Van stoomvoertuigen tot de strijd tussen accu's en brandstof

Van stoom tot bougie en patentproblemen

Brandstofmotoren

Zuigermotor

Een zuigermotor is een motor die gebruikmaakt van één of meer zuigers en cilinders om druk om te zetten in een heen-en-weergaande beweging, die vervolgens wordt omgezet in een roterende beweging. Er bestaan onder andere viertakt- en tweetaktmotoren met inwendige verbranding. Ook een Stirlingmotor (heteluchtmotor) kan met zuigers zijn uitgerust.

De stoommachine kan technisch gezien worden beschouwd als een zuigermotor, hoewel deze term meestal wordt gebruikt voor motoren met inwendige verbranding, zoals benzine- en dieselmotoren. Zuigermotoren worden vooral toegepast in auto's, motorfietsen, vliegtuigen, aggregaten en vele andere toepassingen.

Cilinders

Cilinders van motoren variëren sterk in grootte: van minder dan 1 cc in modelmotoren tot honderden liters in grote scheepsdieselmotoren. Een grotere cilinderinhoud kan voordelen bieden op het gebied van rendement, maar het uiteindelijke rendement wordt bepaald door veel factoren, zoals het ontwerp van de motor, de compressieverhouding, de verbranding en het toerental.

Een motor kan uit een verschillend aantal cilinders bestaan, die in diverse configuraties kunnen worden geplaatst: lijnmotoren, boxermotoren, radiaalmotoren (ook wel stermotoren genoemd), V-motoren, U-motoren en W-motoren. Het aantal cilinders wordt bepaald door het gewenste vermogen, de beschikbare ruimte en de technische haalbaarheid. Motoren met bijvoorbeeld 11 of 15 cilinders komen voor, maar worden vanwege complexiteit en constructieve nadelen zelden toegepast.

Compressieverhouding

Een belangrijk nadeel van een benzinemotor is de beperking van de maximale compressieverhouding door het risico op kloppen of detonatie. Bij een te hoge compressie ontbrandt het mengsel ongecontroleerd, wat motorschade kan veroorzaken. Moderne benzinemotoren kunnen, afhankelijk van brandstofkwaliteit en motormanagement, compressieverhoudingen bereiken van ongeveer 10:1 tot boven de 14:1.

Dieselmotoren behalen een hoger thermisch rendement doordat zij met hogere compressieverhoudingen werken. Moderne dieselmotoren zitten meestal rond 14:1 tot 25:1. Hierdoor kan dieselbrandstof efficiënter worden benut dan bij een benzinemotor.

Een nadeel van benzine- en LPG-motoren is dat de brandstoffen vluchtiger zijn en gemakkelijk ontvlambare mengsels met lucht kunnen vormen. Daarom worden brandstoftanks en brandstofsystemen ontworpen met strenge veiligheidseisen. Een voordeel van de benzinemotor is de relatief lichte en eenvoudige constructie, waardoor deze goedkoop geproduceerd kan worden en hoge vermogens mogelijk zijn.

De bougie

In 1859 patenteerde de Belgisch-Franse Jean Lenoir een elektrische ontsteking voor zijn eerste verbrandingsmotor, die hij in 1858 had ontwikkeld. Deze motor liep op aardgas en werkte zonder compressie. In 1863 bouwde hij een verbeterde versie met een carburateur en vloeibare brandstof, die in een voertuig werd gemonteerd. Dit voertuig legde een gedocumenteerde afstand van ongeveer 18 km af en geldt als één van de eerste voertuigen die door een vonkontstoken verbrandingsmotor werd aangedreven.

De Benz Patent-Motorwagen was daarom niet het eerste voertuig met een verbrandingsmotor, maar wel het eerste voertuig dat vanaf het begin als praktische automobiel met een speciaal daarvoor ontworpen benzinemotor werd ontwikkeld.

De ontwikkeling van de betrouwbare elektrische ontsteking verliep daarna verder. Rond 1898 werden verschillende patenten aangevraagd door onder andere Nikola Tesla (VS), Frederick Richard Simms (VK) en Robert Bosch. De door Gottlob Honold, ingenieur bij Bosch, ontwikkelde hoogspanningsmagneetontsteking met bougie, gepatenteerd op 7 januari 1902, maakte hogere toerentallen en betrouwbaardere benzinemotoren mogelijk. Dit was één van de ontwikkelingen waardoor de benzinemotor uiteindelijk de dominante aandrijving voor auto's werd.

Tweetakt versus viertakt

De viertaktmotor werkt volgens vier stappen: de inlaatslag waarbij lucht en brandstof worden aangezogen, de compressieslag, de arbeidsslag waarbij het mengsel wordt ontstoken en de zuiger naar beneden wordt gedrukt, en de uitlaatslag waarbij de verbrandingsgassen worden afgevoerd.

In de praktijk is een motor minder efficiënt dan het theoretische model. Onder ideale omstandigheden zou een tweetaktmotor bij hetzelfde toerental theoretisch twee keer zoveel arbeidsslagen kunnen leveren als een vergelijkbare viertaktmotor. Een tweetaktmotor heeft namelijk bij iedere twee zuigerslagen een arbeidsslag, terwijl een viertaktmotor hiervoor vier zuigerslagen nodig heeft.

In werkelijkheid is het verschil kleiner. Het rendement van een tweetaktmotor ligt meestal lager doordat tijdens het spoelen niet alle verbrandingsgassen volledig worden vervangen door het verse mengsel. Hierdoor kan een deel van het brandstofmengsel verloren gaan via de uitlaat. Een viertaktmotor heeft een betere cilindervulling en een efficiëntere verbranding, waardoor per arbeidsslag meer nuttige arbeid wordt geleverd.

Een viertaktmotor is door het kleppenmechanisme complexer en meestal zwaarder dan een vergelijkbare tweetaktmotor. Daar staat tegenover dat hij zuiniger is, schonere uitlaatgassen produceert en stiller kan werken. Tweetaktmotoren gebruiken vaak mengsmering, waarbij olie met de brandstof wordt vermengd voor de smering. Dit zorgt voor extra uitstoot en de kenmerkende blauwe rook.

Daarnaast kan een viertaktmotor gemakkelijker worden voorzien van een effectieve uitlaatdemper. Bij een tweetaktmotor kan extra tegendruk de spoeling verstoren, waardoor het vermogen sterk kan afnemen.

Het patent op de automobiel

Lees hier het hele Selden verhaal

George B. Selden, patentadvocaat

Geïnspireerd door de verbrandingsmotor van George Brayton, die in 1876 werd getoond tijdens de Centennial Exposition in Philadelphia, begon George B. Selden met de ontwikkeling van een kleinere en lichtere versie. In 1878 bouwde hij een ééncilinder verbrandingsmotor van ongeveer 200 kg die werd geplaatst in een experimenteel vierwielig voertuig. Het ontwerp bevatte verschillende elementen die later in auto's terugkwamen, zoals een ingepakte krukas, koppeling, voetrem, demper en aandrijfsysteem.

Bij de ontwikkeling werd hij geholpen door Frank H. Clement en zijn assistent William Gomm. Op 8 mei 1879 vroeg Selden patent aan. Als getuige bij de aanvraag koos hij een plaatselijke bankmedewerker, George Eastman, die later bekend zou worden als oprichter van Kodak.

Zijn patentaanvraag richtte zich niet alleen op de motor, maar vooral op de toepassing van een verbrandingsmotor in een vierwielig voertuig. Door meerdere wijzigingen en aanvullingen duurde het uiteindelijk 16 jaar voordat het patent werd toegekend. US Patent No. 549,160 werd verleend op 5 november 1895.

Rond deze periode begon de Amerikaanse auto-industrie zich te ontwikkelen. Selden had, ondanks het feit dat hij nooit een commercieel geproduceerde auto had gebouwd, een wettelijke claim op een breed patent voor het gebruik van een verbrandingsmotor in een automobiel.

Hij kreeg slechts één keer de kans om financiële steun voor zijn plannen te krijgen. Een zakenrelatie uit Rochester bood hem $5.000 aan, maar trok zich terug nadat Selden zijn toekomstvisie had uitgelegd. Selden voorspelde dat er uiteindelijk meer auto's op de weg zouden rijden dan paard en wagens. Jaren later, toen zij elkaar opnieuw ontmoetten, gaf zijn voormalige zakenpartner toe dat hij ongelijk had gehad. Selden antwoordde dat hij achteraf gezien blijkbaar toch niet zo onrealistisch was geweest als men had gedacht.

In 1899 verkocht Selden zijn rechten aan bankier William C. Whitney, betrokken bij de Electric Vehicle Company. Aanvankelijk was het doel om het patent te gebruiken voor de ontwikkeling van elektrische taxi's. Whitney en Selden gingen daarna samenwerken om licentiegelden te innen van andere autofabrikanten.

Fabrikanten die betaalden werden lid van de Association of Licensed Automobile Manufacturers (ALAM) en kregen daarmee ook recht op een deel van de inkomsten uit het licentiesysteem. Veel leden kwamen uit het oosten van de Verenigde Staten. Fabrikanten uit het middenwesten, die vaak goedkopere auto's produceerden, sloten zich meestal niet aan.

Na de verloren rechtszaak tegen Ford richtte Selden zich vanaf 1906 met zijn Selden Motor Vehicle Company in Rochester op vrachtwagens. Het bedrijf was ontstaan na de overname van de Buffalo Gasoline Motor Company, één van de eerste fabrikanten die met een patentclaim van Selden te maken kreeg. Later werd het bedrijf omgedoopt tot Selden Truck Sales Corporation.

Selden kreeg eind 1921 een beroerte en overleed in januari 1922 op 75-jarige leeftijd. Geschat wordt dat hij ongeveer $1,2 miljoen aan royalties heeft ontvangen. Een aanzienlijk deel hiervan ging naar George Day, manager van de ALAM. Selden zou zelf naar schatting tussen de $200.000 en $600.000 hebben overgehouden.

Financieel gezien was Selden succesvol, maar zijn invloed op de technische ontwikkeling van de automobiel was beperkt. Zijn grootste bijdrage was niet een betere auto bouwen, maar het proberen te controleren van de juridische rechten rondom de nieuwe industrie.

De uitvinders van de technieken die tot de auto leidde

1745-1850: zoeken naar het principe
Volta → Street → Lebon → De Rivaz → Brown
1850-1880: de motor wordt praktisch
Lenoir → Brayton → Beau de Rochas → Otto
1880-1900: de motor wordt geschikt voor voertuigen
Daimler/Maybach → Delamare-Deboutteville → Benz → Diesel

1745-1827 – Alessandro Volta en de eerste elektrische ontsteking

De Italiaanse natuurkundige Alessandro Volta onderzoekt hoe elektrische vonken gebruikt kunnen worden om brandbare gassen te ontsteken. Tijdens deze experimenten ontwikkelt hij het zogenaamde "elektrische pistool" (pistola elettrica), een glazen of metalen buis waarin een mengsel van lucht en brandbaar gas wordt geplaatst. Door een elektrische vonk ontstaat een explosie die een prop of kurk uit het apparaat kan wegschieten.

Hoewel Volta hiermee geen motor bouwde, legde hij wel een belangrijk fundament voor de latere verbrandingsmotor. Hij toonde aan dat een gecontroleerde elektrische vonk een brandstof-luchtmengsel kon ontsteken. Dit principe zou tientallen jaren later worden toegepast in de eerste verbrandingsmotoren en uiteindelijk leiden tot de bougieontsteking zoals die in moderne benzinemotoren wordt gebruikt.

1760-1825 Robert Street en de vloeibare brandstof

Robert Street was een Engelse uitvinder en landbouwer die een belangrijke, maar vaak vergeten plaats inneemt in de vroege ontwikkeling van de verbrandingsmotor. Zijn werk laat zien dat het idee van een motor die werkt op een vloeibare brandstof al vóór de negentiende eeuw bestond. Daarmee vormt hij een belangrijke schakel tussen de eerste experimenten met explosieve gassen en de latere ontwikkeling van praktische verbrandingsmotoren.

In 1794 kreeg Street een Brits patent voor een motor waarin hij terpentijnolie (turpentine) gebruikte als brandstof. Dit was een van de eerste bekende pogingen om een vloeibare brandstof rechtstreeks in een motor te verbranden. Het principe was nog eenvoudig: de brandstof werd op een heet oppervlak gebracht, waardoor damp ontstond. Deze brandstofdamp werd vervolgens gemengd met lucht en ontstoken. De uitzettende verbrandingsgassen bewogen een zuiger, waardoor mechanische arbeid kon worden geleverd.

Street gebruikte nog geen moderne ontbranding door een bougie of een gecontroleerde inspuiting zoals latere motoren zouden krijgen. Zijn ontwerp was gebaseerd op verdamping en zelfontbranding door warmte. Toch bevatte het idee al de basisprincipes die later terug zouden keren in de ontwikkeling van de benzine- en oliemotor: een vloeibare brandstof, omzetting naar damp, vermenging met lucht en verbranding om beweging op te wekken.

Het belang van Street ligt vooral in het feit dat hij aantoonde dat een motor niet afhankelijk hoefde te zijn van stoom of van reeds aanwezige brandbare gassen. In de achttiende eeuw waren experimenten met gasmotoren nog beperkt en vaak theoretisch van aard. Street liet zien dat ook vloeibare brandstoffen zoals terpentijn een energiedrager konden zijn voor een verbrandingsmotor.

Zijn ontwerp leidde niet direct tot een bruikbare automotor, maar het vormde een vroege stap in een ontwikkeling die later werd voortgezet door uitvinders zoals Isaac de Rivaz, Jean Joseph Étienne Lenoir en uiteindelijk de bouwers van de eerste praktische benzine- en dieselmotoren. Street laat daarmee zien dat het idee achter de verbrandingsmotor niet plotseling in de negentiende eeuw ontstond, maar het resultaat was van een lange reeks experimenten met verschillende brandstoffen en ontstekingsprincipes.

Hoewel Robert Street tegenwoordig nauwelijks bekend is, behoort hij tot de vroege pioniers die de gedachte vormgaven dat vloeibare brandstof rechtstreeks kon worden omgezet in mechanische kracht — een concept dat uiteindelijk de basis zou worden van de moderne automobiel.

1767-1804 – Philippe Lebon en de eerste gasmotor

De Franse ingenieur Philippe Lebon d'Humbersin onderzocht de mogelijkheden van brandbare gassen als energiebron. Hij bouwde voort op de eerste experimenten met verbrandingsmotoren, waaronder die van de Engelsman Robert Street uit 1794. Waar Street een vluchtige vloeibare brandstof gebruikte, zag Lebon juist grote mogelijkheden in gas als brandstof.

In 1801 patenteerde Lebon zijn Thermolampe, een systeem waarmee door verhitting van hout houtgas werd geproduceerd. Dit gas kon worden gebruikt voor verlichting, verwarming en mogelijk ook voor de aandrijving van machines. Daarmee was hij de eerste die een volledig systeem ontwikkelde voor de productie én toepassing van brandbaar gas.

Lebon wordt daarom beschouwd als een van de grondleggers van de gasmotor. Hij besefte dat een gasvormige brandstof zich veel beter liet doseren en gecontroleerd verbranden dan de vloeibare brandstoffen die daarvoor werden gebruikt. Hoewel zijn motor nooit tot een praktisch voertuig leidde, betekende zijn werk een belangrijke stap in de ontwikkeling van de verbrandingsmotor.

Zijn ideeën beïnvloedden latere pioniers zoals Isaac de Rivaz, die enkele jaren later een motor bouwde die werkte op een mengsel van waterstof en zuurstof, en uiteindelijk ook uitvinders als Lenoir en Otto, die de gasmotor verder zouden ontwikkelen tot een praktisch bruikbare krachtbron.

Lebon kon zijn onderzoek echter niet voltooien. In 1804 werd hij onder nooit volledig opgehelderde omstandigheden op straat doodgestoken. Hij was pas 36 jaar oud. Zijn vroege overlijden betekende het einde van veelbelovend onderzoek, maar zijn ideeën zouden nog tientallen jaren doorwerken in de ontwikkeling van de verbrandingsmotor.

1752-1828 – Isaac de Rivaz en de eerste verbrandingsmotor voor een voertuig

De Zwitsers-Franse uitvinder Isaac de Rivaz gebruikte het principe van Alessandro Volta's elektrische ontsteking om een van de eerste verbrandingsmotoren voor een voertuig te bouwen. Al vanaf 1775 hield hij zich bezig met het idee van een zelfrijdend voertuig. In die tijd waren vrijwel alle experimentele voertuigen nog uitgerust met een stoommachine, maar De Rivaz geloofde dat een verbrandingsmotor een eenvoudiger en veelbelovend alternatief kon zijn.

Rond 1806 ontwikkelde hij een motor die werkte op een mengsel van waterstof en zuivere zuurstof. Dit gasmengsel werd in een verticale cilinder ontstoken door een elektrische vonk, een techniek die enkele jaren eerder door Volta mogelijk was gemaakt. In tegenstelling tot vrijwel alle latere verbrandingsmotoren gebruikte De Rivaz dus geen lucht als oxidatiemiddel, maar zuivere zuurstof. Op 30 januari 1807 kreeg hij patent nummer 731 voor zijn motor en de toepassing ervan in een voertuig. Daarmee behoorde hij tot de eerste uitvinders die een voertuig probeerden aan te drijven zonder gebruik te maken van stoom. Hij was hiermee zelfs iets eerder dan de gebroeders Niépce, die op 20 juli 1807 patent kregen op hun Pyreolophore, een verbrandingsmotor die in een boot werd toegepast.

Zijn voertuig was echter nog zeer primitief. De motor had een verticale cilinder met een uitzonderlijk lange slag van ongeveer 97 centimeter en dreef het voertuig stap voor stap vooruit. Er was nog geen krukas, geen drijfstang en ook geen compressieslag zoals bij latere verbrandingsmotoren. Het gasmengsel werd zonder compressie ontstoken, waardoor het rendement zeer laag bleef. Na iedere ontsteking werd de zuiger door de uitzettende gassen omhoog geduwd. Bij het terugvallen van de zuiger werd via een tandheugel en een eenvoudig mechanisme een deel van die beweging omgezet in de aandrijving van de wielen.

In 1813 bouwde De Rivaz een groter voertuig met wielen van ongeveer twee meter diameter. De motor bestond uit een verticale cilinder van ongeveer 1,5 meter lang met een slag van 97 centimeter. Bij iedere arbeidsslag legde het ongeveer zes meter lange voertuig eveneens ongeveer zes meter af. Ondanks deze indrukwekkende afmetingen ontbraken ook nu nog een krukas, een drijfstang en een compressieslag, waardoor de prestaties beperkt bleven.

De Rivaz gebruikte uitsluitend waterstof als brandstof. Benzine zou pas vele tientallen jaren later geschikt worden als motorbrandstof, mede dankzij de ontwikkeling van de carburateur in de tweede helft van de negentiende eeuw. Tijdgenoten beschouwden zijn ideeën als interessant, maar ook als weinig realistisch. De stoommachine was destijds veel verder ontwikkeld, leverde meer vermogen en had zich in de praktijk al bewezen.

Hoewel zijn voertuig geen commercieel succes werd, was De Rivaz een belangrijke pionier in de geschiedenis van de automobiel. Hij bewees dat chemische energie rechtstreeks kon worden omgezet in mechanische beweging zonder gebruik te maken van stoom. Zijn experimenten vormden daarmee een vroege stap in de ontwikkeling van de verbrandingsmotor die uiteindelijk de basis zou leggen voor de moderne automobiel.

1799-1849 Samuel Brown

Samuel Brown was een Engelse ingenieur en uitvinder die een belangrijke, maar vaak vergeten rol speelde in de vroege ontwikkeling van de verbrandingsmotor. Hij bouwde een van de eerste praktisch werkende gasmotoren en liet zien dat verbranding niet alleen een theoretisch principe was, maar ook gebruikt kon worden om langdurig mechanisch vermogen te leveren.

In de periode vóór Brown waren verschillende uitvinders bezig met het onderzoeken van de mogelijkheden van verbranding als krachtbron. Alessandro Volta had al aangetoond dat een gasexplosie mechanische beweging kon veroorzaken, terwijl Isaac de Rivaz in 1806 een vroege verbrandingsmotor en voertuig bouwde. Deze experimenten waren echter nog beperkt en leverden geen praktische krachtbron op.

Samuel Brown richtte zich op het gebruik van gas als brandstof. Rond 1823 ontwikkelde hij een zogenaamde gasvacuümmotor. Zijn ontwerp was gebaseerd op een principe dat gedeeltelijk afweek van latere verbrandingsmotoren: in plaats van de uitzettingskracht van brandende gassen direct te gebruiken, gebruikte Brown de onderdruk die ontstond nadat een gasmengsel in een cilinder werd ontstoken en vervolgens afkoelde. De atmosferische druk duwde daarna de zuiger terug en leverde de arbeid.

Zijn motor werkte op een mengsel van brandbaar gas en lucht en gebruikte een vlam als ontstekingsbron. Hoewel het rendement laag was, bewees Brown dat een interne verbranding gebruikt kon worden voor een continue mechanische aandrijving. In 1826 kreeg hij een patent op zijn ontwerp en bouwde hij meerdere exemplaren.

Een van Browns motoren werd toegepast om een waterpomp aan te drijven en later gebruikte hij zijn systeem ook voor aandrijving van machines. In 1827 demonstreerde hij zijn motor op een heuvel bij Croydon, waar hij hem gebruikte om een voertuigachtig systeem met aandrijving te laten werken. Daarmee behoorde hij tot de eerste uitvinders die een verbrandingsmotor probeerden toe te passen voor vervoer.

De motor van Brown was nog ver verwijderd van de latere benzine- en dieselmotor. Er was nog geen compressieslag, geen gecontroleerde brandstofinspuiting en geen efficiënt viertaktproces. Toch was zijn werk een belangrijke stap omdat hij aantoonde dat een verbrandingsmotor meerdere cycli achter elkaar kon uitvoeren en daadwerkelijk bruikbaar vermogen kon leveren.

Zijn ontwikkeling vormde een belangrijke overgang tussen de vroege experimenten van De Rivaz en de commerciële gasmotoren van de tweede helft van de negentiende eeuw. De ideeën van Brown werden later verder ontwikkeld door uitvinders zoals Jean Joseph Étienne Lenoir, die vanaf 1859 de eerste commercieel succesvolle verbrandingsmotor bouwde.

Samuel Brown wordt daarom gezien als een van de vergeten pioniers van de verbrandingsmotor. Hij bouwde geen automobiel zoals Benz dat later zou doen, maar hij leverde een belangrijke bijdrage aan het bewijs dat gecontroleerde verbranding kon worden omgezet in bruikbare mechanische energie.

1822-1900 – Étienne Lenoir en de eerste praktisch bruikbare verbrandingsmotor op gas

De Belgische uitvinder Jean-Joseph Étienne Lenoir verhuisde begin jaren 1850 naar Frankrijk en ontwikkelde daar de eerste praktisch bruikbare en commercieel geproduceerde verbrandingsmotor. Waar eerdere uitvinders zoals Philippe Lebon en Isaac de Rivaz vooral experimentele motoren bouwden, slaagde Lenoir erin een motor te ontwikkelen die daadwerkelijk in de praktijk kon worden gebruikt.

In 1859 kreeg Lenoir patent nummer 43.624 voor een "motor op gas en uitgezette lucht". Het patent bleef vijftien jaar geldig. Zijn motor gebruikte een mengsel van gas en lucht dat door een elektrische vonk werd ontstoken. Daarmee bracht hij verschillende eerdere ontwikkelingen samen: de toepassing van gas als brandstof uit de experimenten van onder andere Lebon, de elektrische ontsteking die terugging op Alessandro Volta en Isaac de Rivaz, en zijn eigen mechanische ontwerp.

De Lenoir-motor was een tweetaktmotor zonder compressieslag. Het gas-luchtmengsel werd aan beide zijden van de zuiger afwisselend verbrand, waardoor een eenvoudige maar relatief inefficiënte motor ontstond. Het rendement was laag in vergelijking met latere motoren, maar de constructie was eenvoudig te bedienen en vormde een bruikbaar alternatief voor de stoommachine. Rond 1860 werden tientallen exemplaren geproduceerd voor industriële toepassingen.

Voor de ontsteking maakte Lenoir gebruik van een elektrisch systeem gebaseerd op de inductiespoel van Heinrich Daniel Ruhmkorff. Hiermee kon hij een krachtige vonk opwekken om het gas-luchtmengsel in de cilinder te ontsteken. De toepassing van vonkontsteking was een belangrijke stap richting de moderne benzinemotor.

In 1862 bouwde Lenoir een voertuig met zijn motor en maakte daarmee een van de eerste gedocumenteerde ritten met een voertuig aangedreven door een interne verbrandingsmotor. Het voertuig reed ongeveer negen kilometer van Parijs naar Joinville-le-Pont. Hoewel de prestaties beperkt waren en de motor zwaar en inefficiënt was, bewees Lenoir dat een voertuig met een verbrandingsmotor mogelijk was.

Later ontwikkelde Lenoir ook een viertaktmotor. Daarbij baseerde hij zich op het viertaktprincipe dat Alphonse Beau de Rochas in 1862 theoretisch had beschreven. De Rochas had zelf nooit een motor gebouwd, maar beschreef wel het principe van de viertaktcyclus en kreeg hiervoor patent nummer 52.593 op 16 januari 1862.

Hoewel Lenoir niet de uiteindelijke vorm van de moderne automotor ontwierp, speelde hij een cruciale rol in de overgang van experimentele verbrandingsmotoren naar praktische toepassingen. Zijn belangrijkste bijdrage was het aantonen dat een motor met interne verbranding, gasvormige brandstof en elektrische vonkontsteking betrouwbaar kon functioneren.

De ontwikkeling van Lenoir vormde daarmee een directe stap richting de latere motoren van Nikolaus Otto, Gottlieb Daimler en Karl Benz. Zijn werk behoort tot de belangrijkste schakels in de geschiedenis van de automobiel.

1830-1892 – George Brayton en de Ready Motor

De Amerikaanse ingenieur George Brayton uit Boston ontwikkelde in 1872 een bijzondere verbrandingsmotor die bekend werd als de Ready Motor. In tegenstelling tot de meeste eerdere motoren werkte deze niet volgens het principe van een ontploffing, maar met een continue verbranding onder vrijwel constante druk. Daarmee introduceerde Brayton een principe dat later de basis zou vormen van de Brayton-cyclus, waarop moderne gasturbines zijn gebaseerd.

De motor gebruikte aanvankelijk verdampte brandstoffen, maar werd later aangepast voor zwaardere brandstoffen zoals kerosine en olie. De constructie bestond uit twee afzonderlijke cilinders: een compressiecilinder waarin lucht werd samengeperst en een tweede arbeidscilinder waarin de verbrande gassen uitzetten en mechanische arbeid leverden. Tussen beide cilinders bevond zich een verbrandingskamer waarin de brandstof continu werd toegevoerd.

Een bougie was niet nodig. De ontsteking gebeurde door een constante vlam in de verbrandingskamer, waardoor iedere nieuwe hoeveelheid brandstof automatisch werd ontstoken. Brayton ontdekte dat een langere compressiefase en een continue toevoer van brandstof meer vermogen konden opleveren per hoeveelheid brandstof. Een deel van deze winst ging echter verloren door de lage compressieverhouding, de grote warmteverliezen en de extra wrijving van het systeem met twee cilinders.

De Ready Motor werd getest voor toepassingen in voertuigen voor personenvervoer. Er werden zelfs experimentele voertuigen gebouwd, maar problemen met financiering, het hoge gewicht en problemen met wielslip bij koud weer maakten een einde aan deze ontwikkeling. De motor werd ook in Engeland geproduceerd en later door de Schotse ingenieur Dugald Clerk aangepast met een vonkontsteking.

Een groot nadeel van Braytons ontwerp was het formaat. Een motor van ongeveer 10 pk had een cilinderinhoud van circa 19,3 liter en woog ongeveer 1.800 kilogram. Toch stonden de motoren bekend om hun eenvoudige startgedrag en stabiele werking. Vooral in horizontale uitvoering werden Brayton-motoren succesvol toegepast in boten, waar het gewicht minder belangrijk was.

Brayton liep met zijn motor voor op de ontwikkelingen van Otto en Diesel. Zijn ontwerp was een van de eerste praktisch bruikbare oliegestookte verbrandingsmotoren en vormde een belangrijke stap richting de latere dieselmotor en gasturbine. Hoewel de Otto-motor uiteindelijk de markt voor verbrandingsmotoren zou domineren, bleef Braytons constante-drukprincipe een belangrijke ontwikkeling in de geschiedenis van de motortechniek.

Alphonse Beau de Rochas (1815-1893)

Alphonse Eugène Beau de Rochas was een Franse ingenieur en uitvinder die een van de belangrijkste theoretische bijdragen leverde aan de ontwikkeling van de moderne verbrandingsmotor. Hoewel hij zelf nooit een werkende motor bouwde, beschreef hij in 1862 het principe van de viertaktcyclus — het proces dat later de basis zou vormen voor vrijwel alle benzine- en veel dieselmotoren.

In de negentiende eeuw waren verschillende uitvinders bezig met het ontwikkelen van verbrandingsmotoren, maar veel vroege ontwerpen hadden nog grote nadelen. Motoren zoals die van Jean Joseph Étienne Lenoir werkten volgens een tweetaktprincipe zonder compressie van het brandstof-luchtmengsel. Hierdoor was het rendement beperkt. Beau de Rochas begreep dat een efficiëntere motor mogelijk was wanneer het mengsel eerst werd samengeperst voordat de ontsteking plaatsvond.

In zijn publicatie uit 1862 beschreef Beau de Rochas vier opeenvolgende stappen die samen een volledige arbeidscyclus vormen:

Inlaat – de zuiger beweegt naar beneden en zuigt een mengsel van brandstof en lucht de cilinder in.
Compressie – de zuiger beweegt omhoog en perst het mengsel samen, waardoor een krachtigere verbranding mogelijk wordt.
Arbeidsslag – het mengsel wordt ontstoken; de uitzettende verbrandingsgassen drukken de zuiger naar beneden en leveren mechanisch vermogen.
Uitlaat – de verbrande gassen worden uit de cilinder verwijderd, waarna de cyclus opnieuw begint.

Beau de Rochas formuleerde daarbij ook voorwaarden voor een efficiënte motor. Hij wees onder andere op het belang van een grote cilinderinhoud in verhouding tot het oppervlak dat warmte verliest, een snelle verbranding en een hoge compressieverhouding. Daarmee beschreef hij niet alleen de volgorde van de slagen, maar ook de fundamentele thermodynamische principes achter een efficiënte verbrandingsmotor.

Zijn ideeën werden aanvankelijk nauwelijks toegepast. Pas enkele jaren later werd het viertaktprincipe praktisch uitgevoerd door Nikolaus Otto, die in 1876 een werkende viertaktmotor bouwde. Daarom wordt de cyclus vaak aangeduid als het “Otto-principe”, hoewel de theoretische basis al eerder door Beau de Rochas was beschreven.

De bijdrage van Beau de Rochas was vooral dat hij de losse experimenten met verbrandingsmotoren veranderde in een logisch en efficiënt werkingsprincipe. Waar eerdere uitvinders experimenteerden met brandstoffen, ontsteking en cilinders, gaf hij de toekomstige motor een fundamentele architectuur.

Zijn werk vormt daarmee een belangrijke schakel tussen de vroege pioniers zoals Robert Street, Isaac de Rivaz en Jean Joseph Étienne Lenoir, en de praktische motoren van Otto, Daimler en Benz. Zonder zijn theoretische inzicht zou de ontwikkeling van de efficiënte verbrandingsmotor waarschijnlijk een veel langere weg hebben afgelegd.

De Rivaz auto

Nikolaus August Otto

1832-1891 – Nikolaus August Otto en de viertaktmotor

De Duitse uitvinder Nikolaus August Otto speelde een beslissende rol in de ontwikkeling van de moderne verbrandingsmotor. Zijn zoektocht begon met de verbetering van de atmosferische gasmotor van Jean-Joseph Étienne Lenoir. Lenoirs tweetaktmotor had bewezen dat een verbrandingsmotor praktisch toepasbaar kon zijn, maar het rendement was laag. Otto zag dat een betere methode nodig was om meer energie uit dezelfde hoeveelheid brandstof te halen.

In 1864 kwam Otto in contact met de technisch opgeleide zakenman Carl Eugen Langen. Otto werkte op dat moment in zijn vrije tijd aan verbeteringen van de Lenoir-motor. Langen zag direct het potentieel van Otto's ideeën en richtte slechts één maand na hun ontmoeting samen met hem de firma N. A. Otto & Cie. op. Dit bedrijf wordt beschouwd als een van de eerste ondernemingen die zich volledig richtte op de productie van verbrandingsmotoren.

De eerste motoren waren nog grote en zware machines met een zeer laag vermogen. De eerste uitvoeringen hadden nog een zeer ongunstige vermogen-gewichtsverhouding: ongeveer 500 kilogram motorgewicht per pk. Otto en Langen bleven het ontwerp echter verbeteren. Hun zogenaamde Flugkolbenmotor (vrije zuigermotor of atmosferische gasmotor) bleek een enorme vooruitgang ten opzichte van de motor van Lenoir. Tijdens de Parijse wereldtentoonstelling van 1867 won deze motor de gouden medaille. De motor verbruikte ongeveer drie keer minder brandstof dan de Lenoir-motor en bewees dat een efficiëntere gasmotor mogelijk was.

Nadat N. A. Otto & Cie. financieel in moeilijkheden was gekomen en uiteindelijk moest worden beëindigd, richtte Langen in Deutz met nieuw kapitaal de Gasmotoren-Fabrik Deutz op. Otto's schulden, die inmiddels ongeveer 18.000 taler bedroegen (de Pruisische munteenheid van die tijd), werden door Langen overgenomen. Hiermee maakte hij het mogelijk dat Otto zijn technische ontwikkelingen kon voortzetten.

Om de productie verder te ontwikkelen haalde Langen in 1872 twee belangrijke medewerkers naar Deutz: Gottlieb Daimler, verantwoordelijk voor de productie, en Wilhelm Maybach, verantwoordelijk voor de constructie en technische ontwikkeling. Onder hun leiding groeide Deutz uit tot een belangrijke fabrikant van verbrandingsmotoren. In 1874 bereikte de fabriek een productie van ongeveer 80 motoren per maand en waren er in totaal circa 5.000 motoren gebouwd.

Met dit commerciële succes kreeg Otto de mogelijkheid om zijn oude idee verder uit te werken: een motor volgens het viertaktprincipe. Dit principe was eerder theoretisch beschreven door de Franse ingenieur Alphonse Beau de Rochas in 1862. Rochas had het principe van de viertaktcyclus beschreven, maar nooit een werkende motor gebouwd. Otto wist dit principe als eerste om te zetten in een praktisch bruikbare motor.

In 1876 werd de eerste succesvolle viertaktmotor van Otto gebouwd. De motor werkte volgens het principe van inlaat, compressie, arbeid en uitlaat en vormde de basis van vrijwel alle moderne zuigermotoren. Eind 1876 had Maybach ervoor gezorgd dat de motor geschikt was voor productie, niet alleen in Deutz maar ook in het buitenland door middel van licenties.

De eerste Deutz viertaktmotor, de zogenaamde A-Motor, leverde ongeveer 3 pk. Een jaar later werd dit verhoogd naar ongeveer 5 pk. Otto bleef zich tot aan zijn dood bezighouden met de verdere ontwikkeling van motoren; zo experimenteerde hij uiteindelijk zelfs met motoren van ongeveer 100 pk.

De ontwikkeling van Otto vond plaats in een periode waarin ook andere krachtbronnen werden verbeterd. Zo vormde de heteluchtmachine een concurrent, omdat deze kon worden gestookt met verschillende brandstoffen zoals hout, turf of kolen. Deze machines waren echter minder geschikt voor mobiele toepassingen en verloren uiteindelijk de strijd met de efficiëntere verbrandingsmotor.

Otto vroeg patent aan op zijn viertaktmotor, maar dit leidde later tot een langdurige juridische strijd. In 1886 werd vastgesteld dat het viertaktprincipe al eerder was beschreven door Beau de Rochas. Hierdoor werd Otto's patent ongeldig verklaard en kon hij geen exclusief recht op het principe behouden. Ondanks deze uitspraak bleef Otto historisch gezien de eerste die de viertaktmotor praktisch bruikbaar en commercieel succesvol maakte.

Nikolaus Otto had een zoon, Gustav Otto (1883-1926). Deze richtte in 1911 de Gustav Otto Flugmaschinenfabrik op. Dit bedrijf werd later onderdeel van de Duitse vliegtuigindustrie die in 1917 leidde tot het ontstaan van BMW. Daarmee liep de invloed van Otto's technische nalatenschap uiteindelijk door tot een van de bekendste motorfabrikanten ter wereld.

Langen richtte in Deutz (bij Keulen) de Gasmotoren-Fabrik Deutz op, de voorloper van het huidige Deutz AG. Het bedrijf groeide later uit tot Klöckner-Humboldt-Deutz (KHD). De vrachtwagenactiviteiten onder de naam Magirus-Deutz werden in 1975 onderdeel van IVECO, terwijl Deutz zich verder specialiseerde in de ontwikkeling en productie van motoren.

1834 -1900 Gottlieb Daimler en 1846-1929 Wilhelm Maybach – de snelle benzinemotor

Uit persoonlijke overwegingen verlieten Maybach en Daimler de onderneming van Otto. Zij kregen een financiële regeling mee vanuit Deutz voor de patenten die zij hadden ontwikkeld en aangevraagd (ter waarde van 113.000 goudmarken). Zij verwezenlijkten in 1883 hun eigen ideeën van een lichte, snel draaiende benzinemotor die bedoeld was voor mobiele inzet.

Samen ontwikkelden zij motoren voor universele toepassingen: te land, ter zee en in de lucht. Deze gedachte werd later gesymboliseerd door de driepuntige ster van Mercedes-Benz, waarbij de drie punten stonden voor land, water en lucht.

Daimler en Maybach slaagden erin een compacte benzinemotor te ontwikkelen die geschikt was voor mobiele toepassingen. Door de ontwikkeling van een praktische carburateur werd het mogelijk vloeibare brandstoffen zoals benzine efficiënt te gebruiken. Dit bood grote voordelen op het gebied van opslag en transport ten opzichte van gasvormige brandstoffen.

In november 1885 bouwden zij hun kleine motor in een houten fietsachtig voertuig. Hiermee ontstond een van de eerste motorfietsen, de Reitwagen. Er werd een rit mee gereden van ongeveer 3 kilometer met een gemiddelde snelheid van 12 km/u.

In maart 1887 werd een motor ingebouwd in een rijtuig, waarmee een snelheid van ongeveer 16 km/u werd bereikt. In de tussentijd had Carl Benz zijn eerste rit gemaakt in juni 1886 met zijn Patent-Motorwagen en was daarmee net iets eerder. Benz kreeg daardoor algemeen de erkenning als bouwer van de eerste praktische auto.

De broers waren echter enthousiast en bouwden hun motoren verder uit voor boten en experimentele luchtvaartuigen. In 1887 verkochten zij hun patenten al naar het buitenland en in 1889 presenteerden zij hun ontwikkelingen op de wereldtentoonstelling in Parijs.

In datzelfde jaar bouwden zij hun eerste eigen auto. Deze werd later onder licentie geproduceerd in Frankrijk door onder andere Panhard & Levassor en Peugeot (1890), in het Verenigd Koninkrijk door Daimler Coventry (1896) en in de Verenigde Staten door Steinway (1891).

In 1894 verscheen de Phoenix-motor, voorzien van onder andere een nokkenas en een verbeterde carburateur met sproeikop. Deze motor voldeed beter aan de eisen van praktische voertuigen en werd door veel Franse constructeurs gekocht. Enkele deelnemers aan de eerste grote autorit/competitie, Parijs-Rouen in 1894, reden met voertuigen die door een dergelijke motor werden aangedreven.

In 1900 overleed Daimler aan een hartziekte. Maybach ging echter door en ontwierp de eerste Mercedes. Deze auto was niet langer gebaseerd op een aangepast koetsontwerp, maar werd gezien als een moderne automobiel. De auto had een 35 pk motor en behaalde een topsnelheid van ongeveer 65,5 km/u.

Het prototype kon in Frankrijk niet onder de naam Daimler op de markt komen, omdat de rechten op die naam daar al waren vastgelegd door Panhard & Levassor. Daarom werd gekozen voor de naam Mercedes, naar de dochter van Emil Jellinek.

Door een brand in Cannstatt, waar tot dan toe geproduceerd werd, verplaatste de productie zich naar Stuttgart.

In 1906 ontwikkelde Maybach een 120 pk racemotor met dubbele ontsteking, waarmee de luchtvaart een grote stap vooruit maakte. Omdat DMG hem geen passende positie gaf, verliet hij het bedrijf en ging hij samenwerken met graaf Ferdinand von Zeppelin.

Na de Eerste Wereldoorlog werd de Duitse luchtvaart sterk beperkt door het Verdrag van Versailles. Maybach richtte zich daarom vanaf 1921 opnieuw op de productie van luxeautomobielen. Zijn V12-motor was oorspronkelijk ontwikkeld met een laag gewicht voor luchtvaarttoepassingen en werd later ook toegepast in luxeautomobielen zoals de Maybach Zeppelin. Het was de eerste Duitse V12-motor.

In 1926 fuseerde DMG door de economische crisis en druk van banken met Benz & Cie., waardoor Daimler-Benz AG ontstond. Wilhelm Maybach overleed in 1929.

Daimler Advertentie uit 1905

Daimler Reitwagen

1856-1901 – Édouard Delamare-Deboutteville en de vergeten Franse pionier

In Frankrijk wordt Édouard Delamare-Deboutteville samen met zijn medewerker Léon Malandin soms genoemd als mogelijke bouwer van de eerste auto vóór Karl Benz. Volgens deze Franse visie zou hun voertuig al in 1884 hebben gereden, een jaar voordat Benz in 1885 zijn Patent-Motorwagen bouwde. Het bewijs hiervoor is echter niet sluitend: het staat vast dat er een voertuig werd gebouwd, maar het is niet met zekerheid bewezen dat dit zelfstandig over de weg heeft gereden.

Delamare-Deboutteville was een technisch zeer begaafde uitvinder. Op 23-jarige leeftijd ontwikkelde hij in 1879 een universele machine die verschillende bewerkingen zoals snijden, frezen en boren kon uitvoeren. Vanuit zijn interesse in mechanische aandrijving richtte hij zich vervolgens op de interne verbrandingsmotor, zowel voor industriële toepassingen als voor voertuigen.

Hij bestudeerde de ontwikkelingen van eerdere pioniers zoals Alphonse Beau de Rochas, Étienne Lenoir en Nikolaus Otto. In 1883 bouwde hij een eencilinder viertaktmotor met elektrische ontsteking, waarbij gebruik werd gemaakt van een inductiespoel, bougie en accu. De motor beschikte over een hoge compressie en gebruikte kopkleppen, technieken die voor die tijd zeer vooruitstrevend waren.

Deze motor werd ingebouwd in een driewielig voertuig, maar dit voertuig raakte tijdens een proefrit beschadigd. Later werd ook een vierwielig voertuig gebouwd. Hoewel het bestaan daarvan vaststaat, is niet bewezen dat dit voertuig daadwerkelijk zelfstandig heeft gereden.

De motor van Delamare-Deboutteville bevatte meerdere technische vernieuwingen. Zo gebruikte hij zuigerveren, een systeem om de carburateur te verwarmen met lucht of water, een uitlaatdemper en een progressieve koppeling. Verschillende van deze oplossingen zouden later belangrijke onderdelen worden van de moderne automobiel.

Ondanks zijn technische voorsprong kreeg zijn patent weinig aandacht en leidde het niet tot commerciële productie. Dat was jammer, omdat sommige van zijn oplossingen bruikbaar waren geweest voor latere constructeurs zoals Daimler en Benz. Waar zij kozen voor eenvoudigere en praktischere oplossingen, had Delamare-Deboutteville een technisch zeer geavanceerd ontwerp ontwikkeld.

Uiteindelijk moest hij zijn experimenten met voertuigen opgeven om economisch zelfstandig te blijven. Hij bleef echter actief met de ontwikkeling van verbrandingsmotoren, maar richtte zich daarna uitsluitend op industriële toepassingen en niet langer op auto's.

Hoewel Delamare-Deboutteville geen succesvolle autofabrikant werd, behoort hij tot de belangrijke vergeten pioniers die hielpen de basis te leggen voor de moderne automobiel.

1844-1929 Karl Benz

Karl Friedrich Benz was een Duitse ingenieur en uitvinder die algemeen wordt beschouwd als de bouwer van de eerste praktisch bruikbare automobiel met een verbrandingsmotor. Zijn grote verdienste was niet alleen de ontwikkeling van een goede benzinemotor, maar vooral het samenbrengen van alle noodzakelijke onderdelen — motor, chassis, aandrijving, besturing en remsysteem — tot één zelfstandig rijdend voertuig.

Benz raakte al vroeg geïnteresseerd in techniek en studeerde werktuigbouwkunde aan de Polytechnische Schule in Karlsruhe. Na verschillende technische banen richtte hij samen met zijn vrouw Bertha Benz in 1871 een eigen werkplaats op. Daar werkte hij aan machines en onderdelen, maar zijn grote doel was het ontwikkelen van een voertuig dat niet afhankelijk was van paardenkracht.

De technische basis voor zijn automobiel lag in de ontwikkelingen die eraan voorafgingen. De viertaktmotor van Nikolaus Otto, de snelle benzinemotor van Gottlieb Daimler en Wilhelm Maybach en de eerdere experimenten met verbrandingsmotoren vormden belangrijke stappen in de ontwikkeling. Benz koos echter voor een eigen weg en ontwierp een complete auto rond zijn eigen compacte viertaktbenzinemotor.

In 1885 bouwde Benz zijn eerste volledig functionele automobiel, de Benz Patent-Motorwagen. Het voertuig had drie wielen, een stalen buizenframe en werd aangedreven door een achterin geplaatste eencilinder viertaktmotor met ongeveer 0,75 pk. De motor gebruikte ligroïne als brandstof, een licht petroleumdestillaat dat in die tijd verkrijgbaar was bij apotheken en drogisterijen.

Op 29 januari 1886 vroeg Benz patent aan op zijn voertuig. Het Duitse patent met nummer DRP 37435 werd later beschouwd als de geboorteakte van de moderne automobiel. Het belangrijke verschil met eerdere experimenten was dat Benz geen paard verving door een motor op een bestaand rijtuig, maar een volledig nieuw voertuig ontwierp dat vanaf het begin rond een verbrandingsmotor was gebouwd.

Toch had Benz moeite om vertrouwen te krijgen in zijn uitvinding. Zijn vrouw Bertha geloofde sterk in het praktische nut van de automobiel en besloot de mogelijkheden ervan aan te tonen. Zonder medeweten van Karl maakte zij op 5 augustus 1888 samen met haar zonen Eugen en Richard een lange proefrit met de derde versie van de Patent-Motorwagen. Zij reed van Mannheim naar haar geboorteplaats Pforzheim, een afstand van ongeveer 106 kilometer.

Deze eerste lange autorit uit de geschiedenis was bedoeld om aan te tonen dat de auto meer was dan alleen een technisch experiment. Tijdens de reis kwamen Bertha en haar zonen verschillende problemen tegen die zij onderweg zelf oplosten. Zo moest een verstopte brandstofleiding worden schoongemaakt met een haarspeld, werd een versleten aandrijfketting gerepareerd bij een smid en verbeterde Bertha de remmen door bij een schoenmaker extra remvoering te laten aanbrengen.

Omdat er nog geen tankstations bestonden, moest Bertha Benz onderweg brandstof zoeken. De gebruikte ligroïne was verkrijgbaar bij apotheken en drogisterijen en zij kocht onder andere bij de stadsapotheek in Wiesloch brandstof voor de verdere reis. Deze apotheek wordt daarom vaak gezien als het eerste "tankstation" ter wereld.

De rit van Bertha Benz bewees niet alleen dat de auto betrouwbaar genoeg was voor langere afstanden, maar leverde ook waardevolle verbeteringen op. Haar ervaring gaf Karl Benz praktische informatie over wat er aan zijn ontwerp verbeterd moest worden en zorgde voor veel publiciteit. Hierdoor groeide de belangstelling voor zijn automobiel.

Karl Benz wordt daarom gezien als een van de grondleggers van de moderne auto-industrie. Zijn uitvinding was het resultaat van een lange ontwikkeling die begon met vroege experimenten met verbranding en krachtmachines, maar hij was degene die deze ideeën samenbracht tot een voertuig dat daadwerkelijk zelfstandig kon rijden. Daarmee vormde de Benz Patent-Motorwagen de directe voorloper van de moderne personenauto.

Rudolf Diesel (1858-1913)

Rudolf Christian Karl Diesel was een Duitse ingenieur en uitvinder die de naar hem genoemde dieselmotor ontwikkelde. Zijn grote bijdrage aan de geschiedenis van de verbrandingsmotor was het realiseren van een motor met een veel hoger rendement dan de bestaande benzine- en gasmotoren. Waar eerdere motoren een brandstof-luchtmengsel ontstaken met een externe ontstekingsbron, zoals een vonk, ontwikkelde Diesel een principe waarbij de brandstof door de hoge temperatuur van samengeperste lucht zelf tot ontbranding kwam.

Diesel werd geboren in Parijs en studeerde techniek aan de Technische Hochschule in München, waar hij onder andere les kreeg van Carl von Linde. Tijdens zijn studie raakte hij geïnteresseerd in de thermodynamica en vooral in de vraag hoe het rendement van warmtemotoren verbeterd kon worden. De stoommachines en vroege verbrandingsmotoren uit die tijd verloren namelijk een groot deel van hun energie als warmte.

De bestaande viertaktmotor van Nikolaus Otto had al een grote stap vooruit betekend, maar Diesel wilde een motor bouwen die werkte volgens het theoretisch meest efficiënte principe: een motor waarin lucht eerst sterk werd samengeperst, waardoor de temperatuur zo hoog opliep dat ingespoten brandstof vanzelf zou ontbranden.

In 1892 vroeg Diesel patent aan op zijn idee voor een "rationele warmtemotor". Zijn theorie was gebaseerd op de zogenaamde dieselcyclus, waarbij alleen lucht wordt aangezogen en vervolgens sterk wordt gecomprimeerd. Aan het einde van de compressieslag wordt brandstof in de hete lucht gespoten, waarna deze spontaan ontbrandt. De uitzettende verbrandingsgassen leveren vervolgens de arbeidsslag.

Het eerste prototype werd gebouwd in samenwerking met de machinefabriek Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg (later bekend als MAN) en werd in 1897 succesvol getest. De motor haalde een rendement dat aanzienlijk hoger lag dan dat van bestaande motoren. Daarmee bewees Diesel dat zijn theoretische concept in de praktijk werkte.

Een belangrijk verschil met de benzinemotor van Karl Benz en de snelle motoren van Daimler en Maybach was de manier van ontbranding. Benzinemotoren gebruiken een mengsel van brandstof en lucht dat wordt ontstoken door een vonk. De dieselmotor gebruikt alleen samengeperste lucht en laat de brandstof op het juiste moment inspuiten. Hierdoor kon een veel hogere compressieverhouding worden gebruikt en werd minder energie verspild.

Hoewel de eerste dieselmotoren groot, zwaar en vooral geschikt waren voor industrie en scheepvaart, werd het principe later aangepast voor vrachtwagens, personenauto's en vele andere toepassingen. De mogelijkheid om goedkopere en zwaardere brandstoffen te gebruiken maakte de dieselmotor bijzonder aantrekkelijk voor commercieel vervoer.

De ontwikkeling van Diesel bouwde voort op bijna een eeuw experimenten met verbrandingsmotoren. De vroege ideeën van uitvinders zoals Robert Street, Isaac de Rivaz en Jean Joseph Étienne Lenoir hadden aangetoond dat verbranding mechanische kracht kon leveren. Beau de Rochas en Otto legden de theoretische basis voor efficiënte cycli, terwijl Benz en Daimler de benzineauto mogelijk maakten. Diesel voegde daar een nieuw principe aan toe: maximale efficiëntie door compressieontsteking.

Rudolf Diesel verdween op tragische wijze in 1913 tijdens een overtocht met het schip SS Dresden van Antwerpen naar Londen. Hij werd vermoedelijk overboord geslagen en zijn lichaam werd nooit officieel teruggevonden. Zijn uitvinding leefde echter voort en de dieselmotor werd een van de belangrijkste krachtbronnen van de twintigste eeuw.

Met zijn dieselmotor leverde Rudolf Diesel een van de laatste grote stappen in de ontwikkeling van de klassieke verbrandingsmotor. Waar eerdere uitvinders vooral zochten naar een werkend principe, verbeterde Diesel het rendement en maakte hij van de verbrandingsmotor een uiterst efficiënte en veelzijdige krachtbron.