Ontwikkelingsgeschiedenis van verbrandingsmotoren
Verbrandingsmotoren zijn ontstaan uit het onderzoek van de Nederlandse natuurkundige Huygens naar het gebruik van buskruitexplosies om kracht te verkrijgen, maar waren niet succesvol vanwege de moeilijkheid om de verbranding van buskruit te beheersen. In 1794 stelde de Engelsman Streit voor om energie te verkrijgen uit de verbranding van brandstof en stelde eerst het concept voor van het mengen van brandstof met lucht. In 1833 stelde de Britse man Wright een ontwerp voor dat rechtstreeks gebruik maakt van de verbrandingsdruk om de zuiger voor zijn werk te duwen.
Halverwege-19e eeuw perfectioneerden wetenschappers de theorie van thermische conversie van mechanische energie die werd opgewekt door de verbranding van kolengas, benzine en diesel. Dit legde de basis voor de uitvinding van de verbrandingsmotor. Sinds hun opkomst in de jaren 1860 zijn verbrandingsmotoren met zuigermotoren voortdurend verbeterd en ontwikkeld, en zijn ze relatief complete machines geworden. Het wordt veel gebruikt vanwege het hoge thermische rendement, het brede kracht- en snelheidsbereik, de gemakkelijke aanpassing en de goede manoeuvreerbaarheid. Alle soorten auto's, tractoren, landbouwmachines, machinerie, kleine mobiele krachtcentrales en tanks over de hele wereld worden aangedreven door verbrandingsmotoren. Zeekoopvaardijschepen, binnenvaartschepen en conventionele schepen, evenals enkele kleine vliegtuigen, worden ook aangedreven door verbrandingsmotoren.
In 1860 imiteerde Lenois uit Frankrijk de structuur van een stoommachine en ontwierp en vervaardigde de eerste praktische gasmotor. Dit is een verbrandingsmotor die niet gecomprimeerd is, elektrisch wordt ontstoken en belicht gas gebruikt. Lenois gebruikte voor het eerst elastische zuigerveren in verbrandingsmotoren. Het thermische rendement van deze gasmachine is ongeveer 4%. Barnett uit Groot-Brittannië pleitte voor het comprimeren van brandbare mengsels vóór ontsteking, en schreef later artikelen waarin hij de belangrijke rol van het comprimeren van brandbare mengsels besprak, waarbij hij erop wees dat compressie de efficiëntie van de Lenois-verbrandingsmotor aanzienlijk kan verbeteren.
In 1862 stelde de Franse wetenschapper Rosa de eis voor om de efficiëntie van verbrandingsmotoren te verbeteren na het uitvoeren van een theoretische analyse van het thermodynamische proces, de vroegste viertaktwerkcyclus.
In 1876 paste de Duitse uitvinder Otto het principe van Rosa toe om de eerste, eencilinder, horizontale, 3,2 kW (4,4 pk) viertakt verbrandingsmotor met zuigerplug te creëren. Hij gebruikt nog steeds gas als brandstof, gebruikt vlamontsteking, heeft een toerental van 156,7 tpm, een compressieverhouding van 2,66, een thermisch rendement van 14% en loopt soepel. Destijds was het het hoogste wat betreft zowel vermogen als thermisch rendement. De Otto-verbrandingsmotor is gepromoot en ook de prestaties worden verbeterd.
ontwikkelde de eerste tweetaktgasmotor en stelde deze tentoon op de Parijse Expositie. Met de ontwikkeling van aardolie hebben benzine en diesel, die gemakkelijker te transporteren zijn dan gas, de aandacht van mensen getrokken. Het eerste dat wordt getest is benzine, die gemakkelijk vluchtig is.
In 1883 creëerde Daimler in Duitsland met succes de eerste verticale benzinemotor, die werd gekenmerkt door een laag gewicht en hoge snelheid. In die tijd bedroeg het toerental van andere verbrandingsmotoren niet meer dan 200 toeren per minuut, maar steeg het naar 800 toeren per minuut, wat vooral geschikt was voor de eisen van transportmachines.
In 1892 werd de Duitse ingenieur Diesel geïnspireerd door een stofexplosie in een korenmolen en stelde zich voor dat de lucht die in de cilinder werd gezogen, sterk zou worden gecomprimeerd, waardoor de temperatuur de zelfontbrandingstemperatuur van de brandstof zou overschrijden. Vervolgens werd lucht onder hoge druk in de cilinder geblazen om te ontsteken en te verbranden. Zijn baanbrekende verbrandingsmotor met compressieontsteking (dieselmotor) werd met succes ontwikkeld in 1897, waardoor nieuwe wegen werden geopend voor de ontwikkeling van verbrandingsmotoren. Diesel begon te streven naar de Carnot-cyclus in verbrandingsmotoren om het hoogste thermische rendement te bereiken, maar in werkelijkheid bereikte hij een geschatte isobare verbranding met een thermisch rendement van 26%. De opkomst van de verbrandingsmotor met compressieontsteking heeft grote belangstelling gewekt in de mondiale machine-industrie, en de verbrandingsmotor met compressieontsteking wordt ook wel de dieselmotor genoemd, naar zijn uitvinder. Dit type verbrandingsmotor zal in de toekomst vooral diesel als brandstof gebruiken en wordt daarom ook wel dieselmotor genoemd.
In 1898 werden dieselmotoren voor het eerst gebruikt in vaste generatorsets.
Het werd in 1903 gebruikt als krachtbron voor commerciële schepen en in 1904 op schepen geïnstalleerd.
De eerste diesellocomotief werd in 1913 gebouwd.
Rond 1920 werd het gebruikt in auto's en landbouwmachines.
In 1957 ontwikkelde de federale Duitse ingenieur Wankel een roterende zuigermotor, bekend als de wankelmotor. Het heeft een roterende zuiger met een geschatte driehoek, die een roterende beweging uitvoert binnen een specifiek cilinderoppervlak en werkt in een Otto-cyclus.
De vier belangrijkste onderzoeksinstellingen voor verbrandingsmotoren wereldwijd
1. AVL Lijst GmbH
Het Oostenrijkse AVL-bedrijf werd opgericht in 1948. Het bedrijf is nu een hightechbedrijf met een hoge zichtbaarheid en een goede reputatie in de wereldwijde auto- en motorindustrie. Het is 's werelds grootste particuliere onderneming die zich bezighoudt met het ontwerp en de ontwikkeling van verbrandingsmotoren, onderzoek en analyse van aandrijflijnen, evenals de ontwikkeling en productie van testsystemen en apparatuur.
2. FEV Engine Technology GmbH, Duitsland
FEV in Duitsland is een van 's werelds vier gezaghebbende onderzoeks- en ontwikkelingsinstellingen voor verbrandingsmotoren. Voornamelijk bezig met onderzoek en ontwikkeling van motortechnologie, productie- en testapparatuur met betrekking tot motoren.
3. Ricardo, VK.
Ricardo Company werd in 1915 opgericht door de oprichter Sir Harry Ricardo en heeft een geschiedenis van 106 jaar. In 1915 richtte Harry Ricciardo een bedrijf op genaamd "Engine Patents Ltd", dat nu de voorloper is van Ricciardo. Een van zijn belangrijkste onderzoeksprojecten gaat over de kwestie van de ontstekingshoek van de motor. Hij bouwde een unieke testmotor met variabele compressie - de E35-onderzoeksmotor, die wordt gebruikt om de hoogst beschikbare compressieverhouding (die de detonatiedrempel aangeeft) te meten om de verbrandingseigenschappen van brandstof nauwkeurig te analyseren. De geboorte en het daaropvolgende onderzoekswerk van deze motor vormden de basis voor het brandstofoctaangetal dat we vandaag de dag kennen.
4. Zuidwest Onderzoek Instituut®, SwRI
Southwest Research Institute®, SwRI (Southwest Research Institute) werd in 1947 opgericht als een onafhankelijke, non-profit organisatie voor onderzoek en ontwikkeling van toepassingen, gespecialiseerd in de ontwikkeling en overdracht van technologie. Het is een van de grootste ondernemingen in de Verenigde Staten in zijn soort en voert op contractbasis onderzoek uit voor overheids- en mondiale industriële klanten. De onderzoeks- en ontwikkelingsactiviteiten van het instituut omvatten milieuwetenschappen, motorontwerp en -experimenten, brandstoffen, materialen, smeermiddelen, emissies, vloeistoftechniek, biotechnologie, ruimtewetenschap, beheer van kernafval, enz. Het heeft in totaal 11 vestigingen onder zijn jurisdictie.