Động cơ đốt trong là một phát minh mang tính bước ngoặt trong lịch sử ngành công nghiệp ô tô và lịch sử loài người.
Động cơ đốt trong là trái tim đập của hầu hết các phương tiện giao thông, từ ô tô và xe máy trên đường đến máy bay trên bầu trời và tàu trên biển. Động cơ này là sự kế thừa của động cơ hơi nước hay động cơ đốt ngoài kiểu cũ. Tuy nhiên, động cơ đốt trong chắc chắn là hiệu quả hơn nhiều so với người tiền nhiệm của nó.
Sự khác biệt cơ bản giữa động cơ hơi nước và động cơ đốt trong là ở chỗ, nhiên liệu được đốt cháy bên trong buồng đốt bằng cách đốt cháy liên tục và tạo thành các khí áp suất cao đẩy các pít-tông. Trong khi ở quá trình đốt ngoài, nhiên liệu được đốt cháy ở bên ngoài, và nhiệt lượng tạo ra làm bốc hơi chất lỏng hoạt động (nước), bằng cách giãn nở và tác động lên cơ chế của động cơ, tạo ra chuyển động và công có thể sử dụng được.
Sự phát triển của động cơ đốt trong đã có lịch sử lâu đời hơn 150 năm, và một số bộ óc vĩ đại đã đóng góp vào sự phát triển của nó để có được vị trí như ngày nay. Dưới đây là một cái nhìn thoáng qua về quá trình phát triển của nó.
Các phát minh trước năm 1860
Năm 1860 là năm chuẩn mực trong lịch sử của động cơ đốt trong vì trong năm này, Etienne Lenoir đã phát triển động cơ đốt trong thành công về mặt thương mại đầu tiên. Tuy nhiên, trước đó, một số nỗ lực đầy hứa hẹn đã được thực hiện bởi nhiều kỹ sư và nhà khoa học xứng đáng.
Trước Lenoir gần 50 năm, các kỹ sư người Pháp Nicéphore Niépce và Claude Niépce đã chế tạo một động cơ đốt trong chạy bằng hỗn hợp rêu, than cám và nhựa thông chạy bằng sự nổ có kiểm soát. Họ đặt tên cho nó là ‘The Pyréolophore’, và động cơ này đã được cấp bằng sáng chế bởi Napoléon Bonaparte. Động cơ này không lâu sau đó là động cơ đốt trong chạy bằng khí hydro-oxy do Francois Issac De Rivaz phát minh, trong đó ông sử dụng tia lửa điện làm cơ chế đánh lửa. Rivaz đã tiến xa hơn và lắp động cơ của mình vào một cỗ xe, trở thành chiếc ô tô đầu tiên trên thế giới chạy bằng động cơ đốt trong.
Vài năm sau, vào năm 1823, Samuel Brown được cấp bằng sáng chế cho động cơ đốt trong đầu tiên có thể ứng dụng trong công nghiệp. Còn được gọi là ‘The Gas Vacuum Engine’, nó sử dụng áp suất khí quyển để hoạt động. Ông đã chứng minh hiệu quả của nó trong việc chạy xe ngựa và thuyền, và vào năm 1930, động cơ này đã bơm thành công nước lên tầng trên của kênh đào Croydon ở Anh.
Những phát minh này đã thu hút sự quan tâm của một số nhà đổi mới, và trong những năm tiếp theo, một số phát triển độc đáo đã ra đời. Năm 1826, Samuel Morey của Mỹ đã phát triển Động cơ hơi hay khí nén với bộ chế hòa khí. Một lần nữa vào năm 1833, Lemuel Wellman Wright ở Vương quốc Anh đã tạo ra động cơ khí tác dụng kép kiểu bàn với xi lanh bọc nước. Động cơ của William Barnetts, được phát triển vào năm 1838, được cho là động cơ đầu tiên thực hiện nén trong xi-lanh.
1860 và trở đi: Từ động cơ hai đến bốn kỳ
Một vài sự phát triển khác đã diễn ra trong những năm tới, nhưng bước đột phá lớn đến vào năm 1860 từ bàn tay của Jean Joseph Etienne Lenoir. Ông đã phát minh ra động cơ đốt trong chạy bằng khí được coi là động cơ đốt trong có chức năng đầu tiên. Hoạt động hiệu quả vì một số ít trong số này thực sự được sản xuất và sử dụng trên khắp Paris trong một số máy in và khung dệt.
Năm 1863, Lenoir lắp động cơ này vào một chiếc xe và đặt tên nó là ‘Hippomobile’. Ông đã lái chiếc xe này chín km từ Paris đến Joinville-le-Pont, và quay trở lại. Ông đã sử dụng một dẫn xuất nhựa thông làm nhiên liệu; do đó, nó là chiếc xe đầu tiên sử dụng động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu lỏng. Tuy nhiên, Hippomobile của Lenoir không thể phục vụ nhu cầu tốc độ. Động cơ hai thì của nó chỉ có khả năng tạo ra 100 vòng/phút và có tốc độ trung bình là 6 km một giờ.
Mặc dù động cơ của Lenoirs không thành công lắm trong ngành công nghiệp ô tô, nhưng kích thước và trọng lượng giảm đi đã gây ấn tượng với nhiều người. Sau đó, Nicolaus August Otto, một Kỹ sư người Đức, đã nhận nhiệm vụ làm cho động cơ này hoạt động hiệu quả hơn. Ông bắt đầu khám phá tiềm năng của Cồn Ethyl làm nhiên liệu và lắp đặt bốn động cơ để cải thiện hiệu suất động cơ.
Sau mười hai năm thử nghiệm nghiêm ngặt và một số lần thất bại, vào năm 1872, ông đã thành công trong việc phát triển một động cơ bốn kỳ hoạt động dựa trên các nguyên tắc của Alphonse Beau de Rochas và thiết lập các nguyên tắc hút, nén, đốt và xả. Cho đến nay, tất cả các động cơ đốt trong trên ô tô và xe máy đều hoạt động theo nguyên tắc của Otto.
Những năm 1880: Động cơ được phát triển lý tưởng cho xe
Động cơ của Otto và sự phát triển của nó chắc chắn mạnh hơn Lenoir; tuy nhiên, trọng lượng của nó đã trở thành một vấn đề đáng quan tâm đối với ô tô. Chúng hoạt động khá tốt cho các nhà máy nhưng không phải là phù hợp nhất cho xe . Sau đó Gottlieb Daimler và Wilhelm Maybach nhận nhiệm vụ tối ưu hóa động cơ này. Một lần, các cộng sự của Otto bắt đầu tiến hành các thí nghiệm của riêng họ từ năm 1881 để phát triển động cơ nhỏ, nhanh và có khả năng cung cấp năng lượng cho các phương tiện trên cạn và dưới nước.
Thành công đầu tiên của họ đến vào năm 1883 khi họ phát triển một động cơ xăng với đánh lửa hot-tube có thể tạo ra một mã lực ở tốc độ 650 vòng/phút. Nó nhỏ và tương đối nhẹ, lý tưởng cho việc sử dụng trên các phương tiện giao thông. Bộ đôi này đã tiếp tục nâng cao khả năng của mình, dẫn đến việc phát triển tiền thân của xe máy mà họ đặt tên là ‘Retiwagen’.
Năm 1886, họ lắp đặt một động cơ có tên là ‘Grandfather Clock’ trên một cỗ xe bốn bánh, và vào năm 1889, họ đã tạo ra chiếc xe tự vận hành hoàn toàn đầu tiên với động cơ 1,5 mã lực. Đến năm 1900, Daimler và Maybach đã tăng công suất của động cơ ô tô lên 35 mã lực, có khả năng đạt tốc độ tối đa 90 km/h.
Sau những phát minh đột phá này, động cơ đốt trong đã trải qua một số bước phát triển trong nhiều năm. Việc thành lập một số công ty ô tô đóng một vai trò quan trọng trong đó. Khi thế giới trải qua hai cuộc chiến tranh tàn khốc, các yêu cầu về hiệu suất của các phương tiện đã thay đổi hoàn toàn. Điều này đã đóng góp nhiều vào nhu cầu phát minh và phát triển động cơ trên cạn, dưới nước và bầu trời. Sau đó, nhận thức về xe cộ đã thay đổi, và các cá nhân bắt đầu mua nhiều ô tô hơn, dẫn đến một số đổi mới tạo nên động cơ đốt trong như ngày nay.
