ประวัติการพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปภายใน
เครื่องยนต์สันดาปภายในมีต้นกำเนิดมาจากการวิจัยของนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ ฮอยเกนส์ เกี่ยวกับการใช้ระเบิดดินปืนเพื่อให้ได้พลังงาน แต่ไม่ประสบความสำเร็จเนื่องจากความยากลำบากในการควบคุมการเผาไหม้ของดินปืน ในปี ค.ศ. 1794 ชาวอังกฤษ Streit ได้เสนอให้ได้รับพลังงานจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง และเสนอแนวคิดเรื่องการผสมเชื้อเพลิงกับอากาศเป็นครั้งแรก ในปีพ.ศ. 2376 ชาวอังกฤษ ไรท์ เสนอการออกแบบที่ใช้แรงดันการเผาไหม้โดยตรงเพื่อดันลูกสูบให้ทำงาน
ในช่วงกลาง-19ศตวรรษที่ นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาทฤษฎีพลังงานกลการแปลงความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ก๊าซถ่านหิน น้ำมันเบนซิน และดีเซลจนสมบูรณ์แบบ นี่เป็นการวางรากฐานสำหรับการประดิษฐ์เครื่องยนต์สันดาปภายใน นับตั้งแต่ถือกำเนิดขึ้นในทศวรรษที่ 1860 เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบได้รับการปรับปรุงและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และกลายเป็นเครื่องจักรที่ค่อนข้างสมบูรณ์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูง ช่วงกำลังและความเร็วที่กว้าง การจับคู่ที่สะดวก และความคล่องตัวที่ดี รถยนต์ รถแทรกเตอร์ เครื่องจักรกลการเกษตร เครื่องจักรวิศวกรรม สถานีไฟฟ้าเคลื่อนที่ขนาดเล็ก และรถถังทุกประเภททั่วโลกล้วนขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายใน เรือค้าขายทางทะเล เรือภายในประเทศ และเรือธรรมดา เช่นเดียวกับเครื่องบินขนาดเล็กบางลำ ก็ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายในเช่นกัน
ในปี พ.ศ. 2403 เมืองเลอนัวส์แห่งฝรั่งเศสได้เลียนแบบโครงสร้างของเครื่องจักรไอน้ำ และออกแบบและผลิตเครื่องยนต์ที่ใช้แก๊สได้จริงเครื่องแรก นี่คือเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ไม่มีการบีบอัด จุดระเบิดด้วยไฟฟ้า และใช้ก๊าซส่องสว่าง Lenois นำแหวนลูกสูบแบบยืดหยุ่นมาใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายในเป็นครั้งแรก ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องแก๊สนี้อยู่ที่ประมาณ 4% Barnett จากสหราชอาณาจักรสนับสนุนการบีบอัดส่วนผสมที่ติดไฟได้ก่อนการจุดระเบิด และต่อมาได้เขียนบทความเกี่ยวกับบทบาทสำคัญของการบีบอัดส่วนผสมที่ติดไฟได้ โดยชี้ให้เห็นว่าการบีบอัดสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายใน Lenois ได้อย่างมาก
ในปีพ.ศ. 2405 โรซา นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสเสนอข้อกำหนดในการปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายใน หลังจากดำเนินการวิเคราะห์ทางทฤษฎีของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ ซึ่งเป็นรอบการทำงานของสี่จังหวะแรกสุด
ในปี พ.ศ. 2419 ออตโต นักประดิษฐ์ชาวเยอรมันได้ใช้หลักการของโรซ่าเพื่อสร้างเครื่องยนต์สันดาปภายในสี่จังหวะแบบลูกสูบเดี่ยวแนวนอน ขนาด 3.2 กิโลวัตต์ (4.4 แรงม้า) ยังคงใช้แก๊สเป็นเชื้อเพลิง ใช้การจุดระเบิดด้วยเปลวไฟ มีความเร็ว 156.7 รอบต่อนาที อัตราส่วนกำลังอัด 2.66 ประสิทธิภาพเชิงความร้อน 14% และวิ่งได้อย่างราบรื่น ในขณะนั้นมีประสิทธิภาพด้านพลังงานและความร้อนสูงสุด เครื่องยนต์สันดาปภายในของ Otto ได้รับการส่งเสริมและประสิทธิภาพก็ดีขึ้นเช่นกัน
พัฒนาเครื่องยนต์แก๊สสองจังหวะเครื่องแรกและจัดแสดงที่ Paris Exposition ด้วยการพัฒนาปิโตรเลียม น้ำมันเบนซิน และดีเซล ซึ่งขนส่งได้ง่ายกว่าก๊าซ ได้ดึงดูดความสนใจของผู้คน สิ่งแรกที่จะทดสอบคือน้ำมันเบนซินซึ่งมีการระเหยง่าย
ในปี พ.ศ. 2426 เดมเลอร์ในเยอรมนีประสบความสำเร็จในการสร้างเครื่องยนต์เบนซินแนวตั้งเครื่องแรก ซึ่งมีน้ำหนักเบาและมีความเร็วสูง ในเวลานั้น ความเร็วของเครื่องยนต์สันดาปภายในอื่นๆ ไม่เกิน 200 รอบต่อนาที แต่เพิ่มขึ้นเป็น 800 รอบต่อนาที เหมาะอย่างยิ่งสำหรับความต้องการของเครื่องจักรในการขนส่ง
ในปี พ.ศ. 2435 วิศวกรชาวเยอรมัน ดีเซล ได้รับแรงบันดาลใจจากการระเบิดของฝุ่นในโรงโม่แป้ง และจินตนาการถึงการอัดอากาศที่ถูกดูดเข้าไปในกระบอกสูบอย่างมาก ส่งผลให้อุณหภูมิของมันเกินอุณหภูมิที่จุดระเบิดได้เองของเชื้อเพลิง จากนั้นจึงเป่าอากาศแรงดันสูงเข้าไปในกระบอกสูบเพื่อจุดไฟและเผาไหม้ เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบจุดระเบิดด้วยการอัด (ดีเซล) ผู้บุกเบิกของเขาได้รับการพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จในปี พ.ศ. 2440 โดยเป็นการเปิดช่องทางใหม่ในการพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปภายใน ดีเซลเริ่มมุ่งมั่นที่จะบรรลุวัฏจักรการ์โนต์ในเครื่องยนต์สันดาปภายในเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุด แต่ในความเป็นจริง เขาประสบความสำเร็จในการเผาไหม้ไอโซบาริกโดยประมาณด้วยประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่ 26% การเกิดขึ้นของเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบจุดระเบิดด้วยการอัดได้กระตุ้นความสนใจอย่างมากในอุตสาหกรรมเครื่องจักรของโลก และเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบจุดระเบิดด้วยการอัดยังได้ชื่อเครื่องยนต์ดีเซลตามชื่อผู้ประดิษฐ์ เครื่องยนต์สันดาปภายในประเภทนี้ส่วนใหญ่จะใช้น้ำมันดีเซลเป็นเชื้อเพลิงในอนาคตจึงเรียกว่าเครื่องยนต์ดีเซล
ในปี พ.ศ. 2441 เครื่องยนต์ดีเซลถูกนำมาใช้ครั้งแรกในชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอยู่กับที่
มันถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับเรือพาณิชย์ในปี 1903 และติดตั้งบนเรือในปี 1904
หัวรถจักรดีเซลคันแรกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2456
ประมาณปี 1920 เริ่มใช้ในรถยนต์และเครื่องจักรกลการเกษตร
ในปี 1957 Wankel วิศวกรของรัฐบาลกลางชาวเยอรมันได้พัฒนาเครื่องยนต์ลูกสูบโรตารีที่เรียกว่าเครื่องยนต์ Wankel มันมีลูกสูบหมุนที่มีรูปสามเหลี่ยมโดยประมาณ ซึ่งทำการเคลื่อนที่แบบหมุนภายในพื้นผิวกระบอกสูบเฉพาะ และทำงานในวงจรออตโต
สถาบันวิจัยหลักสี่แห่งสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในทั่วโลก
1. AVL รายการ GmbH
บริษัท AVL สัญชาติออสเตรียก่อตั้งขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2491 ปัจจุบันบริษัทเป็นบริษัทเทคโนโลยีขั้นสูงที่มีการมองเห็นสูงและมีชื่อเสียงที่ดีในอุตสาหกรรมยานยนต์และเครื่องยนต์ระดับโลก เป็นบริษัทเอกชนรายใหญ่ที่สุดในโลกที่มีส่วนร่วมในการออกแบบและพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปภายใน การวิจัยและวิเคราะห์ระบบส่งกำลัง ตลอดจนการพัฒนาและการผลิตระบบและอุปกรณ์ทดสอบ
2. FEV Engine Technology GmbH ประเทศเยอรมนี
FEV ในเยอรมนีเป็นหนึ่งในสี่สถาบันวิจัยและพัฒนาที่เชื่อถือได้ของโลกสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน ดำเนินธุรกิจหลักในการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีเครื่องยนต์ การผลิต และการทดสอบอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับเครื่องยนต์
3. ริคาร์โด้ สหราชอาณาจักร
Ricardo Company ก่อตั้งโดย Sir Harry Ricardo ผู้ก่อตั้งในปี 1915 และมีประวัติยาวนานถึง 106 ปี ในปี 1915 Harry Ricciardo ได้ก่อตั้งบริษัทชื่อ "Engine Patents Ltd" ซึ่งปัจจุบันเป็นบริษัทบรรพบุรุษของ Ricciardo โครงการวิจัยหลักประการหนึ่งของเขาเกี่ยวกับประเด็นมุมการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ เขาสร้างเครื่องยนต์ทดสอบกำลังอัดแบบแปรผันที่เป็นเอกลักษณ์ - เครื่องยนต์วิจัย E35 ซึ่งใช้ในการวัดอัตราส่วนกำลังอัดสูงสุดที่มีอยู่ (ระบุเกณฑ์การระเบิด) เพื่อวิเคราะห์ลักษณะการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงได้อย่างแม่นยำ การเกิดและงานวิจัยในเวลาต่อมาของเครื่องยนต์นี้ได้สร้างระบบค่าออกเทนเชื้อเพลิงที่เราเห็นในปัจจุบัน
4. สถาบันวิจัยตะวันตกเฉียงใต้, SwRI
Southwest Research Institute ®, SwRI (Southwest Research Institute) ก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2490 ในฐานะองค์กรวิจัยและพัฒนาแอปพลิเคชันอิสระที่ไม่แสวงหากำไรซึ่งเชี่ยวชาญด้านการพัฒนาและการถ่ายทอดเทคโนโลยี เป็นหนึ่งในองค์กรที่ใหญ่ที่สุดในสหรัฐอเมริกาในลักษณะเดียวกัน โดยดำเนินการวิจัยให้กับลูกค้าภาครัฐและอุตสาหกรรมทั่วโลกภายใต้สัญญา ธุรกิจการวิจัยและพัฒนาของสถาบันประกอบด้วยวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม การออกแบบและทดลองเครื่องยนต์ เชื้อเพลิง วัสดุ น้ำมันหล่อลื่น การปล่อยก๊าซเรือนกระจก วิศวกรรมของไหล เทคโนโลยีชีวภาพ วิทยาศาสตร์อวกาศ การจัดการขยะนิวเคลียร์ เป็นต้น โดยมีสาขาทั้งหมด 11 สาขาภายใต้เขตอำนาจของสถาบัน