Legutóbb eljutottunk a benzinmotorok, vagy ahogy gyakrabban nevezzük, az Otto-motorok hajnaláig, s itt rögtön muszáj eloszlatnunk egy tévedést – Nikolaus August Otto, a „feltaláló” valójában nem is volt az, sőt utólag kártérítést kellett fizetnie a valódi ötletgazdának, egy órásmesternek…
Mielőtt belecsapnánk a lecsóba, álljunk meg egy pillanatra az utolsó fontos mérföldkőnél a négyütemű gépek előtt. Az egyik áttörés 1860-ban zajlott le, ekkor készült el Lenoir gázgépe, amelynek teljesítménye, hatékonysága nem sokkal volt jobb a gőzgépnél, mivel a motor működése nélkülözte a sűrítési folyamatot. Ennek ellenére – rossz szóval – „gőzerővel” megindult a világ gépgyártása. A gépgyártás alapját megteremtő Lenoir-féle gázmotor 1859-ben szikrainduktorral volt szerelve, amely szikrasorozattal indította el a munkaközeg égését.
Lenoir gázgépétől az első négyütemű motorig
Hogy miért beszélünk egy látszólag halva született ötletről? Nos, Lenoir nélkül nem lenne benzines erőforrás sem, tudniillik az ő nevéhez fűződik a gyújtógyertya megalkotása is. Lenoir gépe megerősítette azt a mai napig érvényes elvet, hogy hasznosítható munka csak expanziós folyamat segítségével nyerhető ki a gépből. Másrészt azt, hogy a mechanikai energiát szolgáltató expanziós folyamatot nem lehet vég nélkül folytatni, mert a rendszer — tehát expanziót megvalósító gép mérete — nem növelhető korlátlanul.
Mindebből arra a következtetésre jutott, hogy a munkaközeg állapotváltozásainak sorozatára, tehát ciklikusan ismétlődő hőközlésre és hőelvonásra van szükség. Azonban nem ismerte fel — és abban az időben még senki — a munkaközeg sűríthetőségének jelentőségét, ami megpecsételte a gép sorsát. Itt jött képbe Otto…
A világ első négyütemű motorjának története
Otto az első benzinüzemű négyütemű motorját 1861-ben építette meg. Mivel a kísérletek csak úgy nyelték az anyagi forrásokat, mint az a bizonyos kacsa a nokedlit, Otto társult Eugen Langennel, a jómódú nagyiparossal, akivel 1867-ben kidolgozták a négyütemű atmoszferikus motor javított változatát. Otto és Langen találkozása nemcsak egy életre szóló barátság kezdetét jelentette, hanem valójában a motorizációét is. A közös munka eredményeként a porosz minisztérium 1866-ban kiadta a szabadalmi engedélyt és ezzel a belsőégésű gázmotor elindult világhódító útjára. Ez a motor az 1867. évi párizsi világkiállításon aranyérmet nyert és még napjainkban is működőképes!
A nagyközönség itt ismerkedett meg a technikai újdonsággal. A sokezres tömeg ámulva nézte a csendesen pöfögő, csupán kis fémes zörejt hallató motort. Otto elvitathatatlan érdeme, hogy felismerte azt a tényt, hogy a Lenoir-féle motor lényeges átalakításra szorul, ha széles körben akarják hasznosítani.
Úgy gondolkodott, hogy Lenoir-motor hatásfoka lényegesen megnövelhető, ha a tüzelőanyag és a levegő keveréket a gyújtás előtt komprimálja, összesűríti. Ekkor ugyanis már az égésnél felszabaduló első kalória is hasznos munkát végez a kompressziónak megfelelő térfogatváltozásnál. A kompressziós korfolyamat megvalósítása végett a keveréket be kell juttatni a hengerbe és az égéstermékeket onnét el kell távolítani, hogy a hengert újra friss keverékkel lehessen feltölteni. Ezt a feladatot Otto a négyütemű motortípus megalkotásával oldotta meg. Az addigi folyamatot megtoldotta még két lökettel, nevezetesen a szívólökettel a kompresszió előtt és a „kipüffögőlökettel” (sic!) az expanzió után. Érdekesség, hogy az Otto-Langen-féle atmoszférikus gépben egy felül nyitott hengerben mozgott szabadon a dugattyú. Ez a gép tulajdonképpen úgy működött, hogy
az egyik ütemben az égési nyomás felfelé lökte a dugattyút, majd a másik ütemben a dugattyú – saját tömegénél fogva – újból lefelé mozgott.
A mozgást egy kilincsmű alakította át a főtengelyen forgómozgássá, a szerkezet hatásfoka pedig elérte a 15%-ot. Hogy ez mekkora szó volt a XIX. században, azt remekül példázza, hogy napjainkban kísérleti gázmotorokkal próbálják túlszárnyalni a 40%-ot – lám, hosszú még az út az elektromos járgányok 90-95%-os értékéig…
Reithmann, az órásmester közbelép…
Otto a szabadalom megjelenése után szerzett tudomást arról, hogy egy müncheni órás mester, Christian Reithmann műhelyében is működik egy ugyanolyan gép, mint az övé. Otto beperelte az órásmestert, és hatalmas perpatvar kerekedett a gép feltalálásának elsőbbsége körül. Végül meglehetősen profán érvvel vágott vissza a jónevű órás: kiderült, hogy Reithman gépe már a szabadalom megjelenése előtt négy évvel (!) elkészült, és azóta is működik. Nem volt más választása, a perbe páros lábbal beleálló Otto visszavonulót fújt, majd tekintélyes kártérítést fizetett Reithmannak, aki viszont beleegyezett abba, hogy a szabadalom továbbra is Otto nevén maradj. Megbízhatóságának, jó hatásfokának és csendes működésének köszönhetően az Otto-motor nagy sikert aratott, tíz év alatt több mint 30 ezer darab készült belőle, s tulajdonképpen azóta is ilyen erőforrás mozgatják motorjainkat.
Mivel a négyütemű motort már szabadalmi oltalom alatt állt, a feltalálók tovább dolgoztak, és próblták függetleníteni magukat. A szabadalommegkerülés egyik remek módját választották, és különböző új megoldásokkal kezdetek el kísérletezni, hogy levédethessék az erőforrást. Mivel Deutznak már volt egy bejegyzett szabadalma, Benz a változtatásokat végzett az 1879-ben megalkotott kétütemű motorján és létrehozta a keveréksűrítésű, fekvőhengeres, vezérelt alternáló szelepekkel, forgattyúház-szivattyúval és a napjainkban is használt periodikus körfolyamattal — szívás, elősűrítés, átömlés, öblítés, sűrítés, hőközlés, expanzió, kipufogás és hőelvonás — működő kétütemű motort. Tervük bejött, és új 2T-hajtóművüket 1884-ben szabadalmaztatta a Német Birodalmi Szabadalmi Hivatal. Ezt követően Benz megalapította a Mannheimer Gasmotorenfabrik AG–t, (Mannheimi Gázmotorgyár Részvénytársaság), ahol kismotorok gyártását végezték sikerrel, amelyet iparosok, fűrészüzemek, mezőgazdasági termelők vásároltak meg. Az idők folyamán a tudomány és a technológia rohamos fejlődésének köszönhetően az előző besorolás finomodott, és a kétütemű motort is a belsőégésű gépek közé sorolták. Ha elméletben szétbontjuk ezt az erőforrást, előtűnik a kétütemű rendszer sokszínűsége, komplexitása, egy szóval Karl Benz zsenialitása.
Akárhogy is történt, a műszaki kultúrtörténet Carl Friedrich Benz találmányát tekinti a kétütemű motorok ősének
Mindez szép és jó, de a kezdetleges motorok gyújtása korántsem volt tökéletes, ezért újabb feltalálókra volt szükség, hogy még több erőt préselhessenek ki a hengerekből. Ekkor került képbe Leon Funck és spéci, izzófejes megoldása, ami alapvetően meghatározta az erőforrások fejlődését. Tartsatok velünk a folytatásban is!
Kapcsolódó anyag: Két- és négyütemű motorok története – a sorozat eddig megjelent részei