História motorov s vnútorným spaľovaním editor: Otto Bisák Ako to začalo Motory s vnútorným spaľovaním (Internal Combustion Engine) ICE začali svoju históriu v 17. storočí. Samuel Morland experimentuje s použitím pušného prachu na pohon vodných čerpadiel. Samuel Morland (1625 – 30. 12. 1695) bol anglický diplomat, vynálezca a matematik, ktorý sa zaslúžil o skorý vývoj v oblasti výpočtovej techniky, hydrauliky a motorov s vnútorným spaľovaním. Narodil sa správcovi farského kostola Sulhamstead Bannistera v Berkshire. Študoval na Winchester College a Magdalene College v Cambridge, kde sa v roku 1649 stal členom Fellow. Okrem toho, že sa venoval matematike, zvládol latinsky, grécky, hebrejsky a francúzsky jazyk. Vstúpil do služieb diplomacie a v roku 1653 odcestoval do Švédska a v roku 1655 ho Oliver Cromwoll poslal na misiu do Talianska. Nejakú dobu žil aj v Ženeve na ambasáde. V júli 1660 dostal menšiu úlohu na súde a jeho hlavným finančným príjmom sa stali v uplatňovaní jeho vedomostí z matematiky, hydrauliky a stavby rôznych strojov, akými boli napr. vodné čerpadlá. Bol zapojený do projektu zásobovania vodou pre hrad Windsor, v ktorom si nechal patentovať v roku 1675 piestové čerpadlo, schopné zvýšiť veľké množstvo vody. Pri tomto projekte tiež experimentoval s použitím pušného prachu na vytvorenie vákua vo valci, na nasávanie vody. Tento stroj bol prvým motorom s vnútorným spaľovaním. Pracoval i s myšlienkou na zhotovenie parného stroja. Čerpadlá Morald boli vyvinuté pre mnohé domáce, námorné a priemyselné využitie, akými bolo ťahanie vody zo studní, rybníkov a hasenie požiarov. Jeho výpočet objemu pary voči objemu vody v pomere asi 2000 : 1 sa uplatňoval pri budúcom vývoji parných strojov. V roku 1666 získal patent na svoj multifunkčný počítací stroj, ktorý si poradil aj trigonometrickými výpočtami. Morland bol trikrát ženatý. V roku 1657 si vzal Suzanne de Milleville, ktorá zomrela v roku 1668. V roku 1670 si vzal Carolu Harsnett, s ktorou mali dve deti a tiež zomrela v roku 1674. Treťou ženou bola v roku 1676 Ann Feilding a zomrela v roku 1680. V neskoršom veku začal slepnúť a o zrak prišiel v roku 1692. O tri roky neskôr zomrel a bol pochovaný pri kostole sv. Pavla v Hammersmith.
203
Embed
História motorov s vnútorným spaľovaním editor: Otto Bisák ...
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
História motorov s vnútorným spaľovaním editor: Otto Bisák
Ako to začalo
Motory s vnútorným spaľovaním (Internal
Combustion Engine) ICE začali svoju históriu v 17.
storočí. Samuel Morland experimentuje s použitím
pušného prachu na pohon vodných čerpadiel.
Samuel Morland (1625 – 30. 12. 1695) bol anglický
diplomat, vynálezca a matematik, ktorý sa zaslúžil
o skorý vývoj v oblasti výpočtovej techniky,
hydrauliky a motorov s vnútorným spaľovaním.
Narodil sa správcovi farského kostola Sulhamstead
Bannistera v Berkshire. Študoval na Winchester
College a Magdalene College v Cambridge, kde sa v roku 1649 stal členom
Fellow. Okrem toho, že sa venoval matematike, zvládol latinsky, grécky,
hebrejsky a francúzsky jazyk. Vstúpil do služieb diplomacie a v roku 1653
odcestoval do Švédska a v roku 1655 ho Oliver Cromwoll poslal na misiu do
Talianska. Nejakú dobu žil aj v Ženeve na ambasáde. V júli 1660 dostal menšiu
úlohu na súde a jeho hlavným finančným príjmom sa stali v uplatňovaní jeho
vedomostí z matematiky, hydrauliky a stavby rôznych strojov, akými boli napr.
vodné čerpadlá. Bol zapojený do projektu zásobovania vodou pre hrad Windsor,
v ktorom si nechal patentovať v roku 1675 piestové čerpadlo, schopné zvýšiť
veľké množstvo vody. Pri tomto projekte tiež experimentoval s použitím
pušného prachu na vytvorenie vákua vo valci, na nasávanie vody. Tento stroj bol
prvým motorom s vnútorným spaľovaním. Pracoval i s myšlienkou na
zhotovenie parného stroja. Čerpadlá Morald boli vyvinuté pre mnohé domáce,
námorné a priemyselné využitie, akými bolo ťahanie vody zo studní, rybníkov
a hasenie požiarov. Jeho výpočet objemu pary voči objemu vody v pomere asi
2000 : 1 sa uplatňoval pri budúcom vývoji parných strojov. V roku 1666 získal
patent na svoj multifunkčný počítací stroj, ktorý si poradil aj trigonometrickými
výpočtami. Morland bol trikrát ženatý. V roku 1657 si vzal Suzanne de
Milleville, ktorá zomrela v roku 1668. V roku 1670 si vzal Carolu Harsnett,
s ktorou mali dve deti a tiež zomrela v roku 1674. Treťou ženou bola v roku
1676 Ann Feilding a zomrela v roku 1680. V neskoršom veku začal slepnúť
a o zrak prišiel v roku 1692. O tri roky neskôr zomrel a bol pochovaný pri
kostole sv. Pavla v Hammersmith.
Informácie o motory s vnútorným spaľovaním sú opísané v patente, ktoré
zapísal kráľ Charles II. ktorý bol prijatý vo Whitehall 11. decembra 1661.
Žiadne ďalšie informácie o tomto type motora nie sú doložené. Ďalším odkazom
na tento typ motora je od Jean de Hautefevile z roku 1678, kde je návrh na
riešenie problému získania vody zo Seiny na zásobovanie vodou zámku
Versailles. Predložil dve možnosti. Jednou bola s použitím vákua a druhá
s použitím trubice tvaru U s vodou na jednej strane a vzduchu na druhej. Keď sa
strelný prach zapáli na strane naplnenej vzduchom, nárast tlaku tlačí vodu na
druhú stranu. V motoroch v tom čase neexistovali žiadne mechanické časti,
ktoré by prenášali silu tlaku plynu so akejkoľvek mechanickej formy.
V roku 1671 dostal Denis Papín
prácu na Akadémii Kráľovskej
knižnici v Paríži, kde pracoval pod
vedením Christiaana Huygensa.
Papín dostal za úlohu skúmať oblasť
vzduchu a vákua, ktoré bolo v tom
čase populárnou témou na výskum.
Papín meral silu malého množstva
strelného prachu v malých valcoch
zo železa a medi. Potom Papín
publikoval popis všetkých týchto
experimentov v roku 1674 v spise
„Nové experimenty vo vákuu“,
s popisom zariadení používaných pri
ich uskutočňovaní. Huygens sa
zaujímal o mechanickú silu vákua
s možnosťou použitia pušného prachu na vytvorenie vákua. Na obrázku je
nakreslený princíp fungovania takéhoto stroja. V roku 1678 načrtol motor na
strelný prach, ktorý pozostával z vertikálneho valca obsahujúceho piest. Strelný
prach bol vložený do valca v bode E a zapálený cez malý otvor na dne valca.
Rozpínajúce sa plyny mali pohnúť piestom smerom hore. Tu piest odkryl otvory
vo valci označené písmenami C a D, cez ktoré mali uniknúť horúce plyny.
Hmotnosť piestu a vákua vytvoreného schladnutými plynmi pri uzatvorenom
valci mali vtiahnuť piest späť na dno valca, čím piest vykonal pracovný pohyb
s možnosťou mechanickej práce. Jeden experimentálny model tohto stroja bol
postavený v roku 1678, pričom použil vojenský kanón v úlohe valca. Valec bol
uložený vo vertikálnej polohe dnom dolu k zemi, kde sa vkladal cez malý otvor
pušný prach. Pri výbuchu plyny unikli cez dve kožené otvory pripevnené na
vrchu kanóna. Keď sa k ním piest dostal, plyny otvorili kožené klapky a keď
tlak klesol, gravitácia pritlačila kožené klapky k otvorom, čo spôsobilo utesnenie
výfukových otvorov. Huygens predstavil dokument o svojom vynáleze v roku
1680 v spise „Nová hnacia sila s prostriedkami strelného prachu a vzduchu“. Od
roku 1682 bolo zariadenie úspešne dané do prevádzky, a že 2 gramy strelného
prachu vo valci vysokom 1,8 až 2 m a v priemere 40 až 48 cm, by mohlo
zdvihnúť sedem alebo osem chlapov, čo je približne 580 kg, ktorí by sa držali na
konci lana. Okolo tohto záznamu je však veľa pochybností o tom, či mohol vyť
zhotovený takýto stroj alebo nie, lebo utesnenie piesta vo valci sa ukázal ako
zložitý problém pri jeho zhotovení v tom čase. Ďalší vývoj využitia strelného
prachu bol v prvých strelných zbraniach, lebo využitie tlaku vodnej pary
v atmosférickom motore, ktorý uviedol v roku 1712 Newcomen ukončilo snahy
v ďalšom vývoji.
Christiaan Huygens (14. 4. 1629 – 8. 7. 1695) bol holandský fyzik, matematik,
astronóm a vynálezca, ktorý je považovaný za jedného z najväčších vedcov
všetkých čias a za významnú osobnosť vedeckej revolúcie. Vo fyzike robil
priekopnícke príspevky najmä v optike a mechanike. Ako vynálezca vylepšil
konštrukciu ďalekohľadu s jeho okulárom, ktorý niesol jeho meno „Huygenian“.
Jeho najznámejším vynálezom bol však
vynález kyvadlových hodín z roku
1656, ktorý bol prielomom v meraní
času a stali sa najpresnejším
časomeračom takmer počas 300 rokov.
Bol prvý, ktorý použil matematické
vzorce na opísanie fyzikálnych
zákonov. Narodil sa v Hágu vplyvnej
a bohatej rodine a jeho matka Suzanne
von Baerle zomrela v roku 1637,
krátko po narodení jeho sestry
Suzanne. Christiaan sa vzdelával doma
až do šestnástich rokov. Jeho otec mu
dal liberálne vzdelanie. Študoval
jazyky, hudbu, históriu, geografiu,
matematiku, logiku, rétoriku, tanec,
šerm a jazdu na koni. Potom začal
študovať právo a matematiku na univerzite v Lieben, kde študoval od mája 1645
do marca 1647. Potom pokračoval na novo založenej Orange College v Brede,
kde bol jeho otec kurátorom. Svoje štúdium ukončil v auguste 1649. Potom
pôsobil ako diplomat a odišiel do Dánska. V roku 1654 sa Christiaan vrátil do
domu svojho otca v Haagu a mohol sa plne venovať výskumu. Trpel záchvatmi
depresie. V roku 1652 a 1653 študoval sférické šošovky a navrhol Huygenian
okulár z dvoma objektívmi. V roku 1666 sa presťahoval do Paríža a získal
miesto v novej francúzskej akadémii vied Ludvíka XIV. Denis Papín bol od
roku 1671 jeho asistentom aj s mladým diplomatom Gottlieb Leibniz v roku
1672, ktorý v tom čase pracoval na výpočtovom stroji. V roku 1681 sa opäť
vrátil domov do Haagu s vážnymi depresiami.
George Cayley ako súčasť svojho
výskumu motorového lietania bol
znepokojený nízkym pomerom výkonu
k hmotnosti parných strojov a tak
nevhodný na tento účel. S vývojom novej
konštrukcie motorov začal v roku 1807,
a rýchlo usúdil, že strelný prach by mohol
byť jednou z možností zhotovenia
ľahšieho typu motora. Po niekoľkých
experimentoch postavil motor, v ktorom
bola použitá sila pušného prachu a teplo,
ktoré sa vyvinulo výbuchom, pôsobilo na
množstvo spoločného vzduchu
(rozpínavosť plynov). Jeho výsledky
ukázali výrazné zlepšenie oproti výsledkom, ktoré zaznamenal Huygens.
V konštrukcii Cayley boli dva valce a to jeden nad druhým. Dolný pôsobil ako
spaľovacia komora a horná časť obsahovala piest. Do spodnej časti dolného
valca bol zavedený malý náboj strelného prachu a zapálený horúcou tyčou
zohrievanou sviečkami. Tlak spalín tlačil piest hore, a táto energia bola
zachytená ramenom, ktoré stiahnutím pripravil piest k ďalšiemu výbuchu.
Podtlak tlačil piestnu tyč s piestom smerom dolu a ukončiť tak jeden cyklus.
V neskoršej verzii sa Cayley pokúsil vyriešiť problém nepretržitej prevádzky.
V tejto verzii bola spaľovacia komora presunutá do samostatného valca
s piestom. Výkonový priestor bol umiestnený v hornej časti valca a malé
množstvá pušného prachu vopred odmerané spadli do spaľovacieho priestoru
pod ním. Horúce plyny boli potom odvádzané zo spaľovacieho priestoru do
výkonového priestoru valca. To sa skladalo z dvoch piestov na spoločnej
piestnej tyči, pričom plyny prúdili do strán valca, čím sa vytvoril dvojčinný
motor.
Cayley uviedol, že jeden z týchto motorov vytvoril, ale tiež uviedol, že to
nefungovalo veľmi dobre. Postupne navrhol niekoľko lietadiel, ktoré použili
motor, ale nebol zhotovený letu schopný model.
Na obrázku je replika lietadla podľa dokumentácie George Cayley.
Thomas Paine predstavil úplne nový typ konštrukcie motora, ktorý mal viac
podobností s vodným kolesom ako s bežným motorom. V motore bola okolo
kolesa usporiadaná séria pohárikom podobných spaľovacích komôrok. Keď sa
koleso točilo, každý pohárik prijal malé množstvo strelného prachu z centrálnej
nádoby a potom sa táto zmes zapálila. V literatúre je zaznamenané niekoľko
ďalších zmienok o podobných motoroch s použitím strelného prachu, ale nie je
doložené ich praktické využitie.
John Barber patentoval v rokoch 1766 až 1792 viacero vynálezov, z ktorých
najpozoruhodnejší bol ten, ktorý opisoval plynovú turbínu. I keď z tohto patentu
nič nebolo, bol prvým človekom, ktorý podrobne opísal princíp plynovej
turbíny. John Barber (1734 – 1793) sa narodil v Nothinhamshire, ale neskoršie
sa presťahoval do Warwickshire, kde pracoval ako banský inžinier v oblasti
Nuneaton. V roku 1791 získal britský patent pod číslom No. 1833 pod názvom
„Získanie a použitie hnacej sily a metóda stúpajúceho horľavého vzduchu na
účely obstarávania pohybu a uľahčenia metalurgických operácii,“ ktorá
obsahovala všetky dôležité vlastnosti
úspešnej plynovej turbíny. Projekt
Barber bol navrhnutý ako metóda
pohonu pák s reťazovým prevodom,
piestový kompresor, spaľovaciu
komoru a turbínu. Na obrázku je
konštrukcia plynovej turbíny podľa
predstavy John Barber. Barberová
turbína bola konštrukčne vhodná na
spaľovanie plynu získaného z dreva,
uhlia alebo oleja. Plyn vytvorený
v plynovom generátory bol dopravený
do zberača a schladený. Vzduch a plyn
boli potom stlačené v rôznych valcoch
a prečerpané do spaľovacej komory, kde boli zapálené, pričom zmes horúceho
plynu sa potom hnala proti lopatkám lopatkového kolesa. Do výbušnej zmesi sa
malo vstrekovať určité množstvo vody na chladenie ústia spaľovacej komory
a para mala pritom zväčšiť objem prúdiacej zmesi plynov na lopatky. Barberov
koncept bol dobrý, ale vzhľadom na technológiu v tom čase, nebolo možné, aby
zariadenie vytvorilo dostatočnú silu na vytvorenie užitočnej práce, ale zásluhu
na myšlienke, ktorá vedie k modernej plynovej turbíne mu nemožno odoprieť.
V roku 1972 firma Bonn Kraftwerk – Union AG predstavila na Hanoverskom
veľtrhu funkčný model Barberovej plynovej turbíny.
Rôzni vedci aj inžinieri prispeli k vývoju spaľovacích motorov. V roku 1794 si
Thomas Mead nechal patentovať plynový motor. Najstaršia zmienka o motore
na petrolej pochádza od Roberta Street, ktorý opísal vo svojom patente pod
číslom No. 1983 z roku 1794 a podľa Horsta O. Hardenberga existuje dôkaz, že
bol postavený funkčný motor na petrolej. Neskoršie postavili motory na petrolej
Etienne Lenoir, Siegfield Marcus, Julius Hock
z Viedne.
Philippe Lebon (29. 5. 1767 – 1. 12. 1804) prichádza
s použitím kompresie v dvojtaktnom motore. Bol to
francúzsky inžinier a jeho hlavnými príspevkami boli
vylepšenia parných strojov a technológia získavania
z dreva svietiplyn. Navrhol plynový motor, ktorý ako
všetky skoršie motory nemal kompresiu v hlavnom
valci. Motor mal tri mechanicky spojené valce, každý
dvojčinný. Jeden na stlačenie vzduchu, jeden na stlačenie plynu a jeden,
v ktorom došlo k zapáleniu výbušnej zmesi. Tento motor sa podobá na
spaľovací motor, ale spaľovanie sa uskutočňuje s spaľovacej komore oddelenej
a mechanicky ovládanej ventilmi. To z neho robí skôr parný motor bežiaci na
horľavom plyne miesto pary. Výkon motora nedosahoval úroveň motora, ktorý
vyrobil Street, ale za predpokladu, že sací ventil zostane zatvorený počas celého
cyklu. Za predpokladu, že Lebon mal na mysli viac ako čo napísal na patentovej
listine, teda že umožnil ľubovoľné načasovanie ventilov a jeho idealizovaný
termodynamický cyklus je podobný plynovej turbíne. V roku 1801 Philippe
vynašiel motor, ktorý bol zlepšením konštrukcie Roberta Street. Použil uholný
plyn zapaľovaný elektrickou iskrou. Bol to prvý plynový spaľovací motor, aj
keď jeho efektivita bola veľmi nízka. Motor mal tichý a pravidelný chod.
Motor „Pyreolophore“ bol jeden z prvých motorov s vnútorným spaľovaním na
svete. V roku 1807 bratia Niépce uviedli prototyp spaľovacieho motora a 20.
júla 1807 im bol udelený patent Napoleonom Bonaparte potom, čo úspešne
poháňal loď proti prúdu rieky Saône.
Motor bežal na kontrolovaných výbuchoch uhoľného prachu a živice. Bratia
Niépce žili v Nice, keď začali svoj projekt na vytvorenie motora založeného na
novo definovanom princípe rozpínania horúceho vzduchu počas explózie.
V roku 1806 bratia uvedomili francúzsku Národnú komisiu Akadémie vied
a verdikt komisie bol: Palivo bežne používa MM. Niépce a je vyrobené zo
spórou lykopodia, ktorého spaľovanie je najintenzívnejšie a najjednoduchšie, ale
tento materiál je nákladný, nahradil sa práškom z uhlia a v prípade potreby ho
zmiešal s malým množstvom živice, ktorá funguje veľmi dobre, ako sa ukázalo
pri mnohých pokusoch. Stroj nemá žiadnu časť tepla vopred rozptýlenú,
pohyblivá sila je okamžitý výsledok a všetok palivový efekt sa použije na
vytvorenie dilatácie, ktorá spôsobuje pohybovú silu. Lazare Carnot a CL
Berthollet. Správa pre Institut Nationale de Science 15. 12. 1806.
Motor bol nainštalovaný na loď, ktorú poháňal proti prúdu rieky Saône
a celková hmotnosť lode bola 910 kg. Spotreba paliva bola uvedená ako 125 zŕn
za minútu a jedno zrno malo hmotnosť 8 gramov a počet výbuchov bol 12 až
13za minútu. Loď bola poháňaná iba smerom dopredu, keď motor nasával
riečnu vodu a potom ju pod tlakom tlačil dozadu. Komisári preto dospeli
k názoru, že stroj navrhnutý pod názvom Pyreolophore spoločnosťou Mm.
Niépce je geniálny, že môže byť veľmi zaujímavý svojimi fyzickými
a ekonomickými a zaslúži si schválenie komisie.
Motor sa skladá z dvoch hlavných vzájomne prepojených komôr: ohrievacej
komory a spaľovacej komory. K dispozícii je taktiež dúchadlo vzduchu,
dávkovač paliva, zapaľovacie zariadenie a ponorné výfukové potrubie.
Mechanicky ovládané mechy vháňajú vzduch do prvej komory, kde dôjde
k vznieteniu. Mechanické časovače umožňujú spadnúť namerané množstvo
práškového paliva do trysky tak, aby bolo spolu sním aj fúkanie vzduchu. Pod
kontrolou je i tlejúca zápalka privádzaná do tohto prúdu vzduchu v presnom
momente. Teraz horiaca náplň prechádza širokou tryskov do hlavnej spaľovacej
komory, kde dochádza takmer výbušnému horeniu. Celý systém je teraz takmer
vzduchotesný a narastá tlak, ktorý pôsobí proti stĺpcu vody vo výfukovej rúre
a vytláča ho zo systému. Ako sa prúd výfukových plynov pohybuje do
chvostovej rúry, posúva sa voľný piest v spaľovacej komore, ktorý odoberá
a mení energiu na prácu s mechanizmom časovania stroja. Energia je uložená
pomocou zdvíhacích závaží pripojených k vyvažovaciemu kolesu. Vrátane
kolesa do dolnej polohy, pričom riadi časovač ďalšieho cyklu.
Joseph Nicéphore Niépce (7. 3. 1765 – 5. 7. 1933) bol francúzsky vynálezca,
ktorý bol považovaný za vynálezcu fotografie a priekopníka v tejto oblasti.
Vyvinul heliografiu, techniku, ktorú použil na vytvorenie najstaršieho produktu
na svete, ktorý prežil fotografický proces, výtlačok z fototlačovej dosky v roku
1825. Bol tvorcom skorého spaľovacieho motora „Pyreolophore“, ktorý zostrojil
so starším bratom Claudom.
Narodil sa v Chalon – sur – Saône a okrem Claude
mal sestru a mladšieho brata. Meno dostal na
počesť svätého Nicephora, patriarchu
Konštantínopola z 9. storočia. Na vysokej škole na
Oratorian College v Angers sa naučil
experimentálnej metóde a rýchlo dosiahol úspech
a začal pôsobiť na škole ako profesor. Potom
pôsobil ako vojenský dôstojník v Taliansku
a Sardínii, ale zo zdravotných dôvodov ukončil
vojenskú službu a v roku 1790 nastúpil v Nice ako
administrátor, ale v roku 1795 sa vzdal funkcie
a dal sa na výskum so svojím bratom Claudom. V roku 1801 sa vrátili do
rodného domu a dorábali repu a vyrábali cukor. V roku 1807 si nechali
patentovať jeden z prvých spaľovacích motorov na svete. Bežal na riadených
výbuchoch uhoľného prášku a živice a bol inštalovaný na lodi, ktorá premávala
po rieke Saône. O desať rokov bratia vytvorili spaľovací motor so vstrekovaním
paliva do spaľovacej komory. V roku 1818 sa Niépce začal zaujímať
o zariadenie, dnešného predchodcu bicykla a zhotovil si model, ktorý
pomenoval „velocipéde“, ( rýchla noha) a vozidlo vylepšil nastaviteľným
sedadlom. Uvažoval aj o zmotorizovaní svojho stroja. Podobný vynález zostrojil
aj Karl von Drais v roku 1817 pod názvom „Laufmachine“.
Nicéphore Niépce zomrel na mŕtvicu 5. júla 1833 finančne zničený a tak
pohrebné útraty ako aj hrobové miesto na cintoríne Saint – Loup de Varennes
boli financované mestom.
Francois Issac de Rivaz (19. 12. 1752 – 30. 7. 1828) bol vynálezcom
a politikom. Vymyslel a vyrobil motor s vnútorným spaľovaním poháňaný
vodíkom s elektrickým zapoľovaním a opísal ho vo francúzskom patente z roku
1807. Narodil sa v Paríži a rodina sa potom usadila
v Moutiers v Savoji (Sardínske kráľovstvo). Nie je
známe na aké školy chodil, ale plynulo latinčinu,
matematiku a geometriu. Neskôr študoval mechaniku
a pôsobil vo funkcii inšpektora a notára vo Valais.
Koncom 18. storočia experimentoval s parnými
motormi. Po odchode z armády sa presťahoval do
Švajčiarska a tu vynašiel jednoduchý spaľovací
motor, ktorý postavil v roku 1807.
Bol poháňaný zmesou
vodíka a kyslíka, ktorá
bola zapaľovaná
elektrickou iskrou, bez
kompresie. O rok
neskoršie postavil
vozidlo na propagáciu
svojho plynového
motora. Jeho motor
nebol komerčne úspešný.
V tom istom roku 1807
Nicéphore Niépce vo
Francúzsku propagoval
iný druh spaľovacieho
motora inštalovaného na
lodi. Možno povedať, že
motor de Rivaz môže
byť považovaný za prvé
použitie spaľovacieho
motora na svete v auto –
mobile v roku 1808,
zatiaľ čo motor
Pyreolophore bol v roku
1807 prvý spaľovací motor na svete použitý na pohon lode. V roku 1824
francúzsky fyzik Nicolas Léonard Sadi Carnot vedecky zdôvodnil
termodynamickú teóriu idealizovaných spaľovacích motorov. Toto ukázalo
nedostatok prvých priekopníckych konštrukcii spaľovacích motorov, lebo tieto
motory potrebovali kompresiu na zvýšenie účinnosti a rozdielom teplôt. Benzín
nebol použitý ako palivo až do roku 1870, keď boli vynájdené karburátory
s premenou nehorľavých kvapalných palív na horľavú formu plynnej zmesi.
Motor de Rivaz
Bol to priekopnícky piestový motor navrhnutý a vyvinutý od roku 1804
vynálezcom Issac de Rivaz. Motor sa považuje za prvý spaľovací motor na svete
a obsahoval aj niektoré vlastnosti moderných motorov vrátane zapaľovania
zmesi elektrickou iskrou a použitie vodíka a kyslíka ako paliva.
Počnúc stacionárnym motorom
vhodným na pohon čerpadla z roku
1804, de Rivaz postupoval
k menšiemu experimentálnemu
vozidlu postavenému v roku 1808,
ktoré bolo prvým kolesovým
vozidlom poháňaným spaľovacím
motorom. V nasledujúcich rokoch
de Rivaz vyvinul svoju konštrukciu
väčšieho vozidla v roku 1813,
ktoré bolo dlhé 6 metrov
s hmotnosťou takmer tisíc
kilogramov. Všetko to začalo
koncom 18. storočia, keď
francúzsky delostrelecký dôstojník
a vynálezca navrhol niekoľko
úspešných vozíkov poháňaných parným motorom. Jeho vojenská skúsenosť
s delom ho viedla k použitiu výbušného náboja na pohon piestu miesto pary. Na
obrázku je motorový voz z roku 1808. V roku 1804 začal experimentovať
s expanziou vytvorenou vo vnútri valca s piestom. Jeho prvé návrhy boli pre
stacionárny motor na pohon čerpadla vody. Motor bol poháňaný zmesou vodíka
a kyslíka, ktorá bola zapálená na vytvorenie expanzie vo valci a pohybu piesta.
V roku 1806 použil konštrukciu motora na to, aby mohol byť vhodný na pohon
vozidla. V roku 1807 umiestnil svoj experimentálny prototyp motora do vozíka
a použil ho na pohon na krátku vzdialenosť. Dňa 30. 1. 1807 mu bol udelený
patent pod číslom 732 v Paríži. Motor de Rivaz nemal žiadny mechanizmus
časovania a zavedenia zmesi a zapálenia. Všetko bolo ovládané ručne. Stlačené
palivo vodíka sa ukladalo v balóne spojenom rúrkou s valcom. Kyslík bol
privádzaný zo vzduchu samotným prívodom. Ručne ovládané ventily umožnili
zavedenie plynu a vzduchu do valca v správny čas. Páka sa ručne pohybovala
sekundárnym, protiľahlým piestom. Tým sa odvádzali výfukové plyny, nasávala
čerstvá zmes a uzavreli sa vstupné a výfukové ventily. Voltov stĺpec bol použitý
na zapálenie plynu vo vnútri valca stlačením vonkajšieho tlačítka. Výbuch
spustil pohyb piestu vo vertikálnej polohe vo valci, čím energia zdvihla ťažký
piest do vyvýšenej polohy. Piest sa vrátil naspäť na základe vlastnej hmotnosti
a zapadol do západky, ktorá pripojila piestnu tyč k remenici. Táto remenica bola
zase pripojená k bubnu, okolo ktorého bolo navinuté lano. Druhý koniec lana
bol pripevnený k druhému bubnu na
predných kolesách voza. Hmotnosť piesta
počas jeho návratu do valca stačila na to, aby
sa bubny otáčali a pohybovali voz. Keď sa
vrátil zdvih, rohatka umožnila hornému
bubnu odpojiť sa od piestovej tyče
pripravenej na ďalší výbušný zdvih piesta.
Na obrázku je jeho väčší voz z roku 1813.
Neskoršie vozidlo z roku 1813 malo dĺžku
šesť metrov, vybavené zadnými kolesami
s priemerom 2m a vážilo takmer tonu. Valec
bol dlhý 1,5 m a piestny zdvih bol 97 cm.
Použitá zmes sa skladala asi z 2 litrov plynu
a 10 až 12 litrov vzduchu. Voz bol naložený 700 librami dreva s posádkou
v počte štyroch mužov a pri strmosti 9 promile dosiahol rýchlosť 3 km za
hodinu a pri každom zdvihu prešiel 2 m. Nik nebral jeho spaľovací motor vážne
s tým, že nemôže súperiť s parným strojom.
Samuel Brown (narodenie nie je známe
a zomrel 16. 9. 1849) bol anglický inžinier
a vynálezca. Bol mu uznaný vývoj jedného
s prvých spaľovacích motorov na začiatku 19.
storočia. Brown bol špecialista na výrobu
strojov, ktoré slúžili pri výrobe sudov a iných
nádob a bol označovaný ako „otec plynového
motora.“ Kým žil v Eagle Lodge v oblasti
Brompton v západnom Londýne, od roku 1825
do roku 1835, vyvinul prvý plynový motor, ktorý
nepochybne robil skutočnú prácu a bol
mechanicky užitočný. V areáli Lodge zhotovil dva motory na demonštračné
účely. V patentoch z 20. 4. 1823 a 22. 4. 1826, Brown navrhol naplniť uzavretú
komoru plynom, zapáliť a tak stlačiť vzduch. Potom kondenzovať spaliny
vstreknutím vody a ovládať atmosférický motor tak, že sa z valca odčerpá
vzduch a získa sa čiastočné vákuum. Túto myšlienku navrhol zrejme Newcomen
vo svojom kondenzačnom parnom stroji, pričom sa vákuum získa pomocou
horenia plynu miesto pary. Brown neskôr navrhol motor, ktorý ako palivo
používal vodík, ktorý mal samostatnú spaľovaciu komoru a pracovné valce
a bol chladený vodou uloženou
v obale okolo valca, ktorá prúdila
okolo valca a potom bola chladená
mimo motor. Prúdenie chladiacej
vody zabezpečovalo čerpadlo. Na
obrázku je model plynového
motora z roku 1823. Motor mal
podľa testovania výkon asi 4 hp
(konské sily). V roku 1826 použil
Brown svoj plynový vákuový
motor na pohon kočiara, s ktorým
vystúpil na Strelcovský kopec
k spokojnosti mnohých divákov.
Veľká spotreba plynu, ktorú si
vyžiadala táto jazda však zabránila
k jeho všeobecnému prijatiu.
V roku 1828 bol opäť postavený
plynový vákuový motor na pohon
voza, ktorý sa pohyboval pozdĺž
Hammersmith Road s niekoľkými
pánmi na voze s rýchlosťou 11 km
za hodinu. Dňa 1. 2. 1827 Brown
demonštroval schopnosť svojho
plynového vákuového motora na
pohon riečnej lode na Temži. Motor bol inštalovaný na lodi 12 m dlhej
s pohonom dvoch lopatkových kolies. Jeho rýchlosť bola nameraná na hodnotu
6 uzlov. Ako palivo bol použitý vodný plyn (zmes vodíka a oxidu uhoľnatého)
získaného z výroby koksu. Výhodou vodného plynu a hmotnosť motora asi 300
kg v porovnaní s parným motorom, mu dával uplatnenie do budúcnosti. Tento
experiment bol financovaný spoločnosťou Canal Gas Engine Company, ktorá
napriek uznanému úspechu ukončila financovanie ďalšieho vývoja. V roku 1832
Brown demonštroval tri z jeho motorov rôznych typov a konštrukcii vo svojich
priestoroch v Eagle Lodge v Old Brompton. Všetky tri motory boli v prevádzke
a jeden bol toho istého typu, ako bol úspešne prevádzkovaný na Croydon Canal,
ktorý od júna 1930 zdvíhal vodu z nižšej na vyššiu úroveň. Ekonomika motora
bola zaujímavá. Ako bol plyn spotrebovaný a vyrábaný pri výrobe koksu z uhlia.
Hodnota výsledného koksu a uhoľného dechtu ako vedľajších produktov pri
výrobe plynu výrazne prekročili náklady na uhlie, nájomné a údržbu, takže
plynový vákuový motor dosiahol zisk viac ako100 libier za rok, nepočítajúc
užitočnú prácu, ktorú vykonal. Tento ekonomický prínos však nebol až tak
výrazný a v roku 1836 bola prevádzka motora ukončená. Výkon tohto motora
bol taký, že 2000 galónov vody za minútu dokázal vytlačiť do výšky 11 stôp.
Plynový vákuový motor sa stal komerčným úspechom. V roku 1853 a 1854
vyvinuli a patentovali Eugenio Barsanti a Felice Matteucci motor, ktorý bol inou
formou plynového vákuového motora.
Samuel Morey (23. 10. 1762 – 17. 4. 1843) bol americkým vynálezcom, ktorý
pracoval na prvých spaľovacích
motoroch a bol priekopníkom parných
lodí. Narodil sa v rodine vojnového
dôstojníka ako druhé zo siedmych detí
v Hebrone v štáte Connecticut, ale
rodina sa presťahovala do Orfordu,
New Hampshire. Morey získal svoj
prvý patent v roku 1793 na parou
poháňanú loď s veslami. Potom
úspešne použil na pohon lode
lopatkové koleso. V prvých rokoch 19.
storočia experimentoval s rozkladom
vody s parou terpentínu a so
vzduchom. Potom skúšal kombinovať
decht, kolofóniu, terpentín, lieh a rôzne
druhy olejov. Jeho experimenty sú
podrobne opísané v niekoľkých
článkoch v American Journal of
Science and Arts. Jeho prvá praktická aplikácia spaľovacieho zariadenia bola na
ohrev vody pre jeho rotačný motor. Poznamenal, že prechod pary cez horúce
uhlie alebo decht rozhorí oheň jasnejšie a bez dymu, pričom sa domnieval, že
para bola v tomto procese rozložená. Počas svojich experimentov Morey zistil,
že výpary terpentínu, keď sú zmiešané so vzduchom, sú výbušné. Vyvinul motor
a napísal nepublikovaný opis v roku 1824, ktorý upravil v roku 1825 a 1826.
Nakoniec publikoval a patentoval túto myšlienku koncom roka 1826. Motor mal
veľa spoločného s modernejšími spaľovacími motormi. Mal dva valce,
karburátor, klasické usporiadanie ventilov ovládané vačkami.
Na rozdiel od moderných motorov a staršieho motora de Rivaz z roku 1807,
výbuch neposkytoval priamo energiu. Explózia vypudila z valca vzduch
jednosmerným ventilom. Valec sa chladil vodným plášťom a voda sa vstrekla do
spaľovacej komory po výbuchu. Chladnúce plyny vytvorili vákuum
a atmosférický tlak
poháňal piest. Morey sa
síce zmienil o snahe
zostrojiť motor s priamou
akciou a rozpracoval ju
v iných spisoch, ale jeho
metóda bola zložitá
a možno menej efektívna.
Morey demonštroval svoj
motor v New Yorku
a Philadelphii pred očitými
svedkami. Stalo sa mu
však to, že po naštartovaní
spadol z vozidla a vozidlo
bez ovládania spalo na
ulici do priekopy.
I napriek úspešným
ukážkam použitia
spaľovacieho motora na
pohon vozidla, nepodarilo
sa mu získať kupcov na
tieto vozidlá. Jeho
spaľovací motor je prvý
zdokumentovaný
v Spojených štátoch a jeho
použitie na kvapalné palivo, povrchového karburátora bol na svete prvým.
Ďalšou zaujímavosťou bolo použitie drôtového pletiva, ktoré zabraňovalo, aby
sa spaľovanie dostalo do povrchového karburátora. Táto funkcia bola znovu
objavená a patentovaná v roku 1872, pretože patentový úrad stratil patent pri
požiari v roku 1836. Nedostatok záujmu o jeho motor vychádzal z úspešného
presadzovania parných motorov a nik nevenoval pozornosť tomuto novému
trendu motorov. Prvý pokus spopularizovania jeho prác vykonal Charles
Duryea, kolega vynálezca, ktorý vyrobil prvý benzínový motor v Amerike
okolo roku 1890. Financoval zhotovenie dvoch funkčných replík Morey
motorov, z ktorých jeden sa nachádza v múzeu Smithsonian. Morey zomrel 17.
4. 1843 a bol pochovaný v Orfordu.
Lemuel Wellman Wright bol vynálezca, ktorý pôsobil v polovici 19. storočia
a jeho životopis je nejasný a jeho meno je zaznamenané v britskom patente ako
Lemuel Wellman Wright, kde ide asi o chybu záznamu jeho mena v patente na
výrobu špendlíkov z roku 1824 a číslom 4955, ale v tom istom roku si nechal
patentovať stroj na výrobu pevných čapov v USA. Lemuel získal v roku 1933
britský patent s číslom 6525 na motor s vnútorným spaľovaním. Jeden z prvých
strojov s opisom jeho motora je publikovaná vedcom a inžinierom Dugald
Clerk v jeho knihe „Gas and Oil Engine“, ktorá bola publikovaná v roku 1886.
Na obrázku je
dvojčinný
dvojtaktný
plynový motor.
Dugald Clerk je
tvorcom prvého
komerčného
motora
pracujúceho
v dvojtaktnom
cykle
s kompresiou vo
valci a často sa
považuje za
pôvodcu
moderného
motora. Wright
motor je bez
kompresie, ale
nevie sa či bol
vôbec vyrobený
funkčný model.
Valec a piest sú
opláštené
a chladené vodou, lebo to bolo potrebné v dvojčinnom plynovom motore na
ochranu pracovných častí pred poškodením z intenzívneho tepla pri spaľovaní.
Toto je najstaršie zakreslenie, v ktorom je dobre zakreslený detail. Znázornený
motor používa na reguláciu otáčok motora odstredivý regulátor. Skoré motory
s vnútorným spaľovaním nemali výhodu škrtiacej klapky a so samostatnými
čerpadlami na vzduch a plyn a potrebou udržať zmes plynu a vzduchu je
špecifickým rozsahom na dosiahnutie spoľahlivého zapaľovania a spaľovania,
bolo riadenie rýchlosti významne odlišné od rýchlosti parných motorov. T toho
dôvodu mnohé skoré motory pracujú na princípe množstva plynu v zápalnej
zmesi.
William Barnett (1802 – 1865) bol inžinierom, ktorý sa podieľal na skorom
vývoji spaľovacích motorov a jeho práca a patent sú opísané na niekoľkých
stranách knihy Dugald
Clerk o plynových
a olejových motoroch.
Barnett v britskom
patente pod číslom
7615 z roku 1838
nazval svoj príspevok
ako „Produkcia hybnej
sily.“ Clerk uvádza, že
vynález Barnett je tak
dôležitý, že si vyžaduje
viac opisu ako bolo
pôvodne uvedené.
Patent opisuje tri typy
spaľovacích motorov
s použitím plynu ako
paliva. Tieto motory
využívajú dva kľúčové
vynálezy, ktoré boli
dôležité pre plynové
motory s komerčným
využitím, ktoré sa
začali objavovať až o 20 rokov neskoršie. Jeden z motorov opísaných v patente
používa kompresiu zmesi paliva a vzduchu v pracovnom valci. Na obrázku je
plynový motor z roku 1838.
Patent tiež opisuje spôsob zapaľovanie zmesi plynu a vzduchu vo valci
pomocou plameňa preneseného do valca cez zapaľovací kohút. Bol to
mechanizmus, ktorý v druhej polovici 19. storočia dosť často používal
v mnohých komerčných plynových motoroch. Všetky tri motory pracujú
v dvojtaktnom cykle a bol to pozoruhodný skok, keď sa zistilo, že motory
s vnútorným spaľovaním, by mohli pracovať vo štvortaktnom cykle, ale bol
všeobecne považovaný za nehospodárny. Všetky tri boli vertikálne s podobným
usporiadaním ako parné stacionárne stroje. Prvý motor bol jedinečný s použitím
dvojtaktného cyklu, so samostatnými čerpadlami pre plyn a vzduch
a výkonovým valcom. Tento valec je pripojený priamo k vstupnej komore,
v ktorej sa vykonáva spaľovanie, expanzia prúdi do výkonového valca
poháňajúceho piest. Načasovanie prívodu a odvodu je cez piestový ventil
a môže byť pridané odsávacie čerpadlo, aby sa odstránili výfukové plyny zo
vstupnej komory skôr ako začne prúdiť do komory čerstvá zmes. Druhý motor je
dvojčinný, dvojtaktný a spaľovanie paliva je striedavé na každej strane piesta vo
valci. Princíp činnosti je rovnaký. Tretí motor je tiež dvojčinný, dvojtaktný
a hoci má plynové a vzduchové čerpadlá ako u ostatných, má výfukový otvor
odkrytý piestom smerom ku koncu výkonového zdvihu, čo umožňuje, aby
výfukové plyny vystupovali a čerstvá zmes vstupovala do výkonového valca
a potom stlačená piestom pred zapálením na konci kompresného zdvihu. Neskôr
koncepciu tohto dvojtaktného a dvojčinného motora prevzal Körting, ktorý
v roku 1900 uviedol na trh motor s výkonom 350 koní s vodným chladením.
Barsanti – Matteucci motor sa skladá z dvoch valcov, u ktorých dva piesty
kĺzajú vzájomne závislým spôsobom. Na obrázku je vľavo Barsanti
Tyče oboch piestov sú
vybavené stojanom na
boku a na zadnej strane.
Každá z dvoch stolíc, na
zadnej strane tyčí, zaberá
s ozubeným kolesom obe
ozubené kolesá sú
v zábere na rovnakej osi,
ktorá pohybuje
zotrvačníkom
umiestneným bokom
vedľa valcov. Dva
stojany, umiestnené
bočne k tyčiam zapadajú
stretím ozubeným
kolesom, ktoré pôsobí
ako kolískové koleso, čo
robí dva piesty pevnými.
Bočne k piestovým
tyčiam na strane proti
stojanom a v súlade
s prvým zubom, dva
kolíky, jeden pre každú
tyč, striedavo riadia
otváranie a zatváranie
ventilov expanzných komôr cez dva systémy vidlicových tyčí a beží na prednej
strane každého valca. Expanzné komory sú umiestnené na spodnej strane valcov
a medzi príslušnými ventilmi je zrezaný kužeľový podstavec s tromi otvormi,
ktoré rozdeľujú palivovú zmes. Zariadenie je namontované na masívnej
konštrukcii, ktorá funguje ako základňa. Na stĺpikoch v hornej časti sú dva
kovové hrnce pôsobiace ako olejničky s dvoma ozubenými kolieskami
a zotrvačníkom. Historické správy o tomto motore sú, že je navrhnutý ako
dvojvalcový plynový motor s oneskoreným účinkom pri spätnom zdvihu piesta.
Napája sa zmesou vodíka a vzduchu zapaľovaný elektrickou iskrou
a karburáciou, keď sa nabíja. Prevádzkový cyklus je trojtaktový (nasávanie,
výbuch a výfuk). Pri tomto type motora nie je hnacia sila pôsobiaca priamo na
hriadeľ, ale kombinovaným pôsobením atmosférického tlaku a hmotnosť piesta,
ktorá spôsobí, že piest klesne v spätnom pohybe. Toto riešenie odloženej akcie
umožňuje vysoký expanzný pomer. Nový motor spoločnosti Barsanti –
Matteucci je prvou konkrétnou odpoveďou na potrebu nahradiť parné stroje
účinnejšími, hospodárnejšími, štíhlejšími, hospodárnejšími a vhodnými pre
rôzne aplikácie. V roku 1854 získali certifikát v Londýne na ich motor. V roku
1856 bol oficiálne používaný na pohon nožníc a vŕtačky, čo je prvý spaľovací
motor aplikovaný na pohyb obrábacích strojov. V roku 1861 založili spoločnosť
„New Engine Company“, ale zdravotné problémy Matteucci a predčasná smrť
Barsanti tím spoločnosť utrpela, lebo motor nemal dostatočnú reklamnú
podporu. Ich vynález bol zatienený motormi Lenoir od roku 1860 i keď s nižším
výkonom, ale dobre spopularizovaný a s vynikajúcou reklamou sa presadzoval
aj Otto – Langen motor z roku 1867, ktorý bol ocenený aj na výstave v Paríži
v roku 1867. Motor Barsanti – Matteucci bol zhotovený zo železa a mosadze
a jeho veľkosť bola 50 x 42 x 90 cm.
Eugenio Barsanti (12. 10. 1821 – 8. 4. 1864) bol
kňazom, inžinierom a vynálezcom, ktorý stál pri
zhotovení jedného z prvých spaľovacích motorov.
Ako mladý bol poslaný k piaristom, aby sa mohol
vedecky orientovať a kde v roku 1844 vykonal aj
svoje sľuby ako otec Eugen. V roku 1841 začal
vyučovať matematiku a fyziku na Collegio San
Michele vo Volterre. Tu ilustroval študentom
experimenty s explóziou zápalnej zmesi vzduchu
a vodíka s použitím Voltovho stĺpca a prišiel
s nápadom využiť rozpínavosť plynov na zdvihnutie piestu. V roku 1845 sa
presťahoval do Ximenian Observatory vo Florencii. Na univerzitnej úrovni mal
možnosť rozvíjať svoju myšlienku a po niekoľkých rokoch sa venoval realizácii
projektu spaľovacích motorov. Barsanti bol brilantný a nadčasový
experimentátor. V roku 1851 sa stretol s inžinierom Felice Matteucci, s ktorým
spolupracoval po zvyšok svojho života. Obaja predstavili vynález 5. júna 1853
na Academia dei Georgofili vo Florencii a v nasledujúcom roku sa im podarilo
svoj vynález patentovať v Anglicku, lebo Taliansko v tom čase nebolo ešte
jednotné a nedokázalo poskytnúť dostatočné záruky. Spolupracovali na vývoji
dvojvalcového motora s výkonom 5 koní uvedeného v roku 1956. Barsanti bol
presvedčený a výhodách spaľovacieho motora voči parnému stroju, lebo bol
bezpečnejší, menej objemný a rýchlim štartom.
Nebol vhodný na
použitie vo
vozidlách, ale jeho
výroba bola pre
mechanickú energiu
v továrňach
a dielňach.
Spoločnosť Escher
Wiss & C. v Zürichu
postavila na základe
jeho dokumentácie
motor s výkonom 12
koní. Potom sa
rozhodli priemyselnú
výrobu
štvorvalcového
motora zveriť
spoločnosti John
Cackeril v Seraingu
v Belgicku. Barsanti
sa rozhodol odísť do
závodu v Belgicku
v roku 1864, kde
dostal týfus, na ktorý
aj 18. 4. 1864
zomrel.
Felice Matteucci (12. 2. 1808 – 13. 9. 1887) bol inžinier a vynálezca a spolu
s Eugenom Barsanti postavili spaľovací motor. Študoval na univerzite
v Lucchese v roku 1823 a 1824 a potom na Royal Bourbon College v Paríži, kde
študoval hydrauliku a strojárstvo. Po roku sa rodina presťahovala do Talianska
a Felice pokračoval v štúdiu vo Florencii. V roku 1835, vo veku 27 rokov, bol
odborníkom na prípravu projektu na regenerovanie jazera, ale jeho návrh nebol
prijatý. V roku 1838 sa oženil s Giuliou Ramirez z Campi Bisemzio
a presťahoval sa k manželke. V roku 1851 sa stretol s Eugenom Barsanti a bol
ohromený jeho nápadom na zhotovenie spaľovacieho motora a od tohto
momentu spolupracovali počas ich celého života.
Medzi rokmi 1851 až 1854 postavili dva prototypy benzínových motorov
a vyskúšali niektoré variácie vnútorného spaľovacieho valca. Na nešťastie títo
dvaja napriek tomu, že získali viacero patentov, nepoznali ako pozitívne
ovplyvnili ďalší ich vývoj. Matteucci v roku 1962 začal trpieť nervovým
vyčerpaním a po smrti Barsanti v roku 1864 a neúspechu pri presadzovaní
aplikácie motora sa vrátil k svojej práci hydraulike. Nahromadené neúspechy
urýchlili chorobu a spôsobili smrť vo vile vo Vorne v dedine Capannori pri
meste Lucca.
Jean Joseph Étienne Lenoir (12. 1. 1822 – 4. 8. 1900) bol belgický inžinier,
ktorý vyvinul jeden zo spaľovacích motorov v roku 1858. Za vzor mu boli
motory, ktoré boli patentované v roku 1807 „de Rivaz“, ale neboli komerčne
úspešné. Lenoirov motor bol dobre propagovaný
a to mu pomohlo spopularizovať jeho motor.
Narodil sa v Mussy – la – Ville, časť belgickej
provincie Luxemburska od roku 1939. V roku
1838 emigroval do Francúzska, kde sa usídlil
v Paríži, a zaujímal sa o galvanické pokovovanie.
Jeho záujem o túto tému ho priviedol
k niekoľkým elektrickým vynálezom
i vylepšeným elektrickým telegrafom. V roku
1859 jeho experimentovanie s elektrinou ho
priviedlo k rozvoju spaľovacieho motora, ktorý
pracoval so zmesou svietiplynu a vzduchu
zapálenou elektrickou iskrou z Ruhmkorff
induktora, ktorý si nechal patentovať v roku 1860 a motor bol prerobený parný
stroj na vnútorné spaľovanie plynného paliva a funkčný v oboch smeroch.
Palivová zmes nebola stlačená pred zapálením ako to použil v roku 1801 Philipp
Lebon, ktorý vyvinul výrobu svietiplynu. Motor nebol tichý a neefektívny,
s pracovným zdvihom na oboch koncoch valca. V roku 1863 zostrojil
„Hippomobil“ s jedným spaľovacím motorom na vodíkové palivo, na ktorom
vykonal skúšobnú jazdu z Paríža do Joinville – le – Pont s najvyššie dosiahnutou
rýchlosťou 3 km za hodinu. Lenoir bol inžinierom u Petiene & Company, ktorý
ho podporoval v založení spoločnosti Corporation Lenoir – Guatier et Cie motor
v Paríži a Société des Moteurs Lenoir v roku 1858. V tom čase vyvinul motor
a trojkolesový vozík s pohonom na spaľovací motor vlastnej konštrukcie. Aj
keď bežal primerane dobre, motor mal veľkú spotrebu paliva, extrémne hlučný
a mal tendenciu sa prehrievať.
Čo vyžadovalo dostatočné množstvo chladiacej vody. Napriek tomu vedci
v roku 1960 oznámili v parížskych novinách Cosmos toto obdobie za vek pary.
Do roku 1865 bolo predaných 143 kusov jeho motorov a začal motory vyrábať
aj v Reading Gas Works v Londýne.
Na obrázku je dvojčinný plynový motor z roku 1860. Lenoir dokončil prácu na
jeho motore v roku 1859 a predstavil ho 23. 1. 1860 pred dvadsiatimi hosťami.
Vo svojom príhovore povedal: „Ak to bude fungovať, pridám aj karburátor,
ktorý umožní používať benzín alebo decht.“ Zapol plynový ventil, zatočil
zotrvačník a motor sa dal do pohybu. V roku 1860 získal Lenoir patent na
„atmosférický motor so spaľovaním plynu,“ z Conservatorie National Des Arts
Et Métiers s číslom No. 43 624. V roku 1863 Lenoir demonštroval svoj druhý
trojkolesový vozík, Hippomobil, ktorý bol stavaný pre niekoľko cestujúcich.
Poháňaný bol 2,543 litrovým motorom s valcom s rozmermi 180 x 100 mm
s výkonom 1,5 konskej sily na kvapalný uhľovodík s jednoduchým
karburátorom, ktorý si nechal patentovať v roku 1886. Trojkolka úspešne
zvládla 11 km z Paríža do Joinville – le – Pont a späť asi za 90 minút
s priemernou rýchlosťou menšou ako rýchlosť chodiaceho muža. Táto udalosť
pritiahla pozornosť cára Alexandra II. a jeden takýto vozík si objednal. V roku
1863 predal svoje patenty spoločnosti Compagnie parisienne de gas a svoju
pozornosť zameral na motorové člny.
Na obrázku je voz poháňaný plynovým motorom Lenoir z roku 1863. V roku
1888 postavil naftový štvortaktný motor pre loď Ligroin. Väčšina motorov
Lenoir boli aplikované ako stacionárne na výrobu elektriny, tlačiarenských
lisov, vodných čerpadiel a obrábacích strojov. Po dlhšom používaní sa však
ukázalo, že sú drsné a hlučné. Niektorí iní inžinieri, najmä Nikolaus Otto, začali
vylepšovať technológiu spaľovania, čo spôsobilo, že konštrukcia spaľovacieho
motora Lenoir sa javila ako zastaraná. Motorov Lenoir bolo postavených
celkovo takmer 500 kusov s výkonom od 6 do 20 koní. V roku 1865 sa Lenoir
vrátil k elektrotechnike a vyvinul nový typ automatického telegrafného prístroja,
ktorý mohol posielať informácie v písomnej forme. Toto zariadenie malo veľkú
hodnotu počas Francúzsko – pruskej vojny. Lenoir získal francúzske občianstvo
v roku 1870 za pomoc vo vojne s pruskom a v roku 1881 získal „Légion
d’honneur“, nie za motor, ale za vývoj telegrafie. Lenoir zomrel v La Varenne –
Sainte – Hilaire 4. 8. 1900.
Nikolaus Otto ( 14. 6. 1832 – 26. 1. 1891) bol vynálezca, vymyslel a zložil
motor, ktorý účinne spálil palivo priamo v piestnej komore so štvortaktným
cyklom a tento princíp motora sa stal univerzálnym s kompresiou vo valci.
Narodil sa v rodine farmára a krčmára. Napriek
tomu, že mu otec zomrel skoro, jeho matka ho poslala
na technickú školu, ale kvôli neúspešnej nemeckej
revolúcii v roku 1848 sa rozhodla, aby sa stal
obchodníkom. Čoskoro začal pracovať ako úradník
v obchode s potravinami a neskôr pracoval pre svojho
staršieho brata ako obchodný zástupca s textilným
tovarom. Nikolaus strávil veľa času cestovaním počas
svojej kariéry a počas jednej zo svojich ciest sa
dozvedel o plynom poháňanom motore od spoločnosti
Etienne Lenoir. Bol to prvý spaľovací motor ,
o ktorom sa dozvedel a Nikolaus sa začal veľmi intenzívne zaujímať o všetky
typy motorov. Lenoirov vynález nebol veľmi efektívny, kvôli veľkému hluku,
ktorý vytvoril, veľkému množstvu paliva, ktoré spotreboval a tepla, ktoré
vyprodukoval. Začal pracovať na zlepšení motora Lenoir s presvedčením, že
bude pracovať lepšie s tekutým palivom. Skonštruoval svoj model karburátora,
ktorý sa snažil aj patentovať v roku 1861, ale neuspel. Jeho prvý motor bežal na
benzín a bol navrhnutý ako stacionárny, ktorý sa neskôr v upravenej forme
používal ako automobilový štvortaktný motor. V roku 1863 sa stretol
s Eugenom
Langerom,
ktorý mal
skvelé
technické
vedomosti
a neskôr sa
podieľal na
stavbe
jednokoľajovej
trati Wuppertal.
Na obrázku je
jednovalcový
motor z roku
1866.
Langer podporoval Ottov projekt a výsledkom bola spoločnosť, do ktorej
Langer priniesol svoje skúsenosti. Ich novo vyvinutý motor pracoval oveľa
lepšie a bol vystavený ba parížskej výstave v roku 1867. Spočiatku to bola pre
nich hotová katastrofa, lebo komisári Otto – Langer motor takmer ignorovali,
ale keď sa rozhodli preskúmať aj jeho technické hodnoty, zistili, že motor
spotreboval
o takmer
polovicu menej
paliva oproti
ostatným
motorom
podobnej
konštrukcie
a získal zlatú
medailu. Na
obrázku je vidieť
jeho prevedenie.
Ich motor
zaznamenal
veľký dopyt na
trhu a po získaní
ďalších
investorov
založili v roku
1872 spoločnosť
„Gasmotoren –
Fabrik Deutz
AG“. Langer
potom doviedol
do podniku
Gottlieb Daimler
, aby riadil veľkú
továreň
a priviedol aj svojho spolupracovníka Wilhelma Maybacha. Úspech spoločnosti
rástol a Nikolaus videl ďalšie spôsoby zlepšovania svojho motora. Všimol si, že
použitie len jedného piestu na jednu komoru a šírenie cyklu spaľovania počas
štyroch taktov by bol účinnejší, menej hlučný a mohol by produkovať ešte
väčšie množstvo energie. Nový Otto motor bol veľkým úspechom a výrobky
Deutz pomohli s ďalším vývojom počas priemyselnej revolúcie. Viac ako
50 000 motorov bolo vyrobených do 17. rokov výroby týchto motorov. Ešte
pred Nikolausovým vynálezom štvortaktného motora v roku 1863 dostali
patenty Christiann Reithmann v roku 1860 a Alphonse Beau de Rochas v roku
1862, čo viedlo k neskoršiemu súdnemu sporu. Dňa 30. 1. 1886 boli patenty
Otto patriace spoločnosti Gasmotoren fabrik Deutz vyhlásené za neplatné
v Nemecku, po ktorom nasledovali ďalšie krajiny. Tak, aby mohol Nikolaus
Otto byť aj naďalej považovaný za vynálezcu štvortaktného motora v Nemecku,
Deutz ponúkol víťazovi súdneho procesu Reithmann 25 000 mariek
a celoživotný dôchodok.
Christian Reithmann podpísal zmluvu, ktorá umožnila Deutz AG a Ottovi, aby
sa naďalej nazývali nemeckými vynálezcami štvortaktného motora. Deutz udržal
v tajnosti zmluvu až do roku 1949. V roku 1882 získal Nikolaus Otto čestný
doktorát na univerzite vo Würzburgu. Zomrel 26. 1. 1891 v Kolíne nad Rýnom
vo veku 58 rokov.
Wilhelm Maybach ( 9. 2. 1846 – 29. 12. 1929) bol
nemecký konštruktér spaľovacích motorov a spolu
s Gottlieb Daimler vyvinuli ľahké vysokorýchlostné
spaľovacie motory, vhodné pre pozemné, vodné a vzdušné
použitie. Jeden z týchto motorov bol namontovaný na prvý
motocykel na svete. Vzdelával sa na filantropickom
inštitúte v Reutlingene. Jeho technické zručnosti odhalil
Gustav Werner zakladateľ školy a odporučil ho do
strojárskej dielne. Už ako 15 ročný smeroval k priemyselnému dizajnu
a študoval fyziku a matematiku. Keď mal 19 rokov, stal sa kvalifikovaným
konštruktérom a bol menovaný za asistenta Gottlieb Daimler. Maybach
nasledoval Daimlera do Karlsruhe v roku 1869, tu pracoval na nových
konštrukciách pre spaľovacie motory, čerpadlá, stroje na rezanie dreva
a kovoobrábacích strojov.
Prvý motocykel s benzínovým motorom na svete.
O niekoľko rokov neskoršie sa presťahovali do Kolína, kde začali pracovať na
stacionárnych plynových motoroch s Nikolaus Otto. Tu sa stali hlavnými
konštruktérmi ich spoločnosti. V roku 1880 Daimler opustil spoločnosť po
nezhodách s Ottom a spolu odišli do Cannstattu neďaleko Stuttgartu.
Do konca roka 1885 vyvinuli prvý
zo svojich motorov, ktorý je
považovaný za predchodcu všetkých
moderných benzínových motorov. Na
obrázku je vidieť jeden z týchto
motorov, ktoré sú vystavované v
múzeu. V tom istom roku vyrobili
prvý karburátor, ktorý zmiešaval
odparený benzín so vzduchom, čo
umožnilo jeho efektívne využitie pri
menšej spotrebe paliva. Partnerstvo
s Daimlerom pokračovalo aj
v Štuttgarte, kde zamestnávali viac
ako tucet zamestnancov. Kým
Daimler sa staral o komerčné
problémy, Maybach riadil oddelenie
konštrukcie. Do konca 80. rokov 19.
storočia si spoločne postavili svoj
prvý automobil a navrhli ho úplne
samostatne. Bol uvedený do prevádzky v Paríži
v roku 1889. V roku 1900 navrhol nové auto
s názvom Mercedes 35 koní a on urobil dobrý
obchod s profesionálnym rakúskym pretekárom
Emilom Jelínek, ktorý objednal 36 kusov
automobilov výmenou za nový dizajn
pretekárskeho vozidla. Na obrázku je Mercedes
Jelínek, podľa ktorej sú pomenované nové
automobily. Závodné auto bolo tiež veľmi
úspešné a vozy Daimler – Maybach sa stali čoraz
viac populárnejšie. Maybach začal stavať motory pre grófa Ferdinanda
Zeppelina a jeho vzducholoď na začiatku 20. storočia, ktoré boli tiež veľmi
úspešné. V auguste 1929 použil Zeppelin LZ – 127 päť spaľovacích motorov
Maybach V – 12 s výkonom 550 koní (410 kW). Keď sa skončila I. sv. vojna
obrátil pozornosť na výrobu vysokorýchlostných dieselových motorov pre
námorné a železničné požitie a benzínové motory pre automobily. V roku 1921
však začal vyrábať limuzíny Maybach. Prvým modelom bol Maybach W3 so
šiestimi valcami, so štvorkolesovými brzdami, novým prevodovým systémom
a max. rýchlosťou 105 km za hodinu. Tento model sa vyrábal až do roku 1928
a predalo sa ich 300 kusov, väčšinou ako limuzíny ako v športovom prevedení,
lebo športový model nebol taký záujem. Nasledoval Maybach W5 s max.
rýchlosťou 135 km za hodinu, ktorých sa vyrobilo 250 kusov v rokoch 1927 až
1929. V polovici 20. rokov však DMC trpel hospodárskou krízou a pod tlakom
bánk bol nútený sa zlúčiť v roku 1926 s Benz & Cie Karl Rheinische Gas
motoren fabrik Mannheim Benz AG. Maybach zomrel vo veku 83 rokov
v Stuttgartu 29. 12. 1929.
Gottlieb Daimler (17. 3. 1834 – 6. 3. 1900) bol inžinierom priemyselným
konštruktérom a podnikateľom, ktorý sa narodil v Schornmdorfe (Kráľovstvo
Würftemberg). Bol priekopníkom spaľovacích motorov a pri vývoji
automobilov. Vynašiel vysokorýchlostný motor na
kvapalné palivo. Jeho celoživotným partnerom vo
výrobe spaľovacích motorov bol Wilhelm
Maybach. Ich spoločným cieľom bolo vyvinúť
vysokorýchlostný spaľovací motor, ktorý by mohol
namontovaný na akékoľvek zariadenie. V roku
1883 navrhli horizontálnu verziu uloženia valca
s kompresiou na kvapalné palivo, petrolej, ktorým
si Daimler splnil túžbu po vysokorýchlostnom
motore, ktorý by mohol byť regulovaný, čo ho
robilo užitočným v dopravných zariadeniach. Tento
motor bol nazvaný ako „Daimlerov sen“. V roku 1885 navrhli vertikálnu verziu
uloženia tohto motora, ktorý následne namontovali na dvojkolesový dopravný
prostriedok (motocykel). Bol to prvý motocykel vybavený motorom
s vnútorným spaľovaním, ktorý nazvali „Petroleum Reitwagen“ (Jazda na koni).
Daimler ho nazval „Standuhr“, kvôli podobnosti s veľkými kyvadlovými
hodinami. V roku 1890 zmenili názov spoločnosti na „Daimler Motoren
Gesellschaft (DMG). V roku 1892 predali svoj prvý automobil. Daimler ochorel
a odišiel z podniku. Po jeho návrate zažil ťažkosti s ostatnými akcionármi, ktoré
viedli k rezignácii v roku 1893. Maybach opustil DMG v roku 1907.
Gottlieb bol synom pekára Johanes Düamler v meste Schorndorf neďaleko
Stuttgartu. Vo veku 13 rokov v roku 1847, po absolvovaní šiestich rokov
základného vzdelania v Lateinschule. Po ukončení strednej školy v roku
1848,praxoval ako zbrojár pod vedením majstra Gunmana Hermana Raithel.
V roku 1852 ukončil odbornú prípravu, a v tom istom roku sa rozhodol opustiť
zbrojárstvo a prejsť na strojárstvo. Zaregistroval sa v škole v Stuttgarte
s priemyselným
zameraním a pod
vedením
Ferdinanda von
Steinbeisa bol
k dispozícii aj
v nedeľu ráno.
V roku 1853
Daimler dostal
prácu v továrenskej
časti školy „Rollé
und Schwilque (R
& S)
v Grafenstaden a jeho manažér Friedrich Messmer bol inštruktorom na
univerzite v Karlsruhe. Na obrázku je prvý automobil s benzínovým motorom
nazývaný „Stahlradwagen“. Daimlerovi sa darilo dobre, a keď v Rollé und
Schwilque začali vyrábať železničné lokomotívy v roku 1856, bol menovaný za
majstra. Počas dvoch rokov sa zdokonaľoval na polytechnickom inštitúte
v Štuttgarte, aby sa zdokonalil v zručnosti a získal hlbšie vedomosti o parných
lokomotívach. Tu nadobudol presvedčenie, že para by mala byť nahradená.
Uvažoval o malých, lacných, jednoduchých motoroch pre ľahké priemyselné
použitie, možno inšpirovaný novo vyvinutými plynovými motormi v tej dobe.
V roku 1961 opustil R & S a navštívil Paríž, potom odcestoval do Anglicka, kde
pracoval v popredných strojárenských firmách a naučil sa ovládať obrábacie
stroje. V roku 1962 navštívil Medzinárodnú výstavu, kde z jedným z exponátov
bol aj parný koč. Potom sa zamestnal v Maschinefabrik Daniel Straub
„Geislingen an der Steige“, kde navrhol nástroje, mlyny a turbíny. V roku 1863
nastúpil do Bruderhaus Reutlingen ako nástrojár a inštruktor a neskôr za
výkonného riaditeľa. Tu sa stretol s Wilhelm Maybach, ktorý bol od 15 rokov
sirota. V roku 1869 nastúpil do Maschinenbau Gesellschaft Karlsruhe. V roku
1872 po vytvorení spoločnosti Gasmotoren – Fabrik Deutz si vedenie vybralo
Daimlera ako manažéra továrne a zamestnal sa aj Maybach ako hlavný
projektant. Došlo k nehode medzi Nikolaus, ktorý tvrdohlavo zastával výrobu
atmosférických motorov. Vo veku 38 rokov v roku 1872 sa Daimler a Maybach
sťahovali do továrne Deutz – AG – Gasmotoren fabrik v Kolíne nad Rýnom.
V roku 1876 Otto vyvinul štvortaktný motor na plynové palivo po 14 ročnom
úsilí. Otto motor bol patentovaný v roku 1877, ale jeden z jeho 25 patentov bol
čoskoro napadnutý. Daimler, ktorý chcel vytvoriť vlastný motor sa obával, že
Ottov patent by tomu zabránil. Najal právnika, ktorý zistil, že v Paríži bol v roku
1862 vydaný patent pre štvortaktný motor pre francúzskeho inžiniera Beau De
Rochas. Daimler chcel postaviť malé motory, ktoré by sa dali použiť na
dopravu, ale Otto o to nemal záujem. Keď Otto vylúčil Daimlera zo svojich
patentov, zanikol medzi nimi veľký spor a v roku 1880 bol Daimler prepustený,
pričom od Deutz – AG získali Daimler a Maybach finančnú čiastku za patenty
112 000 mariek. V Cannstatte vymysleli svoj motor so zapaľovaním Watson,
pretože elektrické systémy v tej dobe fungovali príliš pomaly. Svoju pozornosť
zamerali na kvapalné palivo, ktoré bolo v podobe petroleja ako lampové palivo
a ligroin (benzín), ktorý sa používal ako čistiaci prostriedok a predával sa
v lekárňach ako „Leichtbenzin, wie es damals üblich und in der Apotheke zu
bekommen var“, (Minerálne liehoviny boli bežne dostupné v lekárni). Koncom
roka 1883 patentovali Daimler a Maybach prvý so svojich motorov poháňaných
na benzín. Tento motor bol patentovaný 16. 12. 1883, na obrázku je výkres.
Daimler dosiahol svoj zámer, aby motor bežal dostatočne rýchlo a aby bol
užitočný pri 750 otáčkach za minútu. Vylepšené modely dosahovali 900 ot. za
minútu. V roku 1884 pridal k motoru zotrvačník a tento motor bol menší a ľahší
ako motory iných výrobcov v tej dobe. Po roku 1897 sa vrátil k elektrickému
zapaľovaniu, ktoré vynašiel Bosch. Motor so zotrvačníkom bol zabudovaný do
ľahkého vozidla, nazývaného „Reitwagen“, prvého vozidla poháňaného
motorom na benzín a bol to predchodca motocykla.
Na obrázku je zostava výkresov prvého motocykla na svete poháňaný motorom
na petrolej. Motor mal výkon 0,5 koní (0,37 kW) a bol namontovaný na
podvozku a obsah motora bol 264 cm3 s rozmermi valca 58 x 100 mm,
vzduchové chladenie, zotrvačník z liatiny, povrchový karburátor, systém
zapaľovania s horúcim potrubím, vačkové ovládanie ventilov, hmotnosť motora
je 50 kg a výška 76 cm.
V roku 1885 vytvorili karburátor, ktorý zmiešaval benzín so vzduchom
a umožňoval jeho použitie ako palivo. V tom istom roku zostavili väčšiu verziu
svojho motora, s vertikálne uloženým valcom s objemom 1000 cm3 s výkonom
1 hp (konská sila) pri 600 ot. za minútu s menom „Standuhr“ (stojace hodiny).
Dňa 8. 3. 1886 Daimler a Maybach tajne namontovali motor s výkonom 1,1
koní s obsahom valca 462 cm3 (70 x 120 mm) na štvorkolesové vozidlo, ktoré
pri testovacej jazde dosiahlo rýchlosť 16 km za hodinu. Výkon motora bol na
kolesá prenášaný sadou remeňov. Daimler použil tento typ motora aj na pohon
lode dlhej 4,5 m s rýchlosťou plavby 6 uzlov (11 km za hodinu) a loď sa volala
„Neckar.“
V roku 1889 postavili Daimler a Maybach „Stahlradwagen“, ich prvý
automobil, ktorý nemal podobnosť konského voza, ale bol ovplyvnený
konštrukciou motocykla a v roku 1889 ho predstavili vo Francúzsku v októbri
a v tom istom roku zomrela jeho manželka Emma Kunz. Automobil bol osadený
vysokorýchlostným dvojvalcovým štvortaktným spaľovacím motorom na
kvapalné palivo a chladený vodou. Bola použitá štvorstupňová ozubená
prevodovka a nový systém riadenia. V roku 1892 DMG konečne predala svoj
prvý automobil. Gottlieb Daimler mal vo veku 58 rokov problémy so srdcom
a dostal infarkt. Vo Florencii sa stretol s Linou Hartmann, vdovou, ktorá bola
majiteľkou hotela, kde bol ubytovaný. Dňa 8. júla 1893 sa oženil. V tom istom
roku odišiel zo spoločnosti DMG. V roku 1894 v hoteli Hermann Daimler,
Maybach a jeho syn Paul navrhli tretí motor s názvom „Phonix“ so štyrmi
valcami odliate v jednom bloku vertikálne a paralelne, ventily ovládané
vačkami, karburátor s rozprašovačom trysiek, ktorý bol patentom Maybach
z roku 1893, zdokonalený systém pohonu.
Na obrázku je motor osadený do Stahlradwagen z roku 1889. V roku 1895 bol
v DMG postavených už 1000 motorov a Maybach sa vrátil ako člen vedenia
spoločnosti DMG. Počas tohto obdobia súhlasili s predajom licencii na motory
Daimler. Daimler zomrel v roku 1900 a Maybach v roku 1907 odstúpil do
DMG.
Motory na kvapalné palivo
Cyklus Beau de Rochas
Jeho hlavný praktický význam spočíva v tom, že zážihové motory s vnútorným
spaľovaním sú všeobecne známe ako benzínové motory, majú termodynamický
cyklus, ktorý môže byť reprezentovaný približným cyklom Beau de Rochas.
Jeho princíp bol patentovaný 26. 10. 1860 Christian Reithmann, ktorý bol
inšpirovaný dvojtaktným motorom Étienne Lenoir. Neskoršie bol patentovaný
v roku 1862 Beau de Rochas, lebo patent Reithmann skončil v roku 1861
a potom úspešne realizovaný Étienne Lenoir v roku 1963. Nikolaus Otto
pôvodne opísal v roku 1876 zdvih piestu v pohybe hore a dole vo valci, ale
Ottov patent bol v roku 1886 napadnutý po tom, čo bolo zistené, že Beau de
Rochas už v roku 1862 opísal princíp štvortaktného motora
v brožúre.
Prvý takt: stláčanie : Výfukový ventil je zatvorený, sací je
otvorený, piest sa posúva smerom do
valca zmes vzduchu a paliva z
karburátora alebo priameho
vstrekovania paliva do valca.
Druhý takt: stláčanie: Výfukový ventil zostáva zatvorený
a sací sa zatvára. Piest svojím
pohybom smerom nahor začína
stláčať palivovú zmes vo valci.
Tretí takt: pracovný: Oba ventily sú zatvorené a pred
ukončeným zdvihom sa zapáli
horľavá zmes paliva a vzduchu
zapaľovacou sviečkou. Spaľovanie
zápalnej zmesi spôsobuje prudký
nárast tlaku vo valci, takže
expanzia plynov núti piest klesať.
Štvrtý takt: výfuk: Výfukový ventil sa otvára na
odvádzanie spalín tlačených
pohybom piesta smerom hore.
Tento teoretický opis predstavuje princíp veľmi dobre. V praxi existujú
rozdiely, ktoré každý motor od rôznych výrobcov môže mať.
Otto – Langen Atmospheric Engine (atmosférický motor). Nikolaus vyskúšal
širokú škálu modifikácii atmosférického motora Lenoir pri hľadaní lepšieho
výkonu. Jedným zaujímavým zistením bolo, že keď sa valec motora a piest
použili na stlačenie privádzaného vzduchu a paliva, výsledný výkonový zdvih
mal dostatok energie na otáčanie kľukového hriadeľa aj na niekoľko otáčok.
Kým objavil niekoľko vylepšení pre atmosférický motor Lenoir, vytvorenie
kompresného motora bolo trochu nad rámec technológie v tej dobe. Nikolaus
použil svoje peniaze i peniaze, ktoré si vypožičal od svojich priateľov, aby
pokračoval vo svojom výskume a vyvíjal atmosférický motor.
Eugen Langen v tom čase už nejakú tu dobu riadil
rafináciu cukru v rodinnom cukrovare v Kolíne nad
Rýnom, ale rovnako ako Nikolaus jeho skutočnou
vášňou bola veda technika. Langen si prečítal
z literatúry niečo o motore Lenoir a uvažoval o tom,
ako by takéto zariadenie mohlo prospieť priemyslu.
O tom ako sa presne Nikolaus stretol Eugenom, nie
je známe, ale je možné, že Otto hľadal finančného
podporovateľa. Langen bol svedkom vývoja
atmosférického motora a podporil jeho výskum
a experimenty. Motor sa rozbehol 9. 2. 1864. Langen videl v motore potenciál
a v jeho tvorcovi. Langen a Otto 31. 3. 1864 založili spoločnosť NA Otto & Cie
na vývoj a výrobu spaľovacích motorov. Tri roky experimentovania
a modelovania boli pred uvedením motora Otto – Langen s výkonom 0,5
konských síl, jednovalcový, atmosférický, ktorý uverejnili v roku 1867 na
medzinárodnej výstave v Paríži. Spočiatku nič nenasvedčovalo na to, že by si
motor získal väčšiu pozornosť až do doby, keď demonštrácia motora ukázala, že
motor spotreboval o polovicu plynu menej ako u iných plynových motorov, pri
rovnakom výkone. Toto ohodnotenie mu prinieslo veľkú popularitu. Otto –
Langer motor sa skladal z vertikálneho stĺpika, ktorý tvoril jeden valec. Vo valci
bol nainštalovaný voľný piest s hlavou piestu smerom nadol. K hornej časti
piestu bolo pripojené ozubené koleso, ktoré bolo nad motorom uložené
vertikálne. Hrebeň zapadol do jednosmernej spojky, ktorá bola namontovaná na
hlavnom hnacom hriadeli
motora . Spojka bola prvá
svojho druhu a bola
navrhnutá Franzom
Reuleauxom.
Zotrvačník bol
namontovaný na jednej
strane hlavného hnacieho
hriadeľa a hnacia remenica
bola namontovaná na druhej
strane. Na strane
zotrvačníka bolo aj hlavné
hnacie koleso. Hlavné
ozubené koleso bolo
vybavené príslušenstvom,
ktoré poháňalo hriadeľ
ovládania. Typicky bol
prevod príslušenstva väčší
a mal viac zubov ako hlavný
prevod. Prídavné zariadenie
bolo namontované
a poháňalo hriadeľ
príslušenstva a bolo sním
otočené. Dva excentre
fungovali nezávislo od hriadeľa ovládania a boli väčšinou stacionárne. Západka
zapadla do západkového prevodu a poháňala hlavný výstredník. Tento excenter
zdvihol zostavu piesta a hrebeňa a tiež riadil druhý excenter, ktorý ovládal
posúvač na základni motora pomocou riadiacej tyče. Keď výstredník zdvihol
piest a posúvač , zmes vzduchu a plynu bola vtiahnutá do valca. Posuvný ventil
sa potom zrovnal s portom s vnútorným zapoľovaním, ktorý zapálil plynnú zmes
vo valci.
Pri výkonovom zdvihu mal voľný piest neobmedzený pohyb nahor vo valci
a využil úplné rozpínanie plynov počas horenia. Keď sa piest pohyboval nahor
hrebeň pripevnený k hornej strane piestu sa voľne pohyboval na spojke, ktorá
tlak a gravitáciu vtiahli piest späť nadol, stojan zabrzdil previsnú spojku, ktorá
poháňala hlavný hnací hriadeľ. Regulátor bol ovládaný hriadeľom príslušenstva
a riadený výfukovým ventilom. S uzatvoreným výfukovým ventilom nemohol
piest úplne klesnúť, pretože rýchlosť hriadeľa príslušenstva klesla pod
požadované otáčky, regulátor otvoril výfukový ventil, ktorý zapálil plynovú
zmes vo valci, zhasol pri každom výkonovom zdvihu. Vnútorný plameň bol
prenášaný vonkajším plameňom cez otvor na posuvnom ventile, ktorý bol
typicky distribuovaný pri tlaku 0,005 MPa (0,05 baru). Pri výbuchu spotreboval
motor viac plynu, než by mohla trubička dodávať, a preto sa použilo
vyrovnávacie vrecko, ktoré malo spotrebu plynu kompenzovať. Na chladenie sa
používal integrálny vodný plášť. Ako sa voda zohrievala, expandovala von
z plášťa v hornej časti vodného plášťa a prúdila do vonkajšej nádrže. Zároveň
bola z vonkajšieho zásobníka čerpaná do motora studená voda. Motor sa mazal
manuálne na externé mazanie, ktoré mohlo byť počas prevádzky motora.
Konštrukcia a vlastnosti tohto motora umožňovali rýchly štart a plynulý chod.
V dôsledku voľného piestu nebolo spaľovanie vo valci priamo spojené
s otáčkami hnacieho hriadeľa. Pri ľahkom zaťažení by mohol vo valci vznietiť
obsah plynu a vzduchu raz za každých 25 otáčok hlavného hnacieho hriadeľa.
Pri väčšom zaťažení by sa mohol pracovný takt zopakovať raz za každé dve
otáčky. Motor bol typicky prevádzkovaný s otáčkami hlavného hnacieho
hriadeľa pri 90 ot. za min. Rýchlosť však mohla byť zvýšená na 120 ot. za
minútu, alebo znížená na 30 ot. za minútu. Vyššie a nižšie otáčky boli riadené
mechanickými pohybmi excentra a posuvného ventilu. Skriňa valca bola
drážkovaná a podobala sa antickému stĺpu z Grécka. Okrem toho prvé motory
mali ešte jeden posuvný ventil. Tento sekundárny posúvací ventil pôsobil ako
bezpečnostný prvok na prerušenie prietoku plynu do valca. Prevádzka motora
ukázala, že bezpečnostný ventil nebol potrebný a bol neskoršie odstránený, aby
sa znížili výrobné náklady. Úspech na medzinárodnej výstave v Paríži priniesol
záplavu zákaziek, ktoré NA Otto & Cie nemohla splniť, kvôli nedostatku
existujúceho kapitálu. Lufwig Roosen – Runge, podnikateľ z Hamburgu, požičal
finančnú čiastku a spoločnosť bola premenovaná na Langen, Otto & Roosen
v roku 1869. V tom istom roku bola továreň premiestnená do Deutz. V januári
1872 sa hľadalo a našlo viacej financií a vznikla nová spoločnosť „Gasmotoren
– Fabrik Deutz AG. V tom čase v spoločnosti zamestnali aj Gottlieb Daimler
a jeho priateľa Wilhelm Maybach.
Maybach mak za úlohu prepracovať motor Otto – Langen, aby zjednodušil
jeho konštrukciu a znížil výrobné náklady. Vylepšená konštrukcia eliminovala
hriadeľ ovládania a ovládanie sa vykonávalo z hlavného hriadeľa. Regulátor
riadený valcom, ktorý spúšťa západkou a nie výfukovým ventilom.
Vylepšený motor bol k dispozícii na konci roka 1873. Verzia s výkonom 0,25
konských síl (0,19 kW) bola najmenším motorom Otto – Langen. Bol vysoký
2,1 m a vážil 408 kg. Na zvýšenie výkonu bol motor v podstate iba zväčšený,
aby mohol byť prakticky využitý. S vertikálnym valcom a dlhým stojanom
pripevnený k piestu. Motor Otto – Langen bol vysoký a ťažký. Existovali
praktické obmedzenia výšky aj hmotnosti. Vertikálny piest mal tendenciu
posielať výrazné vibrácie po každom zdvihu. Tieto vibrácie roztriasali základy
a mohlo dôjsť aj ich poškodeniu. Najväčší motor Otto – Langen bol model
s výkonom 3 konské sily (2,24 kW). Bol 3,9 m vysoký a vážil 2018 kg. Piestová
a hrebeňová zostava motora mala hmotnosť približne 80 kg. Motor s výkonom 2
konské sily (1,49 kW) pracoval pri 90 otáčkach za minútu na zotrvačníku a 30
zdvihov za minútu. Valec motora mal priemer 318 mm a max. zdvih 1030 mm
a jeho hmotnosť bola 1815 kg.
V roku 1875 Nikolaus cítil, že atmosférický motor dosiahol svoj vrchol, ale
Daimler sa stále zaujímal o pokračovanie vývoja tohto typu motorov, a tak
vznikli medzi nimi spory. V roku 1876Nikolaus spustil svoj štvortaktný
spaľovací motor s použitím spaľovacieho taktu, ktorý by znamenal revolúciu vo
svete. Vývoj motora Otto – Langen sa zastavil v roku 1877 a v roku 1880
opustili Daimler a Maybach spoločnosť Deutz a vytvorili novú spoločnosť na
vývoj motorov a automobilov. V rokoch 1864 až 1882 v Deutz zhotovili 2649
motorov a okolo 2000 ich bolo zhotovených dcérskymi spoločnosťami.
Najväčším úspechom Otto – Langen bolo, že poslúžili ako odrazový mostík pre
štvortaktné motory. Okolo 23 sa ich zachovalo a jeden z roku 1867 je po 150
rokoch v Deutz Technikum Motor Museum v Kolíne nad Rýnom a je stále
funkčný.
Siegfried Marcus (18. 9. 1831 – 1. 7. 1898) bol nemecký vynálezca. Marcus sa
narodil v Malchine v Meclenburg – Schwerin.
Vyrobil niekoľko vozidiel s benzínovým
motorom. Prvý v roku 1864, keď žil vo Viedni.
Pracovať začal ako dvanásťročný, keď sa učil za
mechanika a sedemnástich rokoch nastúpil do
spoločnosti Siemens & Halske, ktorá vyrábala
telegrafné linky. V roku 1952 sa presťahoval do
Viedne, hlavného mesta Rakúsko – Uhorska, kde
pracoval najskôr ako technik vo Fyzikálnom
inštitúte lekárskej fakulty a neskôr ako asistent
profesora Carl Ludwig, ktorý bol fyziológ.
V roku 1860 Marcus otvoril vlastnú dielňu, ktorá vyrábala mechanické
a elektrické zariadenia.
Na obrázku je motor na petrolej. Medzi prvé vylepšenia bol telegrafný reléový
systém a zapaľovacie zariadenia. Marcus bol počas nacizmu odstránený
z nemeckých encyklopédií ako vynálezca moderného auta s pohonom motora na
benzín, pre jeho židovský pôvod. Miesto neho presadzovali Gottlieb Daimlera
a Carl Benza. Na základe informácii z existujúcich zdrojov bol prvý stroj
Marcus postavený v roku 1870 na jednoduchom ručnom vozíku. Spaľovací
motor bol navrhnutý pre tekuté palivo a urobil z neho hnací prostriedok pre svoj
vozík, ale spokojný sním nebol, lebo ho rozobral. Voz je vidieť na obrázku.
V roku 1883
dostal
v Nemecku
patent na
nízkonapäťové
zapaľovacie
magneto a bol
postavený nový
benzínový
motor. Táto
konštrukcia bola
použitá pre
všetky ďalšie
motory aj toho
jedeného, ktorý sa
zachoval v jeho
automobile Marcus
z roku 1888 až 1889. Na
obrázku ho vidieť ako
atrakciu z roku 1950 vo
Viedni. Zapaľovanie
bolo spojené s rotačným
karburátorom, ktorý robil
konštrukciu motora
veľmi inovatívnym.
V roku 1886 nemecké
námorníctvo používalo
motor v torpédových lodiach. V roku 1887 začal Marcus spoluprácu
s moravskou spoločnosťou Märky, Bromovsky & Schultz. Ponúkali dvojtaktné
a po skončení Ottovho patentu aj štvortaktné motory typu Marcus. V rokoch
1888 a 1889 postavila spoločnosť auto, ktoré je ešte možno vidieť vo
Viedenskom technickom múzeu. Toto auto urobilo Marcusa známeho po celom
svete. John Nixon z London Times v roku 1938 považoval Marcusov vývoj
automobilov za experimentálny, na rozdiel od Benza, ktorý prevzal koncepciu
od experimentálnej po jeho výrobu. Nixon označil Marcusové autá za
nepraktické a o 12 rokov neskoršie v roku 1950, The Times opísal auto vo
Viedenskom technickom múzeu, ktoré bolo postavené v roku 1875 ako prvé
cestné vozidlo poháňané motorom na benzín. V článku bol uvedený opis jeho
prvej cesty z Viedne do Klosterneuberg dlhej 7,5 km. Marcus bol držiteľom 131
patentov v 16 krajinách. Nikdy nepožiadal o patent na motorové vozidlo
a samozrejme ho ani nevlastnil, ale bol prvý, kto použil benzín ako palivo do
motora a poháňal ním vozidlo z roku 1864.
George Brayton (3. 10. 1830 – 17. 12. 1892) bol americký
strojár a vynálezca. Zhotovil spaľovací motor s konštantným
tlakom, ktorý je základom plynovej turbíny a ktorý sa teraz
označuje ako Brayton cyklus. V roku 1872 si nechal
patentovať spaľovací motor s konštantným tlakom.
Spočiatku s použitím plynu ako paliva, ale neskôr s použitím
kvapalných palív, ako je petrolej a olej, známy ako
Braytonov motor. Motor mal jeden valec na kompresiu a
zásobník na zmes a samostatný valec na nasávanie a expanziu, v ktorom sa
zmes spaľovala vo výkonovom zdvihu. Významným rozdielom od iných
spaľovacích motorov poháňaných piestom je to, že tieto dva valce sú
usporiadané tak, že zmes paliva a vzduchu sa spaľuje postupne pri konštantnom
tlaku, keď sa prenáša z valca kompresora a zásobníka do pracovného –
expandovaného valca. Na zabránenie spätného spaľovania späť do zásobníka sa
použila kovová mriežka.
Občas však mriežková
zábrana zlyhala, čo viedlo
k spätnému odrazu alebo
výbuchu. V roku 1874
podal Brayton patent na
systém vstrekovania
kvapalného paliva. V tejto
verzii sa zaviedlo palivo,
keď vzduch prechádzal do
expandovaného valca, čím
sa eliminoval problém
výbuchu. Zapaľovanie
zostalo zachované. Princíp sa označoval ako konštantné tlakové spaľovanie. Bez
úspechu sa ho snažil zhotoviť Sir William Siemens v roku 1861 s použitím
štvorvalcového motora so samostatnou spaľovacou komorou. Brayton nielenže
dosiahol úspech pri práci s konštantným tlakovým cyklom, ale vyrábal
a predával aj komerčný produkt. Motory Brayton cyklu boli niektoré z prvých
motorov, ktoré sa používali na hnacie
silu. V roku 1881 John Philip Holland
použil motor Brayton na pohon prvej
úspešnej samohybnej ponorky na svete
pod menom Fienian Ram. Aj Selden
auto z roku 1878 používalo motor
Brayton. Táto konštrukcia však nikdy
nebola v prevádzke. Keď bol motor
Brayton aplikovaný na „omnibus“
v roku 1878 ako súčasť projektu medzi
Braytonom a inžiniermi Georgom
a Jamesom Fawcett, ten opísal pokus
ako úplné zlyhanie.
Prevádzkový cyklus motora a výkresov v reze a diagram ukazovateľov pre
plynové aj naftové verzie a podrobnosti o spôsobe zavádzania kvapalného paliva
sú opísané na jedenástich stranách knihy Dugald Clerk „Gas and Oil Engines“.
Motor na ropné produkty bol testovaný v New Yorku a New Jersey Ready
Motor Company. Potom nasleduje analýza Simonovho motora, ktorý bol
adaptáciou motora Brayton, ktorý vyrobil Louis Simon & Sons v Nottinghame
vo Veľkej Británii a predával ho ako „Eclipse Silent Gas Engine.“ Simonov
motor mal o niečo väčšiu zložitosť v tom, že vstrekoval určité množstvo vody
do valca pri výfukovom cykle.
Pretože motor Brayton mal
pomalé postupné horenie zmesi
paliva a vzduchu, bolo možné
udržiavať rozžeravené
zapaľovacie zariadenie, takže
motor, ktorý bol raz zapálený,
nepotreboval už žiadnu formu
zapaľovania. Na obrázku je
štvortaktný motor z roku 1890
na petrolej. Nameraná účinnosť
Brayton motora a plynového
motora Lenoir a Hugon
a atmosférickým motorom Otto
& Langen, bola medzi nimi, ale
kvapalný motor Brayton mal
výhodu v tom, že nevyžadoval
dodávku plynu. Skorý plynový motor Brayton mal otáčky regulované zmenou
bodu prerušenia pre prívod spaľovacích plynov do výkonového valca a prívod
plynu a vzduchu do čerpadla bol podobne regulovaný na udržanie tlaku
v zásobníku. Kvapalinou poháňaný motor, ktorý uviedol, reguloval iba
vypínaním vo výkonovom valci a použil pretlakový ventil na obmedzenie tlaku
v zásobníku. Zásobník na motore Brayton umožňoval jeho rýchle spustenie, ak
zostal pod tlakom, hoci Brayton vyhlásil, že „únik bol tak častý, že motor bol
málo využívaný.“
Braytonov motor bol vystavený na Centennial Exposition vo Philadelphii
v roku 1876 a Simonova varianta bola vystavená na parížskej výstave v roku
1878 a niekoľko rokov bola považovaná za dobrý motor, ale v krátkom čase sa
Ottov motor stal obľúbenejším. Brayton motor bol považovaný za prvý
bezpečný a praktický olejový motor a tiež slúžil ako inšpirácia Georgeovi B.
Seldenovi. Ako vyrobený motor sa v priebehu času vyvíjal dizajn a podľa
Henryho de Graffignyho v Gas and Petroleum Engine bol dostupný vo
vertikálnej aj horizontálnej forme. Brayton motor je zachovaný v Smithsonian
Institution v múzeu americkej histórie. V roku 1890 patentoval Brayton
štvortaktný motor so systémom vstrekovania paliva. Prvé motory Diesel
používali rozprašovací systém, ktorý bol veľmi podobný Brayton systému. Na
rozdiel od diesel motora bol Braytonov pomerne nízky. Zdrojom žeravenia bola
neustále žeravená sieťka z platiny.
Neskoršie diesel motory používali systém vysokotlakového vstrekovania paliva
takmer identický s motorom Brayton z roku 1887, kde bolo palivo privádzané
do spaľovacieho priestoru, keď prechádzalo cez pružinovú odľahčovaciu dýzu,
čo spôsobilo, že palivo sa stalo oveľa viac horľavé. Tento objav Brayton
komentoval slovami: “Zistil som, že ťažké oleje môžu byť mechanicky
premenené na jemné kvapôčky v spaľovacej časti valca na okamžité zapálenie.“
Na tento systém d získal US patent # 432 114.
Dugald Clerk (31. 3. 1854 – 12. 11. 1932) bol škótsky inžinier, ktorý navrhol
prvý úspešný dvojtaktný motor na benzín na svete v roku 1878 a a patent získal
v Anglicku v roku 1881. Narodil
sa v Glasgowe a jeho otec bol
strojníkom. V mladosti získal
vedomosti súkromne a potom
nastúpil ako učeň do firmy
Messers H. O. Robinson & Co
v Glasgowe. Od roku 1871 do
roku 1876 študoval na Anderson
College v Glasgowe za inžiniera
a potom na Yorkshire College of
Science v Leeds. Počas I. sv.
vojny bol vedúcim inžinierskeho
výskumu pre admiralitu. V roku
1883 sa oženil s Margaret
Hanney. V roku 1878 začal
pracovať Clerk na svojich
vlastných konštrukciách
spaľovacích motorov a s úpravou zapaľovacou sústavou Brayton na zapaľovaciu
sviečku. Motory Brayton (nazývané „Ready Motors“) boli vyrábané v rokoch
1872 až 1876 a boli jedny z prvých motorov, ktoré úspešne používali kompresiu
a spaľovali palivo vo valci. Do tej doby boli vyrábané spaľovacie motory bez
kompresie. Clerk sa rozhodol vyvinúť motor s použitím kompresie, ale
s dvojtaktným cyklom, pretože videl prínos v hmotnosti a plynulosti prevádzky
prostredníctvom dvojnásobného zdvihu. Clerk spočiatku experimentoval
s motorom Brayton. Použil nový systém zapaľovania v roku 1879. Motor sa mu
podarilo vyrobiť v roku 1880, ktorý pracoval v dvojtaktnom cykle, ktorý sa stal
komerčným. Dugald Clerk bol autorom troch rozsiahlych kníh o vývoji
naftového a plynového motora od jeho začiatku s podrobným opisom ich
činnosti. Prvé vydanie bolo uvedené v roku 1886 a neskôr aktualizované v roku
1896. V roku 1878 Clerk získal Brayton Ready Motor vyrobený v Philadelphii
PA USA. Clerk uvažoval o vylepšení a zvýšení výkonu tohto motora. Čoskoro
vybavil motor zapaľovacou sviečkou a vylepšeným palivovým systémom.
Spočiatku používal jeden valec na kompresiu a druhý na expanziu. Na jednom
mieste došlo k výbuchu, ktorý rozbil motor na dva kusy. Motor bol opravený
a vystavený v roku 1879.
Na obrázku je dvojtaktný benzínový motor zhotovený v roku 1879. Neskôr sa
Clerk rozhodol opustiť používanie čerpacieho valca na kompresiu a používať ho
len na prenos zmesi vzduchu a paliva do výkonového valca. Motor používa
ventily typu „poppet“, pre prívod vzduchu a plynu.
Jeden s pružinou a druhý bez pružiny a otvor vo valci, odkrytý piestom pre
výfukový ventil. Významným prínosom Clerka bolo zavedenie kompresie
a v krátkom čase prijalo niekoľko výrobcov túto technológiu. Clerk motor mal
dva valce valce: jeden pracovný a druhý na plnenie výkonového valca,
vypudenie výfukových plynov cez otvor, odrytý piestom. Niektoré zdroje
považujú tento pridaný valec za prvý kompresor na svete. Pôvodný návrh
motora neumožňoval stavanie menších motorov, pretože pre každý pracovný
valec vyžadoval vyššie uvedený prídavný čerpací valec. Kľúčové zjednodušenie
koncepcie, ktoré umožnilo menšie motory, ale výkonné dvojtaktné motory pre
ich masové využitie patentoval Joseph Day v roku 1894. Clerk zomrel
v Ewhurst Surrey 12. 11. 1932.
Joseph Day (1855 – 1946) je málo známy Anglický inžinier, ktorý vyvinul
veľmi široko používaný dvojtaktný benzínový motor s kompresiou v kľukovej
skrini. Sú to motory do malých motocyklov
kosačiek a mopedov. Day učil na Crystal
Palace School of Engineering v Londýne.
Pracovať začal v Stothert & Pitt v Bath
a v roku 1889 navrhol dvojtaktný motor
s kľukovou skriňou, ktorý je dnes široko
používaný. V roku 1878 začal podnikať
s výrobou kompresorov a zlievareň na
odlievaní častí oceľových žeriavov. Svoju
konštrukciu vzduchového kompresora, ktorý
vylepšil z licencovaného kompresora Edmud
Edwards v roku 1889 a pracoval na
konštrukcii motora, ktorý by neporušil patenty, ktoré mal Otto na štvortaktný
motor. Svoj motor pomenoval „Valveless Two – Stroke Engine“. V skutočnosti
tam boli dve klapky v originálnej konštrukcii Joseph Day. Jedna na výstupe, kde
sa nachádza jazýčkový ventil a druhá na vrchnej časti valca. Vyrobil asi 250
kusov týchto dvojtaktných motorov, ktoré sa montovali do malých generátorov
a získali ocenenie na Medzinárodnej elektrotechnickej výstave v roku 1892. Bol
to jeden z robotníkov Day, Frederick Cock, ktorý urobil modifikáciu, ktorá
umožnila spodnou časťou piestu ovládať vstupný otvor a úplne vypustiť vetily,
čo viedlo ku klasickému dvojtaktnému piestu. Iba dva z týchto originálnych
motorov prežili a jeden je v Deutsches Museum v Mníchove, druhý je v Science
Museum v Londýne.
Na obrázku je vidieť klasický dvojtaktný motor na benzín.
Edward Butler (1862 – 1940) postavil trojkolový automobil osadený
benzínovým motorom, ktorý mnohí považujú za prvé auto v Anglicku. Narodil
sa v Bickington, Newton Abbott a po štúdiu začal v roku 1879 pracovať
v Brown & May v zlievarni v severnom Wilts. Neskôr asi v roku 1881 sa
presťahoval do Londýna a tu pracoval v železiarňach Hatcham. V roku 1884
patentoval motorovú trojkolku s menom „Velocycle.“ Butler uviedol svoje
vozidlo v roku 1885 na výstave vynálezov
v Londýne. Na obrázku je Butler aj so svojou
trojkolkou. V roku 1887 získal v Londýne
patent pod číslom 15 598 na „Butlers Petrol –
Cycle Syndicate Limited Patent.“ V roku 1888
bolo postavené vo firme Merryweater & Sons.
Butler motor na petrolej bol namontovaný na
trojkolesové vozidlo so zadným kolesom priamo
hnaným. Motor mal výkon 460 W s obsahom
valca 450 cm3 s rozmermi valca 57 x 127 mm
s magnetickým zapaľovaním, vybavený
rotačnými ventilmi a karburátorom, teda o päť
rokov skôr ako ich patentovali Maybach
a Ackermann. Štartovanie bolo na stlačený
vzduch. Motor bol kvapalinou chladený s chladičom cez zadné hnacie koleso.
Rýchlosť bola riadená pákou škrtiacej klapky. Vozidlo nemalo brzdy a do
pohybu bola dané spustením zadného kolesa na podlahu pomocou nožnej páky.
Hmotnosť stroja pri zastavení niesli dve malé kolieska. Vodič sedel medzi
dvoma prednými kolesami.
Na obrázku je vidieť prevedenie trojkolky z roku 1887. Toto vozidlo bolo
opísané v článku zo 14. 2. 1891 v časopise Scientific American, kde bolo
uvedené, že jeden galón paliva vo forme benzolu alebo oleja by mohol poháňať
vozidlo 40 míľ s rýchlosťou od 3 do 10 míľ (5 až 16 km) za hodinu. V roku
1890 napísal Butler v časopise The English Mechanic, „Úrady nepočítajú
používanie trojkolky na cestách a ja som v dôsledku toho prestal akýkoľvek
ďalší vývoj.“ Kvôli všeobecnému nedostatku záujmu o jeho trojkolku, Butler
rozobral v roku 1896 vozidlo a predal patentové právo Harrymu Lawson, ktorý
pokračoval vo výrobe na pohon motorových člnov. Butler ako 28 ročný si vzal
za manželku Kate vo veku 25 rokov a spolu mali syna Erica. Edward Butler
zomrel v Surrey vo veku 77 rokov.
James Atkinson (1846 – 1914) bol britský inžinier, ktorý vynašiel niekoľko
motorov s vyššou účinnosťou, akým bol motor Otto. Zhotovil tri varianty
motorov, ktoré pomenoval: „Diferencial“ z roku 1882, „Cyklus“ roku 1887 a
„Utilite“ z roku 1892.
Najznámejší bol model cyklus, patentovaný v roku 1887. Atkinson navrhol
motor tak, aby poskytol dobrú účinnosť čiastočne na úkor výkonu. Prvý motor
diferenciál používal dva protiľahlé piesty. Druhý cyklus používal nad stredové
rameno na vytvorenie štyroch zdvihov piestu pri jednej otáčke kľukového
hriadeľa.
Na obrázku je vidieť patentový výkres a kresbu motora diferenciál z roku 1882.
Piesty motora pracovali proti sebe. V tomto motore bol jeden kľukový hriadeľ
pripojený k dvom protiľahlým piestom cez kĺbové spojenie, ktoré bolo
nelineárne. Po polovici taktu zostal jeden z piestov takmer bez pohybu, zatiaľ čo
druhý sa k nemu priblížil a vrátil sa späť. Takže pri cyklu bol druhý uvedený
piest takmer bez pohybu, keď sa prvý priblížil a vrátil sa. Takže pri každej
otáčke jeden uvedený piest poskytol kompresný zdvih a výkonový zdvih, potom
druhý piest poskytol výfukový zdvih a nasávací zdvih. Ako výkonový piest
zostal stiahnutý počas výfuku a nasávania, bolo praktické zabezpečiť výfuk
a nasávanie pomocou ventilov za vstupom, ktorý bol zakrytý počas
kompresného zdvihu a výkonového zdvihu, takže ventily nemuseli odolávať
vysokému tlaku a mohli byť jednoduchšej konštrukcie, ktoré sa bežne používali
v parných motoroch.
Atkinson Cyklus bol navrhnutý v roku 1887 a bol pomenovaný ako, „Cycle
Engine“. Tento motor používal tanierové ventile, vačku a rameno na vytvorenie
štyroch zdvihov piestu pre každú otáčku kľukového hriadeľa.
Nasávacie a kompresné zdvihy boli podstatne kratšie ako expanzné a výfukové
zdvihy.
Cyklus motory boli vyrobené a predávané niekoľko rokov spoločnosťou
British Engine Company. Veľkosť výkonu sa pohybovala od niekoľkých
konských síl až po 100 konských síl.
Atkinson „Utilite Engine“. Bol to účinný motor, ale konštrukcia sa dala iba
ťažko vyvážiť pri vysokých rýchlostiach. Atkinson si uvedomil, že potrebuje
vylepšenie, aby bol viac použiteľný ako motor s vysokou rýchlosťou. S týmto
novým dizajnom bol motor konvenčnejší a vyváženejší, schopný pracovať až do
600 otáčok za minútu, pritom produkovať výkon pri každej otáčke so
zachovaním efektivity. Mal pomerne krátky kompresný zdvih a dlhší expanzný
zdvih. Utilite pracoval podobne ako štandardný dvojtaktný motor, s tým
rozdielom, že výfukový otvor je umiestnený v strede zdvihu. Počas expanzného
zdvihu, vačkou ovládaný ventil zabraňuje úniku tlaku, keď sa piest pohybuje
okolo výfukového otvoru. Výfukový ventil je otvorený v blízkosti spodnej časti
zdvihu, zostane zatvorený, keď sa piest vráti smerom ku kompresii, pričom
nechá čerstvý vzduch naplniť valec a uniká výfukový plyn, až kým nie je otvor
zakrytý piestom. Po zakrytí výfukového otvoru začne piest stláčať zmes vo
valci. Malé piestové palivové čerpadlo vstrekuje palivo počas kompresie.
Zdrojom zapálenia zmesi bola pravdepodobne horúca trubica ako v iných
motoroch spoločnosti Atkinson. Výsledkom tejto konštrukcie bol dvojtaktný
motor s krátkou kompresiou a dlhším zdvihom. Utilite Engine bol pri testovaní
ešte účinnejší ako predchádzajúce dve verzie. Veľmi málo kusov bolo z nich
vyrobených a nie je známe, že by sa boli zachovali.
Na obrázku je Utilite Engine na patentovom výkrese v Británii pod číslom
#2492 z roku 1892. N
Na obrázku je vidieť prevedenie motora z časopisu z toho obdobia.
Karl Fridrich Benz (25. 11. 1844 – 4. 4. 1929) bol
nemecký návrhár motorov a automobilový
konštruktér. Jeho patentový automobil Benz z roku
1885 je považovaný za prvý praktický automobil.
Patent na motorové vozidlo dostal 29. 1. 1886. Na
obrázku je Karl Benz z roku 1869. Karl Fridrich Benz
sa narodil v Mühlburd v Baden Württemberg. Napriek
tomu, že mu otec zomrel, keď bol ešte dieťa, matka sa
mu snažila zabezpečiť vzdelanie. Karl navštevoval
gy
mn
ázi
um
v
Ka
rlsr
uh
e
a b
ol
mi
mo
ria
dn
ym
štu
de
nto
m. V roku 1853 ako deväťročný začal študovať na vedecky zameranom lýceu
a potom na Polytechnickej univerzite pod vedením Ferdinanda Redtenbachera.
Karl sa pôvodne zameriaval na zámočníctvo, ale prešiel k lokomotívnemu
inžinierstvu. Na obrázku je patentová trojkolka z roku 1885. Dňa 30. 9. 1860 vo
veku 15 rokov zložil prijímacie skúšky pre strojné inžinierstvo na univerzite
v Karlsruhe, ktorú aj navštevoval a promoval 9. 7. 1864. Po dokončení štúdia
mal sedemročnú odbornú prípravu v niekoľkých spoločnostiach. Potom sa
presťahoval do Mannheimu, kde pracoval ako návrhár a dizajnér v továrni na
výrobu váh. V roku 1871 sa Karl pripojil k Augustovi Ritterovi, keď si otvorili
hutnícku a mechanickú dielňu v Mannheime. Prvý rok prebehol veľmi zle
a Ritter sa ukázal ako nespoľahlivý partner. Problémy sa prekonali, keď
snúbenica Berta Ringer odkúpila Ritterov podiel v spoločnosti. Dňa 20. 7. 1872
mali svadbu a mali spolu päť detí.
Na obrázku je Benz Valo, prvé sériovo vyrábané vozidlo spoločnosťou Benz &
Cie. Aby získal väčšie príjmy, začal v roku 1878 pracovať vytvorení
spoľahlivého benzínového dvojtaktného motora. Benz dokončil svoj dvojtaktný
motor 31. 12. 1879 na Silvestra a patent mu bol udelený 28. 6. 1880. Čoskoro si
nechal patentovať systém regulácie rýchlosti, zapoľovania elektrickej iskry
s batériou, zapaľovaciu sviečku, karburátor, spojku, radenie prevodových
stupňov a vodný chladič. Banky prinútili, aby sa Benz formálne spojil s Emilom
Bühlerom jeho bratom , ktorý obchodoval so syrom k tomu, aby získal ďalšiu
finančnú podporu. V roku 1882 sa spoločnosť stala akciovou spoločnosťou pod
menom „Gasmotoren Fabrik Mannheim“. V roku 1883 sa dobrovoľne stiahol
a spojil sa s majiteľmi opravovne bicyklov Max Rose a Friedrich Wilhelm
Eßlinger. V tom istom roku založili novú spoločnosť na výrobu strojov. Benz &
Companie Rheinische Gasmotoren – Fabrik, zvyčajne známu pod menom Benz
& Cie, ktorá čoskoro zamestnávala 25 pracovníkov a začali vyrábať statické
plynové motory. Dobrý rozbeh umožnil, aby sa mohol venovať návrhu
motorového vozidla. Kolesá mali bicyklovú konštrukciu so štvortaktným
motorom podľa vlastnej konštrukcie medzi zadnými kolesami s pokročilým
zapaľovacím systémom a vodným odparovacím systémom chladenia.
Na obrázku je vidieť uloženie motora na jeho prvej motorovej trojkolke.
Výkon motora bol prenášaný pomocou dvoch valčekových reťazí na zadnú
nápravu. Svoj automobil dokončil v roku 1885 a nazval ho „Benz Patent
Motorwagen.“ Patent na tento automobil získal 29. 1. 1886 ako DRP – 37 435.
Prvé úspešné testy sa na verejných cestách uskutočnili v lete 1886. O rok
neskoršie vyrobil Motorwagen Model 2, ktorý mal niekoľko vylepšení a v roku
1889 bol predstavený Model 3 s drevenými kolesami, ktorý bol vystavený i na
Expo v Paríži v tom istom roku. Automobil mal tri kolesá, rúrkový rám,
hrebeňové riadenie s pastorkom predného kolesa, spojené z riadiacou pákou pri
vodičovi. Motor mal elektrické zapaľovanie a zadná náprava mala diferenciálny
rozvod. Motor bol vodou chladený a bol benzínový, horizontálne uložený
s jedným valcom s vŕtaním 116 mm a pracovným zdvihom 160 mm. Obsah
motora bol 958 cm3 s výkonom 0,8 hp a rýchlosť vozidla bola 13 km za hodinu.
Komerčný model 3 mal obsah motora 1600 cm3 s výkonom 3 hp s rýchlosťou 16
km za hodinu.
V roku 1888 začal vozidlo s benzínovým motorom predávať, čím sa stal prvým
komerčne dostupným autom v histórii. Spočiatku nemali vozidlá žiadne
prevodové stupne a bez pomoci sa na kopce nedostali. Toto vylepšenie bolo
uskutočnené až po tom, čo Berta urobila svoju slávnu cestu a ktorá navrhla
manželovi, aby pridal aj obloženie na brzdy. Berta ráno 5. 8. 1888 vzala vozidlo
s dvoma chlapcami Eugena a Richarda na cestu z Mannheimu do Pforzheimu,
aby navštívila svoju matku. Okrem toho, že musela vyhľadávať lekárne na ceste
k doplneniu paliva, opravovala rôzne mechanické problémy a vymyslela
brzdové obloženie. Po dlhších trasách z kopcov prikázala obuvníkovi, aby na
brzdové drevené plochy naniesol kožené obloženie. Za súmraku dorazili do
Pforzheimu a telegramom oznámila manželovi úspešný dojazd. Jej zámerom
bolo demonštrovať použitie automobilu s benzínovým motorom na cestovanie
a zvýšiť jeho popularitu.
Na obrázku je Karl Benz so svojou manželkou Bertou na jednom z prvých
štvorkolesových modelov.
Veľký dopyt po stacionárnych spaľovacích motoroch prinútil Karla rozšíriť
závod v Mannheime a v roku 1886 bola pridaná nová budova na
Waldhofstrasse. V tom čase už zamestnával 50 zamestnancov. Ku koncu 19.
storočia bol Benz najväčšou automobilkou na svete s celkovo vyrobenými 572
kusmi automobilov. V roku 1899 sa spoločnosť stala akciovou a s príchodom
Fridricha von Fischera a Julia Ganßa, ktorí nastúpili do vedúcich funkcií
odporučili, aby spoločnosť Benz začala vyrábať lacnejšie autá vhodné pre
hromadnú výrobu.
V roku 1893 Karl vytvoril automobil „Victoria“, dvojmiestny s motorom
o výkone 2,2 kW, ktorý mohol dosiahnuť rýchlosť 18 km za hodinu a mal
otočnú prednú nápravu ovládanú valčekovou reťazou od riadenia. Tento model
bol úspešný a predalo sa ich 85 kusov. Auto Benz Velo sa tiež zúčastnilo prvého
automobilového preteku na svete v roku 1884 v Paríži v Rouene, kde Emil
Roger skončil na 14. mieste po prejdení 126 km dlhej trasy za 10 hodín aj jednej
minúty s priemernou rýchlosťou 12,7 km za hodinu.
Na obrázku je prvý vyrobený autobus v spoločnosti v roku 1885 pre
autobusovú spoločnosť Netphener. V roku 1885 Benz navrhol aj prvé nákladné
auto so spaľovacím motorom. V roku 1896 získal patent na konštrukciu prvého
plochého (horizontálne uloženého protiľahlými piestami). Ploché motory
s počtom valcov štyri alebo dvoma sa nazývali „boxer motory“. Karl Benz 24. 1.
1903 oznámil svoj odchod z konštrukčnej kancelárie. Synovia Eugen a Richard
odišli z Benz & Cie v roku 1903, ale Richard sa do spoločnosti vrátil v roku
1904 ako návrhár osobných vozidiel. V tom istom roku získali tržby z predaja
automobilov a spoločnosť zostala i naďalej jeden z najväčších výrobcov
automobilov. V roku 1909 postavili špeciálny automobil „Blitzen Benz“, ktorý
bol vyrobený na dosiahnutie čo najväčšej rýchlosti. Auto obsahoval 21,5 litrový
motor s výkonom 150 kW (200 hp), a 9. 11. 1909 vodič Victor Hemery
z Francúzska na Speed Racer v Brooklands dosiahol rýchlosť 226,91 km za
hodinu a hovorilo sa, že je to najrýchlejší dopravný prostriedok na svete a tento
rekord nebol prekonaný takmer desať rokov iným vozidlom.
Karl, Berta a syn Eugen sa presťahovali asi 10 km východne od Mannheim,
neďaleko Landenburgu a s vlastným kapitálom založili súkromnú spoločnosť
v roku 1906 pod menom „Benz Söhne“, na výrobu automobilov a benzínových
motorov.
Na obrázku je rýchlostné vozidlo Blitzen Benz z roku 1909.
Vyrábali svoje vlastné konštrukcie automobilov nezávislo od spoločnosti Benz
& Cie. Boli to autá dobrej kvality a stali sa populárne v Londýne ako taxíky.
V roku 1912 opustil Karl rodinný podnik a zostal už iba riaditeľom spoločnosti
Benz & Cie. Počas osláv narodenín dostal 25. 11. 1914 čestný doktorát
univerzity v Karlsruhe, čím sa stal Dr. Ing. h. c. Karl Benz. V roku 1924 si Karl
Benz postavil dve autá s výkonom 8,25 hp, ktoré boli vyrobené na mieru pre
jeho osobné použitie a nikdy neboli predané a sú v zachovalom stave. Dňa 28. 6.
1926 sa Benz & Cie a DMG zlúčili ako spoločnosť pod názvom „Daimler –
Benz, ktorá pomenovala svoje autá ako !Mercedes – Benz“, kvôli dôležitému
automobilu DMG Mercedes 35 hp z roku 1902, ktorý dostal pomenovanie podľa
dcéry Emila Jelínka, Mercedes Jelínek. Po zvyšok svojho života bol Benz
členom správnej rady spoločnosti Daimler – Benz. Karl Benz zomrel 4. 4. 1929
doma v Landenburgu vo veku 84 rokov na zápal priedušiek. Manželka zostala
v tom dome do jej smrti 5. 5. 1944.
Rotačné motory
Je to skorší druh spaľovacích motorov, zvyčajne navrhnuté s nepárnym počtom
valcov v radiálnom usporiadaní, v ktorom je kľukový hriadeľ pevný bez pohybu
a kľuková skriňa a k nej pripojené valce rotujú okolo neho ako hnacia jednotka.
Jeho hlavnou aplikáciou bolo v letectve, aj keď ich použili najskôr v skorých
motocykloch a automobiloch.
Tento typ motora bol široko
používaný ako alternatíva ku
konvenčným radovým motorom
najmä v priebehu I. sv. vojny, až
do poloviny 20. rokov 20. storočia.
Na obrázku je rotačný motor
typu Momosoupape iba s jedným
ventilom. Bol považovaný za
efektívny, dostatočne výkonný,
spoľahlivý a s malou hmotnosťou.
Rotačný motor je v podstate
štandardný štvortaktný motor
s valcami usporiadanými radiálne
okolo centrálneho kľukového hriadeľa rovnako ako konvenčný radiálny motor,
ale miesto toho, aby mal pevný blok valcov s rotujúcim kľukovým hriadeľom,
kľukový hriadeľ zostáva nehybný a celý blok s valcami sa otáča okolo hriadeľa.
U lietadiel bol najbežnejšie kľukový hriadeľ pevne uchytený ku kostre lietadla
a vrtuľa bola jednoducho priskrutkovaná k prednej časti kľukovej skrine. Tento
rozdiel má tiež vplyv na systém mazania, zapaľovania, prívodu paliva
a chladenia. K úspechu rotačného motora v tom čase prispeli tri kľúčové
faktory: Hladký chod motora, lebo rotačné motory dodávali energiu hladko,
pretože neexistujú žiadne vratné časti a relatívne veľká hmota kľukovej skrine
a valcov nahrádzala zotrvačník.
Vylepšené chladenie, keď bežal motor, lebo zostava rotujúcej kľukovej skrine
a valcov si vytvorila vlastný prúd chladiaceho vzduchu a to aj pri stojacom
zariadení.
Veľkosť hmoty motora. Mnoho konvenčných motorov muselo mať pridané
ťažké zotrvačníky, aby vyhladili impulzy a znížili vibrácie. Rotačne motory
získali podstatnú výhodu v pomere výkonu k hmotnosti motora tým, že nemuseli
pridávať zotrvačník. Spolu s ostatnými radiálnymi motormi mali výhodu malej
plochy kľukovej skrine a vďaka ich efektívnemu systému chladenia vzduchom
mohli byť valce vyrobené s tenšími stenami a plytkými chladiacimi rebrami, čo
tiež znížilo ich hmotnosť.
Konštruktéri motorov si boli vedomí mnohých obmedzení rotačného motora,
takže keď sa motory so statickým štýlom stali spoľahlivejšie a dávali lepšie
pomery výkonu k hmotnosti motora a znížila sa spotreba paliva, boli dni
rotačných motorov zrátané.
Rotačné motory mali neefektívny olejový systém s úplnými stratami. Jediným
praktickým riešením bolo nasávanie maziva so zmesou paliva a vzduchu ako pri
dvojtaktnom motore.
Zvýšenie výkonu tiež zvýšilo hmotnosť a veľkosť motora, čím sa znásobila
gyroskopická precensia z rotujúcej hmoty motora. To spôsobilo problémy so
stabilitou a riadením v lietadlách. v ktorých boli tieto motory nainštalované,
najmä pre neskúsených pilotov.
Výkon stále viac prevyšoval odpor vzduchu rotačného motora.
Ovládanie motora bolo zložité a malo za následok veľkú spotrebu paliva.
Na obrázku je rez hviezdicovým motorom s valcami ojnicami a prevodovkou.
Často sa tvrdí, že rotačné motory nemali žiadnu reguláciu prívodu paliva, a preto
sa výkon mohol znížiť iba prerušovaním zapaľovania pomocou prepínača
„blip“. Takmer doslova to platilo pre typ „Monosoupape“ (jediný ventil), ktorý
privádzal väčšinu vzduchu cez výfukový ventil, ktorý zostal otvorený pre časť
dolného zdvihu piesta. Bohatosť zmesi vo valci teda nemohla byť kontrolovaná