Czy wyobrażacie sobie silnik spalinowy, w którym proces spalania mieszanki byłby widoczny. Dla chemika czy fizyka to wielkie widowisko, ale dla nas niezbyt bezpieczne. W każdym silniku spalinowym powstają bowiem małe wybuchy. Uwolniona w ten sposób energia sprawia, że tłoki mogą wykonywać ruch. Zanim w końcu opanowano trudny proces przemiany paliwa w energię podejmowano wiele prób, z których większość kończyło się hukiem i sporymi stratami w wyposażeniu prowizorycznego warsztatu. Na szczęście nie w ludziach.
Na szczęście w latach 60 – tych XIX wieku ostatecznie uporano się z problemem spalania paliwa w tzw. „zamkniętym obiegu”. Problem był w tym, że tylko teoretycznie, bo nadal nikomu nie udało się wprawić w ruch tłoka bez widowiskowej eksplozji i kosztownych zniszczeń. Pierwszym, któremu się to udało był Nikolaus Otto. W zasadzie nie tylko jemu, gdyż miał do pomocy Eugena Langena – bardzo zdolnego inżyniera. Tym razem obyło się bez atrakcji w postaci wybitych szyb, osmalonego wyposażenia warsztatu i zbiegowiska gapiów.
Nikolaus Otto na znaczku pocztowym
Źródło: briefmarken – bilder.de
Ambitny Nikolaus Otto z początku myślał o skonstruowaniu własnego sposobu zasilania, ale później postanowił wykorzystać pomysł niejakiego de Rochasa, który w 1862 roku opatentował swój pomysł na 4 – stopniowy cykl spalania. Już 1864 roku Otto wraz z Langenem założyli pierwszą fabrykę produkującą przemysłowe silniki spalinowe – NA Otto&Cie. Niespełna 3 lata później, na pokazie wynalazku podczas Paryskiej Wystawie Światowej zdobyli główną nagrodę. Wraz ze zyskaniem rozgłosu znaleźli się pierwsi poważni inwestorzy.
Co prawda ich silnik posiadał konkurencję, ale miał nad nią przewagę – silnik skonstruowany przez Francuzów, panów Lenoira i Hugona zużywał znacznie więcej paliwa pomimo osiągania podobnej mocy maksymalnej. Inni naśladowcy, którzy w tym wynalazku widzieli ogromne zyski nie mieli tyle szczęścia (a właściwie zmysłu technicznego) a ich pomysły często wylatywały w powietrze razem z drewnianymi szopami, w których powstawały. Pomysł Otto już na tyle był doskonały, że nie powodował zniszczeń i po prostu … działał.
Opracowana 150 lat temu zasada działania silnika spalinowego bez większych zmian funkcjonuje do dnia dzisiejszego. W wyniku procesu sprężania stale rośnie ciśnienie powietrza. Sprężone powietrze wraz z odmierzoną dawką paliwa trafia do cylindra. W nim znajduje się ruchomy tłok. Iskra dostarczona przez święcę zapłonową wywołuje detonację mieszanki. W ten sposób zostaje uwolniona potężna dawka energii, dzięki której tłok może wykonać pełen obrót. Proste, ale wcale nie łatwe do osiągnięcia przez XIX – wiecznych inżynierów.
Zasada działania 4 – suwowego silnika spalinowego
Źródło: wikimedia
Zanim silniki spalinowe zaczęły masowo napędzać wszelkiego rodzaju pojazdy mechaniczne, jeszcze do późnych lat 20-tych XX wieku chętnie wykorzystywano silniki elektryczne lub nowoczesne maszyny parowe. Wciąż bowiem obawiano się słowa „eksplozja”, choć ta wówczas była już pod całkowitą kontrolą i nic nikomu nie zagrażało. Nawet entuzjaści elektromobili byli zmuszeni do rezygnacji ze swoich pojazdów, gdyż paliwo uzupełniało się 2-3 minuty a „słupków” do ładowania akumulatorów było zaledwie kilka w dużych miastach.
Szybko zauważono zalety szybkiego tankowania a rosnącą ilość stacji benzynowych pozwalała na długie podróże. Podczas, gdy elektromobile miały zasięg około 100 km, automobile spalinowe na jednym zbiorniku paliwa mogły przejechać przynajmniej 2 razy dłuższy dystans. Niestety Otto zmarł w 1891 roku – w czasie, gdy jego wynalazek nie był jeszcze bardzo popularny i po drogach Europy jeździło zaledwie kilka tysięcy pojazdów. Jego przedsiębiorstwo istnieje do dziś pod nazwą Deutz AG i nadal produkuje silniki.
Choć 4 – suwowy silnik jest dziś najpopularniejszym źródłem napędu istnieją również inne, prostsze silniki spalinowe, takie jak choćby 2 – suwowy. Jednostki tego typu mają uproszczony cykl spalania, ale osiągają niższą sprawność. Ta w przypadku nowoczesnych silników 4 – suwowych wynosi około 40%, silnik 2 – suwowy nigdy takiego wyniku nie osiągnie. „Dwusuw”, o czym wiedzą użytkownicy skuterów, oprócz mieszanki paliwowo – powietrznej potrzebuje również specjalnego oleju przez co bardziej szkodzi środowisku.
Typowy silnik 2 – suwowy w Syrenie 104
Źródło: Classic Car Catalogue
W zasadzie sposób pracy silnika konstrukcji Otto nie zmienił się do dnia dzisiejszego. Znacznie poprawiły się osiągi oraz ekonomia. Zastosowanie turbosprężarek i wtrysku bezpośredniego znacznie wpłynęło na rozwój silników. W połowie lat 60-tych XX w. zbudowano pierwsze, już w pełni sprawne układy hybrydowe dzięki czemu silnik spalinowy zyskał dodatkowy zastrzyk energii. Od końca lat 70-tych coraz więcej silników ma doładowanie a od 80-tych kaganiec w postaci katalizatora, który znacząco wpływa na moc silnika.
Wynalazek panów Otto i Langena był na tyle udany, że już w latach 30-tych wyparł parę i elektryczność z napędu pojazdów. Szybko dostrzeżono, że zasięg pojazdów elektrycznych już nikomu nie wystarcza a kocioł parowy z paleniskiem nie jest całkowicie bezpieczny. Energia słoneczna również nie jest wystarczająca do napędu większości pojazdów. Napęd wodny czy na sprężone powietrze nadal jest w fazie eksperymentów. Wobec powyższego żadna elektryfikacja, wodoryzacja (ani każda inna – „acja”) motoryzacji nam raczej nie grozi. Oby.
Z wykształcenia menedżer motoryzacji i informatyk, z zamiłowania historyk techniki i pasjonat starej motoryzacji. Maniak nowoczesnych technologii. Podobno zdolny autor tekstów (m.in. dla Continental Polska i Allegro). Czasem bloger i nauczyciel blogowania. Człowiek renesansu. Nauczyciel w zduńskowolskim „Elektroniku”.
