Trong bài viết này, hãy cùng khám phá hành trình hấp dẫn của động cơ đốt trong, bao gồm các cột mốc quan trọng, các nhà phát minh, tiến bộ công nghệ và ý nghĩa rộng hơn của phát minh này đối với xã hội và môi trường.
Nguồn gốc và tiền thân
Khái niệm khai thác năng lượng để tạo ra chuyển động đã có trước động cơ đốt trong hàng thế kỷ. Các nền văn minh cổ đại, như Hy Lạp và Ai Cập, đã phát triển các thiết bị sơ khai sử dụng khí nén hoặc hơi nước để tạo ra chuyển động.
Vào thế kỷ thứ nhất sau Công nguyên, nhà toán học và kỹ sư có tên Hero của xứ Alexandria, Ai Cập đã tạo ra một thiết bị chạy bằng hơi nước có thể quay do lực thoát ra của hơi nước, gọi là "Aeolipile". Tuy nhiên, những tiền thân ban đầu này không đủ thực tế hoặc hiệu quả để được coi là động cơ đốt trong thực sự.
Những năm đầu
Sự phát triển của động cơ đốt trong đã đạt được đà phát triển vào thế kỷ 19 khi các nhà phát minh tìm cách khai thác sức mạnh của các vụ nổ có kiểm soát. Một trong những người tiên phong đầu tiên là Joseph Nicéphore Niépce, một kỹ sư người Pháp, người đã phát triển động cơ đốt trong đời đầu có tên gọi "Pyréolophore" vào năm 1807.
Động cơ này sử dụng hỗn hợp bột Lycopodium, bụi than nghiền mịn và nhựa làm nhiên liệu, được đốt cháy bằng tia lửa điện. Mặc dù không thành công về mặt thương mại nhưng nó đã đặt nền móng cho những tiến bộ của sự phát triển động cơ đốt trong trong tương lai.
Động cơ đốt trong thực tế đầu tiên
Vào những năm 1860, Étienne Lenoir, một kỹ sư người Bỉ gốc Pháp, đã được cấp bằng sáng chế cho động cơ đốt trong thực tế đầu tiên sử dụng khí than và không khí làm nhiên liệu, hoạt động theo nguyên lý hai kỳ. Động cơ hơi nước của Lenoir đã được thương mại hóa với số lượng đủ để được coi là một thành công, lần đầu tiên đối với động cơ đốt trong.
Mặc dù động cơ này đã đạt được thành công hạn chế, chủ yếu trong các ứng dụng cố định và đánh dấu một bước tiến đáng kể trong việc phát triển động cơ, tuy nhiên chúng có hiệu quả thấp và không phù hợp để sử dụng rộng rãi.
Động cơ bốn thì
Bước đột phá thực sự trong công nghệ động cơ đốt trong xuất hiện vào năm 1876 khi Nikolaus Otto, một kỹ sư người Đức, phát triển động cơ đốt trong bốn thì thực tế đầu tiên. Được biết đến với cái tên "động cơ Otto", động cơ này sử dụng hỗn hợp nhiên liệu và không khí, được đánh lửa bằng bugi.
Động cơ của Otto giới thiệu chu trình bốn thì gồm nạp, nén, nổ và xả, tạo ra nền tảng cho động cơ xăng hiện đại. Hiệu suất và độ tin cậy được cải thiện của động cơ Otto đã khiến nó trở thành động cơ thay đổi cuộc chơi trong ngành công nghiệp toàn cầu.
Sự ra đời của ô tô hiện đại
Trong khi động cơ của Nikolaus Otto đã tạo ra cuộc cách mạng hóa cho ngành công nghiệp thì chính Karl Benz, một nhà phát minh người Đức, lại là người đã ứng dụng động cơ đốt trong vào giao thông vận tải. Năm 1885, Benz phát triển ô tô chạy bằng xăng, sử dụng động cơ của Otto.
Phát minh này được coi là sự ra đời của những mẫu ô tô hiện đại. Sự sáng tạo của Benz không chỉ khơi dậy một cuộc cách mạng về giao thông vận tải, cho phép việc đi lại nhanh hơn, thuận tiện hơn, mà còn mở đường cho những tiến bộ trong tương lai của ngành công nghiệp ô tô.
Sự phát triển của động cơ vào đầu thế kỷ 20
Đầu thế kỷ 20, chúng ta được chứng kiến những tiến bộ đáng kể trong công nghệ động cơ đốt trong. Năm 1892, Rudolf Christian Karl Diesel, một nhà phát minh và kỹ sư cơ khí nổi tiếng người Đức, đã giới thiệu động cơ Diesel dựa vào đánh lửa được tạo ra từ quá trình nén không khí cơ học trong xi lanh thay vì bugi.
Động cơ Diesel có hiệu suất nhiệt, tiết kiệm nhiên liệu hơn và có mô-men xoắn đầu ra cao hơn so với bất kỳ động cơ đốt trong nào khác, khiến loại động cơ này trở nên lý tưởng cho các ứng dụng tải nặng. Động cơ Diesel được sử dụng trong máy móc công nghiệp, tàu thủy và đầu máy xe lửa. Vào những năm 1930, chúng dần dần bắt đầu được sử dụng trong một số ô tô.
Đồng thời, sự phát triển của bộ chế hòa khí, một thiết bị trộn nhiên liệu và không khí theo tỷ lệ chính xác để đốt cháy, đã cải thiện hơn nữa hiệu suất của động cơ. Năm 1902, kỹ sư người Pháp Prosper-René Audibert và kỹ sư người Thụy Sĩ Carl Eduard Buetschi đã phát triển bộ chế hòa khí hiệu quả đầu tiên, giúp tiết kiệm nhiên liệu và sản sinh công suất tốt hơn.
Những tiến bộ vào giữa thế kỷ 20
Giữa thế kỷ 20, nhân loại tiếp tục được chứng kiến một loạt tiến bộ trong công nghệ động cơ đốt trong. Một trong những bước đột phá quan trọng nhất là sự ra đời của hệ thống phun xăng điện tử (EFI).
Năm 1952, Tập đoàn Bendix giới thiệu Electrojector, hệ thống phun xăng điện tử thương mại đầu tiên. Hệ thống EFI cho phép kiểm soát chính xác việc cung cấp nhiên liệu, giúp cải thiện hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải.
Một bước phát triển quan trọng khác là việc áp dụng công nghệ tăng áp vào động cơ đốt trong. Bộ tăng áp, sử dụng khí thải để dẫn động tua-bin và đẩy nhiều không khí hơn vào buồng đốt, giúp tăng công suất động cơ lên đáng kể.
Hiện nay, động cơ tăng áp đã trở nên phổ biến trong ngành hàng không, đua xe và các phương tiện hiệu suất cao.
Mối quan tâm về môi trường và các giải pháp thay thế
Trong những thập kỷ gần đây, mối quan tâm về tác động môi trường của động cơ đốt trong đã được đặt lên hàng đầu. Việc đốt nhiên liệu hóa thạch trong động cơ tạo ra khí nhà kính, góp phần gây ra biến đổi khí hậu. Ngoài ra, khí thải động cơ còn thải ra các chất ô nhiễm gây hại cho chất lượng không khí và sức khỏe con người.
Những lo ngại này đã dẫn đến sự tập trung ngày càng tăng vào việc phát triển các công nghệ thay thế. Xe điện (EV) chạy bằng pin hoặc pin nhiên liệu đang trở nên phổ biến như một giải pháp giao thông bền vững.
Hệ thống hybrid, kết hợp động cơ đốt trong với động cơ điện, mang lại hiệu suất được cải thiện và giảm lượng khí thải. Các chính phủ và các ngành công nghiệp trên toàn thế giới hiện đang đầu tư vào nghiên cứu và phát triển để chuyển đổi sang các hình thức vận chuyển sạch hơn, xanh hơn.
Kết luận
Lịch sử của động cơ đốt trong là câu chuyện về những phát minh, tiến bộ vượt bậc của con người. Từ nguồn gốc ban đầu như một khái niệm cho đến việc áp dụng rộng rãi trong giao thông vận tải và công nghiệp, động cơ đốt trong đã định hình lại thế giới chúng ta đang sống.
Cho dù những thách thức môi trường liên quan đến động cơ đốt trong đã thúc đẩy nỗ lực phát triển các giải pháp thay thế bền vững. Nhưng di sản của động cơ đốt trong vẫn sẽ tiếp tục định hình cho những tiến bộ công nghệ mới trong tương lai.
Bạn có góc nhìn (hoặc có trải nghiệm) nào về vấn đề trên? Hãy để lại bình luận bên dưới hoặc chia sẻ bài viết về Ban Ô tô xe máy theo email: otoxemay@vietnamnet.vn. Các nội dung phù hợp sẽ được đăng tải. Xin cảm ơn!
