Historia rozwoju silników spalinowych
Silniki spalinowe wywodzą się z badań holenderskiego fizyka Huygensa nad wykorzystaniem eksplozji prochu do uzyskania mocy, ale nie powiodły się ze względu na trudności w kontrolowaniu spalania prochu. W 1794 roku Anglik Streit zaproponował pozyskiwanie energii ze spalania paliwa i jako pierwszy zaproponował koncepcję mieszania paliwa z powietrzem. W 1833 roku Brytyjczyk Wright zaproponował projekt, który bezpośrednio wykorzystuje ciśnienie spalania do popychania tłoka do pracy.
W połowie-19 wieku naukowcy udoskonalili teorię konwersji termicznej mocy mechanicznej generowanej podczas spalania gazu węglowego, benzyny i oleju napędowego. To położyło podwaliny pod wynalezienie silnika spalinowego. Od czasu ich pojawienia się w latach sześćdziesiątych XIX wieku tłokowe silniki spalinowe były stale udoskonalane i rozwijane, w wyniku czego stały się stosunkowo kompletnymi maszynami. Jest szeroko stosowany ze względu na wysoką sprawność cieplną, szeroki zakres mocy i prędkości, wygodne dopasowanie i dobrą zwrotność. Wszystkie typy samochodów, ciągników, maszyn rolniczych, maszyn inżynieryjnych, małych mobilnych elektrowni i czołgów na całym świecie napędzane są silnikami spalinowymi. Morskie statki handlowe, statki śródlądowe i konwencjonalne, a także niektóre małe samoloty również są napędzane silnikami spalinowymi.
W 1860 roku Lenois z Francji naśladował konstrukcję silnika parowego i zaprojektował i wyprodukował pierwszy praktyczny silnik gazowy. Jest to silnik spalinowy, który jest nieskompresowany, zapalany elektrycznie i wykorzystuje oświetlony gaz. Lenois jako pierwszy zastosował elastyczne pierścienie tłokowe w silnikach spalinowych. Sprawność cieplna tej maszyny gazowej wynosi około 4%. Barnett z Wielkiej Brytanii opowiadał się za sprężaniem mieszanin palnych przed zapłonem, a później pisał artykuły omawiające ważną rolę sprężania mieszanin palnych, wskazując, że sprężanie może znacznie poprawić wydajność silnika spalinowego Lenois.
W 1862 roku francuska uczona Rosa zaproponowała wymóg poprawy sprawności silników spalinowych po przeprowadzeniu teoretycznej analizy procesu termodynamicznego, który był najwcześniejszym czterosuwowym cyklem pracy.
W 1876 roku niemiecki wynalazca Otto zastosował zasadę Rosy do stworzenia pierwszego, jednocylindrowego, poziomego, czterosuwowego silnika spalinowego o mocy 3,2 kW (4,4 KM) z tłokiem posuwisto-zwrotnym. Nadal wykorzystuje gaz jako paliwo, wykorzystuje zapłon płomieniowy, ma prędkość 156,7 obr./min, stopień sprężania 2,66, sprawność cieplną 14% i działa płynnie. W tamtym czasie był najwyższy zarówno pod względem mocy, jak i sprawności cieplnej. Promowano silnik spalinowy Otto i poprawiano jego osiągi.
opracował pierwszy dwusuwowy silnik gazowy i wystawił go na wystawie w Paryżu. Wraz z rozwojem ropy naftowej, uwagę ludzi przyciągnęły benzyny i olej napędowy, które są łatwiejsze w transporcie niż gaz. W pierwszej kolejności testowana jest benzyna, która jest łatwo lotna.
W 1883 roku Daimlerowi w Niemczech udało się stworzyć pierwszy pionowy silnik benzynowy, który charakteryzował się lekkością i dużą prędkością obrotową. W tamtym czasie prędkość innych silników spalinowych nie przekraczała 200 obrotów na minutę, a skakała do 800 obrotów na minutę, co było szczególnie odpowiednie dla wymagań maszyn transportowych.
W 1892 roku niemiecki inżynier Diesel, zainspirowany eksplozją pyłu w młynie mącznym, przewidział silne sprężanie powietrza zasysanego do cylindra, powodując, że jego temperatura przekroczy temperaturę samozapłonu paliwa. Następnie do cylindra wdmuchnięto powietrze pod wysokim ciśnieniem, aby zapalić się i spalić. Jego pionierski silnik spalinowy o zapłonie samoczynnym (silnik wysokoprężny) został pomyślnie opracowany w 1897 roku, otwierając nowe możliwości rozwoju silników spalinowych. Diesel zaczął dążyć do osiągnięcia cyklu Carnota w silnikach spalinowych, aby uzyskać jak największą sprawność cieplną, ale w rzeczywistości osiągnął przybliżone spalanie izobaryczne o sprawności cieplnej na poziomie 26%. Pojawienie się silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym wzbudziło duże zainteresowanie w światowym przemyśle maszynowym, a silnik spalinowy o zapłonie samoczynnym od nazwiska jego wynalazcy nazywany jest także silnikiem wysokoprężnym. Ten typ silnika spalinowego będzie w przyszłości głównie wykorzystywał olej napędowy jako paliwo, dlatego nazywany jest również silnikiem wysokoprężnym.
W 1898 r. po raz pierwszy w stacjonarnych zespołach prądotwórczych zastosowano silniki wysokoprężne.
Był używany jako źródło zasilania statków handlowych w 1903 r. i instalowany na statkach w 1904 r.
Pierwsza lokomotywa napędzana silnikiem Diesla została zbudowana w 1913 roku.
Około 1920 roku zaczęto go stosować w samochodach i maszynach rolniczych.
W 1957 roku federalny niemiecki inżynier Wankel opracował silnik z tłokiem obrotowym, znany jako silnik Wankla. Posiada obrotowy tłok o przybliżonym kształcie trójkąta, który wykonuje ruch obrotowy w obrębie określonej powierzchni cylindra i działa w cyklu Otto.
Cztery główne instytucje badawcze zajmujące się silnikami spalinowymi na całym świecie
1. AVL List GmbH
Austriacka firma AVL została założona w 1948 roku. Obecnie firma jest firmą zaawansowaną technologicznie, cieszącą się dobrą widocznością i dobrą reputacją w światowym przemyśle motoryzacyjnym i silnikowym. Jest największą na świecie prywatną firmą zajmującą się projektowaniem i rozwojem silników spalinowych, badaniami i analizami układów napędowych, a także rozwojem i produkcją systemów i sprzętu testującego.
2. FEV Engine Technology GmbH, Niemcy
FEV w Niemczech jest jedną z czterech wiarygodnych instytucji badawczo-rozwojowych na świecie w zakresie silników spalinowych. Zajmuje się głównie badaniami i rozwojem technologii silników, produkcją i testowaniem sprzętu związanego z silnikami.
3. Ricardo, Wielka Brytania.
Firma Ricardo została założona przez jej założyciela Sir Harry'ego Ricardo w 1915 roku i ma 106-letnią historię. W 1915 roku Harry Ricciardo założył firmę o nazwie „Engine Patents Ltd”, która jest obecnie poprzednikiem Ricciardo. Jednym z jego głównych projektów badawczych jest problematyka kąta wyprzedzenia zapłonu silnika. Zbudował unikalny silnik do badania zmiennej kompresji – silnik badawczy E35, który służy do pomiaru najwyższego dostępnego stopnia sprężania (wskazującego próg detonacji) w celu dokładnej analizy charakterystyki spalania paliwa. Narodziny i późniejsze prace badawcze tego silnika ustanowiły obecny system liczby oktanowej paliwa.
4. Instytut Badań Południowo-Zachodnich®, SwRI
Southwest Research Institute®, SwRI (Southwest Research Institute) został założony w 1947 roku jako niezależna organizacja non-profit zajmująca się badaniami i rozwojem zastosowań, specjalizująca się w rozwoju i transferze technologii. Jest jednym z największych tego typu przedsiębiorstw w Stanach Zjednoczonych, prowadzącym w ramach kontraktów badania dla rządu i globalnych klientów przemysłowych. Działalność badawczo-rozwojowa instytutu obejmuje nauki o środowisku, projektowanie i eksperymenty silników, paliwa, materiały, smary, emisje, inżynierię płynów, biotechnologię, naukę o kosmosie, gospodarkę odpadami nuklearnymi itp. Pod jego jurysdykcją znajduje się łącznie 11 oddziałów.