História Motorov S Vnútorným Spaľovaním Editor: Otto Bisák
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
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