Història del motor de combustió interna

miniatura|Prototipus de motor de combustió interna presentat per Carl Benz en la seva sol·licitud de patent d'un automòbil el 29 de juny de 1886. Els orígens dels motors de combustió interna són molt remots. Especialment si es consideren els inicis o precedents d'alguns elements constitutius dels motors, imprescindibles per al seu funcionament com a tals.

Considerats com a màquines completes i funcionals, i productores d'energia mecànica, hi ha alguns exemples de motors abans del . A partir de la producció comercial de petroli a mitjan (1850) les millores i innovacions foren molt importants. A finals d'aquell segle hi havia una munió de varietats de motors usats en tota mena d'aplicacions.

En l'actualitat els motors de combustió interna, malgrat els problemes associats (crisis energètiques, dependència del petroli, contaminació de l'aire, augment dels nivells de CO₂…), són encara imprescindibles i es fabriquen segons dissenys molt diferents i una gamma molt àmplia de potències que va des de pocs wats fins a milers de kW.

Introducció Un motor de combustió interna és un dispositiu complex que consta de moltes peces de formes i materials diferents i que funciona segons un cicle teòric d'acord amb un projecte previ i uns elements de regulació adequats.

Els motors moderns són el resultat de molts anys de proves, d'estudis teòrics i de moltes idees enginyoses (patentades o no). Una història del motor de combustió interna ha de recollir els aspectes més importants i els fets puntuals que permeteren la seva invenció, el seu desenvolupament i el grau de perfecció que tenen actualment.

A continuació s'ofereix una llista cronològica dels aspectes i fets esmentats. Amb una explicació molt reduïda i la referència corresponent.

Precedents miniatura|Pistó foguer del SE d'Àsia miniatura|Molí romà de Hieràpolis per a una serreria. Del segle tercer de l'Era Cristiana, és la mostra més antiga del mecanisme biela-manovella. miniatura|Molla helicoidal d'una vàlvula de motor d'explosió. Prehistòria. El pistó foguer s'usava en el Sud-est d'Àsia i en les illes de l'Pacífic per a encendre el foc, aprofitant la compressió adiabàtica de l'aire en un cilindre de fusta i un pistó.Pistó foguer. Relació amb el motor dièsel. c. 2500 aC. Coixinets hidrodinàmics usats en els eixos dels carros egipcis. Els coixinets llisos actuals emprats en el cigonyal (tapetes) aprofiten el mateix principi. Segle III dC: Mecanisme de biela-manovella emprat en elmolí d'aigua d'una serreria. Aquest mecanisme és bàsic en molts motors. 673: Invenció del foc grec. Implicava la fabricació, l'emmagatzemat i la manipulació en combat d'un combustible líquid i perillós. I l'ús d'un sistema d'aire forçat (per manxes), i de vàlvules de pas. 1206: Al Jazarí. En un dels capitols del seu llibre, dedicat a màquines per a elevar aigua, mostrava el mecanisme biela-manovella. S.XIII: els coets de pólvora negra (motors coet, de combustió interna) foren usats pels xinesos, mongols i àrabs. 1475. Francesco di Giorgio Martini inventa la que hom considera la primera bomba centrífuga. En els actuals motors refredats per aigua s'usa una bomba centrífuga perquè circuli el líquid refrigerant (aigua més anticongelant). 1509: Leonardo da Vinci descriu un motor "atmosfèric" basat en la pólvora. 1557. Giulius Caesar Scaligerus fa esment del platí, sense anomenar-lo: EXERCITATIONE LXXXVIII: ...Præterea Funduribus qui traćtus est inter Mexicum, & Dariem,fodinas effe orichalci: quod nullo igni, nullis Hispanicis artibus haćtenus liquefcere potuit. Adhæc non omnibus metallis verbum, liquefcere videmus conuenire. Nam liquefcunt ...

Traducció aproximada: “...A Honduras, un districte entre Mèxic i el Darién, hi ha mines que contenen un metall que no es pot fondre amb foc ni cap altra art emprada pels espanyols...” Jordi Joan i Santacília i Antonio de Ulloa informaren sobre el platí, considerat com un metall residual de la plata i anomenant-lo “platina”. El platí fou emprat per a fabricar els contactes del distribuïdor de l'encesa dels motors. D'aquests contactes la parla popular en deia “platinos”. Actualment el platí pot formar part dels components d'un convertidor catalític. c.1600. L'astrònom Johannes Kepler inventà la bomba d'engranatges. Encara molt usada actualment com a bomba d'oli en la lubricació de motors. S.XVII: L'inventor Christian Huygens feu experiments amb un motor de pólvora negra. 1689. Denis Papin inventa una bomba centrífuga amb pales rectes i radials. (Vegeu any 1475). 1763: R. Tradwell va inventar la molla helicoidal. Les primeres molles helicoidals d'acer foren produïdes el 1857 als Estats Units.Springs HistoryAutomobile History. SUSPENSION. Les molles de vàlvules dels motors actuals acostumen a ser helicoidals. 1772: Antoine Laurent Lavoisier determina la composició de l'aire atmosfèric, explicant que era una barreja d'oxigen i de nitrogen ("azot" en francès). La majoria de motors de combustió funcionen amb aire atmosfèric i, per tant, conèixer la seva composició és fonamental. 1783: James Watt va introduir el horsepower com a unitat de mesura de la potència mecànica. 1780 :Alessandro Volta inventa una pistola de joguina que dispara un tap de suro per l'explosió d'una mescla d'aire i hidrogen inflamada per una guspira elèctrica.Electric Pistol 1790: Antoni de Martí i Franquès va presentar una memòria dels seus experiments sobre la composició de l'aire, millorant la precisió de Lavoisier. 1791:John Barber proposa una turbina en la seva sol·licitud de la British patent #1833 ("A Method for Rising Inflammable Air for the Purposes of Producing Motion and Facilitating Metallurgical Operations"). 1798: Tipu Sultan, governant de Mysore (India) fa el primer ús documentat de coets de ferro contra soldats britànics a la Quarta guerra de Mysore.

Els primers assaigs reeixits miniatura|Model del motor Barsanti-Matteucci (1853) a l'Osservatorio Ximeniano de Florència miniatura|Còpia de la patent del motor de compressió, sol·licitada el 1863 per Niklaus Otto i Eugen Langen per a un motor de gas, a Anglaterra i altres països considerat el primer motor de combustió eficient pels jutges de l'Exposició de París, en contrast amb el de Lenoir 1800: Alessandro Volta. Bateria d'elements "secs". 1807:Nicéphore Niépce instal·la un motor Pyréolophore en una barca i navega pel riu Saona. El motor anava amb una barreja de molsa, carbó en pols i resina.N'obté la patent el 28 de juliol de 1807 per part de l'emperador Napoleon Bonaparte. Le Pyréolophore, PDF Nicéphore Niepce Pyréolophore 1807: L'enginyer suís François Isaac de Rivaz construeix un motor de combustió interna propulsat per una mescla d'oxigen i hidrogen, amb encesa per guspira elèctrica. 1823: Samuel Brown patenta el primer motor de combustió interna aplicat en la indústria. Era "atmosfèric" (sense compressió) i es basava en el "cicle de Leonardo"-segons Hardenberg-, amb una tecnologia ja anticuada en aquella època.T. Gill (1826), The Technical repository, p.383Engine cooling SummaryCar History 4U - History of Gas Powered Motorised Vehicles 1824:El físic francès Sadi Carnot va publicar la teoria termodinàmica dels motors tèrmics. Amb la justificació teòrica de la necessitat d'una compressió dels gasos per a augmentar la diferència entre les temperatures de treball superior i inferior. I l'increment del rendiment adiabàtic associat. 1826: L'americà Samuel Morey obté una patent per a un motor de gasolina o vapor sense compressió. 1832: El francès Hyppolyte Pixii construeix una dinamo amb un imant permanent (que de fet era una "magneto"). La magneto i sistemes derivats ("plats magnètics") s'usarien després en motors d'aviació, automòbils de competició i motocicletes. 1832: Estroboscopi inventat per Simon von Stampfer de Viena. Un estroboscopi és útil per a la posada a punt d'un motor. 1838: Siegfried Marcus. Patent d'un sistema de encesa per magneto.Siegfried Marcus by Michael MacRae, ASME.org 1838: L'anglès William Barnet obté una patent per a un motor amb compressió. Primera referència documentada d'una compressió en l'interior del cilindre d'un motor. 1839: Isaac Babbit inventà l'aliatge anomenat metall babbit amb propietats antifregament i usat en coixinets. Els coixinets dels motors de combustió moderns són una versió modificada d'aquells. 1842: Patent d'un termòstat basat en la cinta bimetàl·lica. 1851: Heinrich Daniel Ruhmkorff inventa la bobina de Ruhmkorff. Usada en els sistemes d'encesa dels motors. Uns anys abans Nicholas Callan, un capellà irlandès, havia descobert i fet experiments amb la bobina d'inducció (amb alguns casos de seminaristes voluntaris enrampats per les descàrregues accidentals), però no va saber veure cap aplicació pràctica. 1855: L'industrial català Casimir Domènech presenta a l'Exposició Universal de París cilindres i planxes d'acer de grans dimensions amb un tremp molt elevat i de gran penetració, seguint un procediment no especificat. Peces de característiques similars(en duresa, resistència i tenacitat) serien molt adequades per alguns components de motors. 1854-1857: Els italians Eugenio Barsanti i Felipe Matteucci inventen un motor de 4 cilindres en línia. La patent sembla perduda. 1856: L'italià Pietro Benini construeix un prototipus de motor amb una potència de 5 CV, seguint les idees de Barsanti i Matteucci. En els anys següents fabrica motors d'un o dos cilindres més potents usats en aplicacions estàtiques en substitució de màquines de vapor.Video de la Barsanti & Matteucci Foundation 1859: Gaston Planté. Bateria de plom recarregable.Bateria d'elements "secs". 1859: Jacob Edson va patentar la bomba de diafragma o bomba de membrana. Usada en els sistemes d'alimentació de combustible dels motors.

Innovacions a partir de 1860 miniatura|Un motor dièsel construït per MAN AG (1906) miniatura|Motor de 2 temps (Dougal Clerk, 1879) miniatura|Motor d'un Ford T, de 4 cilindres, 2.896 cc. Amb vàlvules laterals i 20 CV/15kW (fabricat des de 1908) miniatura|Motor Hispano Suiza 8A miniatura|Avió de combat Spad S.XIII amb motor Hispano Suiza 8B (1916) 1860: El belga Jean Joseph Etienne Lenoir fabrica un motor de combustió interna semblant a un motor de vapor de doble efecte amb cilindre horitzontal. Amb cilindres, pistons, bieles i volant. Fou el primer motor que va ser construït en quantitats importants. Lenoir és considerat l'inventor de la bugia. 1860: Philander i Francis Roots patentaren un compressor volumètric, que aviat fou aplicat a la sobrealimentació de motors.Informació sobre la patent del compressor Roots. 1861: Primera patent confirmada d'un motor de 4 temps, a càrrec d'Alphonse Beau de Rochas. Un any abans sembla que Christian Reithmann havia fet un motor semblant però no es pot confirmar a manca d'una patent concreta. 1862: L'alemany Nikolaus Otto comença a fabricar un motor de gas. Es tractava d'una llicència del motor sense compressió de Lenoir (no funciona gaire bé i decideix millorar-lo). 1863: Nikolaus Otto, patenta a Anglaterra i altres països el primer motor de gas amb cicle de 4 temps (a compressió) dissenyat en col·laboració amb Eugen Langen i el comença a fabricar el 1864. 1864: Nikolaus Otto fou el primer en fabricar i vendre un motor de gas. Es tractava d'un motor amb compressió amb un pistó lliure patentat el 1863 amb un bon rendiment en la seva època. A l'exposició Universal de Paris de 1867, el jurat li dona el primer premi, atès que té unes prestacions molt més altes comparant-lo amb el de Lenoir que no és de compressió. Funcionava amb un mecanisme de pinyó cremallera com es pot apreciar a la figura. Tingué un gran èxit en el mercat de petits motors estacionaris.Máquinas una historia ilustrada;Sigvard Strandh 1866: Georges Leclanché. Va patentar la pila humida de "zinc-carboni". 1870: Siegfried Marcus fou el primer en instal·lar un motor de gasolina en un carretó manual.