Mentre i tentativi di ideare motori termici furono fatti in tempi antichi, il motore a vapore del 18 ° secolo fu il primo tipo di successo. Il motore a combustione interna, che ha seguito nel 19 ° secolo come un miglioramento rispetto al motore a vapore per molte applicazioni, non può essere attribuito a nessun singolo inventore. Il pistone, pensato fino ad oggi nel lontano 150 AC, è stato utilizzato dai metalmeccanici in pompe per soffiare aria., Il sistema a pistone e cilindro era fondamentale per il motore a vapore, che ha portato il componente ad un alto stato di efficienza. Il motore a vapore, tuttavia, soffriva di bassa efficienza termica, grande peso e ingombro, e disagi di funzionamento, che erano principalmente riconducibili alla necessità di bruciare il carburante in un forno separato dal motore. Divenne evidente che un’unità di potenza autonoma era desiderabile.
Già nel 17 ° secolo, diversi sperimentatori cercarono di utilizzare prodotti gassosi caldi per azionare le pompe., Nel 1820 fu costruito un motore in Inghilterra in cui le miscele idrogeno-aria furono fatte esplodere in una camera. La camera è stata quindi raffreddata per creare un vuoto che agisce su un pistone. La vendita di tali motori a gas iniziò nel 1823. Erano pesanti e grezzi ma contenevano molti elementi essenziali di dispositivi successivi e di maggior successo. Nel 1824 l’ingegnere francese Sadi Carnot pubblicò il suo ormai classico opuscolo “Reflections on the Motive Power of Heat”, che delineava la teoria fondamentale della combustione interna., Nei decenni successivi inventori e ingegneri costruirono motori che utilizzavano la pressione prodotta dalla combustione di combustibili piuttosto che un vuoto e motori in cui il carburante veniva compresso prima di bruciare. Nessuno di loro è riuscito a sviluppare un sistema operativo, tuttavia. Infine, nel 1860 la francese Étienne Lenoir commercializzò un motore che funzionava a gas illuminante e forniva un servizio ragionevolmente soddisfacente. Il motore Lenoir era essenzialmente un motore a vapore a doppio effetto convertito con valvole a scorrimento per l’ammissione di gas e aria e per lo scarico dei prodotti di scarico., Anche se il motore Lenoir sviluppato poca potenza e utilizzato solo circa il 4 per cento dell’energia nel carburante, centinaia di questi dispositivi erano in uso in Francia e Gran Bretagna entro cinque anni. Sono stati utilizzati per alimentare pompe per l’acqua e macchine da stampa e per completare alcune altre attività che richiedevano solo una potenza limitata.
Un importante progresso teorico si è verificato con la pubblicazione nel 1862 di una descrizione del ciclo di funzionamento ideale di un motore a combustione interna., L’autore, l’ingegnere francese Alphonse Beau de Rochas, ha stabilito le seguenti condizioni necessarie per un’efficienza ottimale: volume massimo del cilindro con superficie di raffreddamento minima, massima rapidità di espansione, rapporto massimo di espansione e pressione massima della carica accesa., Ha descritto la sequenza di operazioni richiesta come (1) aspirazione durante un intero outstroke del pistone, (2) compressione durante il successivo instroke, (3) accensione della carica al punto morto ed espansione durante il successivo outstroke (la corsa di potenza), e (4) espulsione dei gas bruciati durante il successivo instroke. Il motore descritto da Beau de Rochas aveva quindi un ciclo a quattro tempi, in contrasto con il ciclo a due tempi (aspirazione-accensione e potenza-scarico) del motore Lenoir. Beau de Rochas non ha mai costruito il suo motore, e nessun motore a quattro tempi è apparso per più di un decennio., Infine, nel 1876, l’ingegnere tedesco Nikolaus A. Otto costruì un’unità a combustione interna basata sul principio di Beau de Rochas. (La ditta di Otto, Otto e Langen, aveva prodotto e commercializzato un motore a due tempi migliorato diversi anni prima.) Il motore Otto a quattro tempi fu un successo immediato. Nonostante il suo grande peso e la scarsa economia, quasi 50.000 motori con una capacità combinata di circa 200.000 cavalli sono stati venduti in 17 anni, seguiti dal rapido sviluppo di un’ampia varietà di motori dello stesso tipo., La produzione del motore Otto negli Stati Uniti iniziò nel 1878, dopo la concessione a Otto di un brevetto statunitense nel 1877.
Otto anni dopo Gottlieb Daimler e Wilhelm Maybach, ex soci di Otto, svilupparono il primo motore a quattro tempi ad alta velocità di successo e inventarono un carburatore che permetteva di usare la benzina per il carburante. Utilizzarono il loro motore per alimentare una bicicletta (forse la prima moto al mondo) e in seguito una carrozza a quattro ruote., All’incirca nello stesso periodo, un altro ingegnere meccanico tedesco, Karl Benz, costruì un motore a benzina monocilindrico per alimentare quella che è spesso considerata la prima automobile pratica. I motori costruiti da Daimler, Maybach e Benz erano fondamentalmente gli stessi del motore a benzina di base di oggi. Per informazioni sui miglioramenti e gli avanzamenti successivi, vedere automobile.
Orville C. CromerCharles Lafayette Proctor