - doi, patru, şase, opt şi chiar mai mulţi - şi au apărut dispozitive menite să limiteze gradul de poluare şi să economisească combustibil, numai că motorul cu ardere internă este în continuare extrem de asemănător cu modelul brevetat de Otto în anii 1870. Omul a reuşit să folosească energia atomului în aplicaţii de mari proporţii, cum ar fi generarea energiei electrice, dar motorul cu ardere internă nu a fost încă înlocuit de un motor acţionat electric sau într-un alt mod. Bun sau rău, acesta va mai rămâne printre noi, cel puţin pentru o vreme.

Check Also

Inventarea telegrafului

Ceea ce este interesant de remarcat este că Samuel F.B. Morse, inventatorul telegrafului, şi-a început …

Inventarea telefonului

Inventarea telefonului Inventarea telefonului, Invenţii, Telefon În mod ironic, inventarea telefonului a fost marcată de o lipsă …

Inventarea tancului

Ca armă militară, tancul a schimbat pentru totdeauna aspectul bătăliilor terestre. Acesta a apărut ca …

Inventarea şurubului

Se spune că în timpul unei vizite în Egipt, filozoful grec Arhimede ar fi realizat un …

Inventarea submarinului

Nu este nevoie să ne gândim prea mult pentru a putea aprecia efectul submarinului asupra …