تاريخ تطور محركات الاحتراق الداخلي
نشأت محركات الاحتراق الداخلي من أبحاث الفيزيائي الهولندي هويجنز حول استخدام انفجار البارود للحصول على الطاقة، لكنها لم تنجح بسبب صعوبة التحكم في احتراق البارود. في عام 1794، اقترح الإنجليزي ستريت الحصول على الطاقة من احتراق الوقود وكان أول من اقترح مفهوم خلط الوقود مع الهواء. في عام 1833، اقترح الرجل البريطاني رايت تصميمًا يستخدم ضغط الاحتراق بشكل مباشر لدفع المكبس للعمل.
في منتصف-19القرن العشرين، أتقن العلماء نظرية التحويل الحراري للطاقة الميكانيكية الناتجة عن حرق غاز الفحم والبنزين والديزل. وهذا ما وضع الأساس لاختراع محرك الاحتراق الداخلي. منذ ظهورها في ستينيات القرن التاسع عشر، تم تحسين وتطوير محركات الاحتراق الداخلي من النوع المكبس بشكل مستمر، وأصبحت آلات كاملة نسبيًا. لقد تم استخدامه على نطاق واسع نظرًا لكفاءته الحرارية العالية وطاقته الواسعة ونطاق السرعة والمطابقة المريحة والقدرة على المناورة الجيدة. جميع أنواع السيارات والجرارات والآلات الزراعية والآلات الهندسية ومحطات الطاقة المتنقلة الصغيرة والصهاريج في جميع أنحاء العالم تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي. كما يتم دفع السفن التجارية البحرية، والسفن الداخلية، والسفن التقليدية، وكذلك بعض الطائرات الصغيرة، بواسطة محركات الاحتراق الداخلي.
في عام 1860، قام لينوا الفرنسي بتقليد هيكل المحرك البخاري وقام بتصميم وتصنيع أول محرك غاز عملي. هذا محرك احتراق داخلي غير مضغوط، يتم إشعاله كهربائيًا، ويستخدم غازًا مضاءً. اعتمد لينوا لأول مرة على حلقات المكبس المرنة في محركات الاحتراق الداخلي. تبلغ الكفاءة الحرارية لآلة الغاز هذه حوالي 4٪. دعا بارنيت من المملكة المتحدة إلى ضغط الخلائط القابلة للاحتراق قبل الاشتعال، وكتب لاحقًا مقالات تناقش الدور المهم لضغط الخلائط القابلة للاحتراق، مشيرًا إلى أن الضغط يمكن أن يحسن بشكل كبير كفاءة محرك الاحتراق الداخلي لينوا.
في عام 1862، اقترح العالم الفرنسي روزا متطلب تحسين كفاءة محركات الاحتراق الداخلي بعد إجراء تحليل نظري للعملية الديناميكية الحرارية، والتي كانت أول دورة عمل رباعية الأشواط.
في عام 1876، طبق المخترع الألماني أوتو مبدأ روزا لإنشاء أول محرك احتراق داخلي رباعي الأشواط، ذو أسطوانة واحدة، بقوة 3.2 كيلو واط (4.4 حصان). ولا يزال يستخدم الغاز كوقود، ويستخدم الإشعال باللهب، وتبلغ سرعته 156.7 دورة في الدقيقة، ونسبة ضغط 2.66، وكفاءة حرارية 14%، ويعمل بسلاسة. وفي ذلك الوقت، كانت الأعلى في كل من الطاقة والكفاءة الحرارية. تمت ترقية محرك الاحتراق الداخلي Otto كما تم تحسين أدائه.
طور أول محرك غاز ثنائي الشوط وعرضه في معرض باريس. مع تطور النفط، جذبت البنزين والديزل، وهي أسهل في النقل من الغاز، انتباه الناس. أول ما يتم اختباره هو البنزين، وهو سهل التطاير.
وفي عام 1883 نجحت شركة دايملر في ألمانيا في إنشاء أول محرك بنزين عمودي، والذي تميز بخفة الوزن والسرعة العالية. وفي ذلك الوقت لم تكن سرعة محركات الاحتراق الداخلي الأخرى تتجاوز 200 دورة في الدقيقة، لكنها قفزت إلى 800 دورة في الدقيقة، وهي مناسبة بشكل خاص لمتطلبات آلات النقل.
في عام 1892، استلهم المهندس الألماني ديزل فكرة انفجار الغبار في مطحنة الدقيق، وتصور ضغطًا شديدًا للهواء الممتص داخل الأسطوانة، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارتها عن درجة حرارة الاشتعال الذاتي للوقود. ثم يتم نفخ هواء عالي الضغط داخل الاسطوانة ليشتعل ويحترق. تم تطوير محرك الاحتراق الداخلي الرائد الذي يعمل بنظام الإشعال بالضغط (محرك الديزل) بنجاح في عام 1897، مما فتح آفاقًا جديدة لتطوير محركات الاحتراق الداخلي. بدأ الديزل يسعى جاهداً لتحقيق دورة كارنو في محركات الاحتراق الداخلي من أجل تحقيق أعلى كفاءة حرارية، لكنه في الواقع حقق احتراقاً متساوي الضغط تقريبياً بكفاءة حرارية تبلغ 26%. أثار ظهور محرك الاحتراق الداخلي للاشتعال بالضغط اهتمامًا كبيرًا في صناعة الآلات العالمية، ويسمى محرك الاحتراق الداخلي للاشتعال بالضغط أيضًا بمحرك الديزل على اسم مخترعه. هذا النوع من محركات الاحتراق الداخلي سيستخدم الديزل في الغالب كوقود في المستقبل، لذلك يُعرف أيضًا باسم محرك الديزل.
في عام 1898، تم استخدام محركات الديزل لأول مرة في مجموعات المولدات الثابتة.
تم استخدامه كمصدر للطاقة للسفن التجارية في عام 1903 وتم تركيبه على السفن في عام 1904.
تم بناء أول قاطرة تعمل بالديزل في عام 1913.
حوالي عام 1920، بدأ استخدامه في السيارات والآلات الزراعية.
في عام 1957، قام المهندس الاتحادي الألماني فانكل بتطوير محرك ذو مكبس دوار، والمعروف باسم محرك وانكل. تحتوي على مكبس دوار ذو شكل مثلث تقريبي، يقوم بحركة دورانية ضمن سطح محدد للأسطوانة ويعمل بدورة أوتو.
المؤسسات البحثية الأربع الكبرى لمحركات الاحتراق الداخلي في جميع أنحاء العالم
1. AVL قائمة شركة محدودة
تأسست شركة AVL النمساوية عام 1948. وأصبحت الشركة الآن شركة ذات تقنية عالية تتمتع برؤية عالية وسمعة طيبة في صناعات السيارات والمحركات العالمية. إنها أكبر شركة خاصة في العالم تعمل في مجال تصميم وتطوير محركات الاحتراق الداخلي، وأبحاث وتحليل مجموعة نقل الحركة، بالإضافة إلى تطوير وتصنيع أنظمة ومعدات الاختبار.
2. FEV Engine Technology GmbH، ألمانيا
FEV في ألمانيا هي واحدة من مؤسسات البحث والتطوير الأربع الموثوقة في العالم لمحركات الاحتراق الداخلي. تعمل بشكل رئيسي في مجال البحث والتطوير في تكنولوجيا المحركات ومعدات الإنتاج والاختبار المتعلقة بالمحركات.
3. ريكاردو، المملكة المتحدة.
تأسست شركة ريكاردو على يد مؤسسها السير هاري ريكاردو في عام 1915، ويعود تاريخها إلى 106 أعوام. في عام 1915، أنشأ هاري ريكاردو شركة تسمى "Engine Patents Ltd"، والتي أصبحت الآن سلف ريكاردو. أحد مشاريعه البحثية الرئيسية يدور حول مسألة زاوية تقدم إشعال المحرك. قام ببناء محرك اختبار ضغط متغير فريد من نوعه - محرك بحث E35، والذي يستخدم لقياس أعلى نسبة ضغط متاحة (تشير إلى عتبة التفجير) لتحليل خصائص احتراق الوقود بدقة. أدت ولادة هذا المحرك والعمل البحثي اللاحق إليه إلى إنشاء نظام تصنيف أوكتان الوقود الذي نراه اليوم.
4. معهد أبحاث الجنوب الغربي®، SwRI
تم تأسيس Southwest Research Institute ®، SwRI (معهد أبحاث الجنوب الغربي) في عام 1947 كمنظمة مستقلة غير ربحية للبحث والتطوير التطبيقي متخصصة في تطوير التكنولوجيا ونقلها. إنها واحدة من أكبر الشركات من نوعها في الولايات المتحدة، حيث تجري أبحاثًا للعملاء الحكوميين والصناعيين العالميين بموجب عقود. تشمل أعمال البحث والتطوير للمعهد العلوم البيئية، وتصميم المحركات وتجريبها، والوقود، والمواد، ومواد التشحيم، والانبعاثات، وهندسة السوائل، والتكنولوجيا الحيوية، وعلوم الفضاء، وإدارة النفايات النووية، وما إلى ذلك. ولديها إجمالي 11 فرعًا تخضع لولايتها القضائية.