تاريخ محرك المكبس

إن لم يكن ل محرك المكبس، فإن غالبية البالغين في المجتمع الحديث سيواجهون صعوبة في الوصول إلى حيث يحتاجون إلى أن يكونوا على أساس يومي. أي شخص يقود سيارة تقليدية أو يركبها هو المستفيد من مثل هذا المحرك (لا تحتوي السيارات الكهربائية على مكابس ، وبدلاً من ذلك يتم تشغيلها فقط بواسطة المحركات.)

يُعرف أيضًا باسم a المحرك الترددية، السمة المميزة الرئيسية لهذه المحركات يترجمون الضغط إلى حركة دورانية. هذه الحركة الدورانية - بعبارة أخرى ، الحركة حول محور مادي أو مفاهيمي - يمكن تحويلها إلى متعدية و أشكال أخرى من الحركة بكل سهولة ، كما هو الحال مع إطارات سيارتك التي تدحرجك وبقية السيارة المعلقة فوقها لأسفل طريق.

توجد أنواع مختلفة من المحركات المكبسية ، وأكثرها شيوعًا تم وصفه للتو - محرك الاحتراق الداخلي، والتي تشمل محركات السيارات التي تعمل بالغاز وأنواع فرعية أخرى. من بين أنواع محركات المكبس الأخرى محرك الاحتراق الخارجي و ال محرك ستيرلينغ.

ستتعلم ، من بين أشياء أخرى ، أن محطات الطاقة النووية تشترك مع قاطرات الغرب القديم أكثر مما تعتقد ، وفي اكتساب تقدير عام لكيفية تضافر الحاجة والبراعة البشرية مرة أخرى لإنتاج شيء رائع ومتحول.

لأي سبب من الأسباب ، يبدو أن المكابس تحظى باهتمام أكبر من الأشخاص العاديين ثم الشيء الذي يجعلها عملية ، وهو الغرفة الأسطوانية التي تضمها. بغض النظر عن السمعة السيئة ، فإن المكبس والأسطوانة هما في قلب الجهاز الفردي الذي غيّر العالم أكثر من أي آلة واحدة ، وهو محرك الاحتراق الداخلي.

المكبس نفسه عبارة عن أسطوانة ذات رأس مغلق أو صلب يتحرك ذهابًا وإيابًا داخل علبة أسطوانية أكبر ، وهي الأسطوانة التي تستند إلى الاسم. قد يتحرك المكبس ضد ضغط السوائل أو يتحرك بضغط السائل. في المحرك البخاري ، يتم إغلاق المكبس من كلا الطرفين ؛ يمر قضيب من المركز ، لكن المفصل مغلق بإحكام. في محرك البنزين ، يكون مفتوحًا من أحد طرفيه للسماح بالتأرجح (الحركة ذهابًا وإيابًا) للأجزاء المتحركة الأخرى داخل المحرك.

يتم تنسيق وتنسيق حركات محرك المكبس بإحكام. يمكن أن يتكون المحرك من مكبس واحد ، على الرغم من أن هذا غير شائع. من الممكن إجراء تكوينات مختلفة بما في ذلك مجموعات متعددة من المكبس والأسطوانة ، بما في ذلك الصفوف ، وأشكال "vee" ، ومجموعات "zig-zag".

بغض النظر عن عدد المكابس الفردية ، كل هذه المحركات تعمل بنفس الطريقة العامة ، بغض النظر عن مقدار الطاقة التي يمكنهم توليدها أو الوقود الذي يخدم مصدر الضغط داخل اسطوانة.

الكلاسيكية دورة رباعية الأشواط محرك متبادل يتميز بأربع خطوات أو عمليات:

المدخول: في الخطوة الأولى من دورة رباعية الأشواط ، يتم دفع وقود من نوع ما إلى داخل الأسطوانة من خلال منفذ سحب في الأعلى ، مما يدفع المكبس إلى أسفل الأسطوانة.

ضغط: ثم يتم دفع المكبس مرة أخرى إلى الأعلى ، مما يؤدي إلى ضغط الوقود وإشعاله عبر شمعة الإشعال في معظم المحركات. في محركات الديزل ، يكفي ضغط الوقود لإشعاله (على نحو فضفاض ، في الفيزياء ، يرتفع الضغط ودرجة الحرارة معًا.)

اشتعال: يؤدي اشتعال الوقود إلى دفع المكبس إلى الأسفل مرة أخرى ، وبالتالي توليد فائدة الشغل (كمية في الفيزياء شبيهة بالطاقة القابلة للاستخدام) للمحرك. تُعرف هذه "السكتة الدماغية" بدلاً من ذلك باسم الإحتراق أو قوة خطوة.

العادم: تنبعث النفايات الكيميائية الناتجة عن احتراق الوقود من خلال منفذ العادم ، وتتكرر الدورة. على الرغم من الطبيعة التي تبدو شاملة للضربات الأربع ، فإن الدورة تتكرر بكفاءة آلاف المرات في الدقيقة في السيارات القياسية - حوالي 50 إلى 100 مرة في الثانية.

• قد تكون مدركًا تمامًا لأول مرة في هذه المرحلة لماذا يحتاج محركك بشكل صارم إلى مادة تشحيم أو زيت محرك ؛ حتى في محرك متطور مضبوط بشكل مثالي ، هناك الكثير من الاحتكاك الحتمي الذي يجب معالجته وتبديده بطريقة ما.

ما سبق يصف العالم الذي تعيش فيه ، حيث السيارات عالمية تقريبًا. لم يكن الأمر كذلك دائمًا ، بالطبع ، حتى في التاريخ البشري الحديث نسبيًا.

المهندس العسكري الفرنسي نيكولاس جوزيف كوجنوت كانت وراء إحدى المحاولات الأولى للحصول على سائل من نوع ما لقيادة مكبس داخل أسطوانة لغرض تشغيل السيارة. (أ سائل عبارة عن غاز أو سائل ، مثل البخار أو الماء ، ويكون الأول هو الشكل الغازي للأخير.) في عام 1769 ، قام Cugnot ببناء بخار أخرق بثلاث عجلات عربة "كان من المفترض أن تحمل المدافع ويمكنها إدارة حوالي 3 أميال في الساعة (5 كيلومترات في الساعة) ولكن تميل إلى الخروج عن نطاق السيطرة يصطدم.

بحلول منتصف القرن التاسع عشر ، كانت الطاقة البخارية منتشرة على نطاق واسع لدرجة أن المكاسب التكنولوجية المصاحبة سمحت بإدخال تحسينات كبيرة. القطار البخاري هو مثال رائع لمحرك احتراق خارجي (عفا عليه الزمن الآن): خارجي لأن الفحم الذي تم إشعاله وحرقه في الخارج تم استخدام المحرك (في الفرن) لغلي كميات كبيرة من الماء ، وتوليد البخار الذي تم بعد ذلك ضخه في الأسطوانات الموجودة داخل المحرك.

في عام 1826 ، الأمريكية صموئيل مورلي حصل على أول براءة اختراع لنوع المحرك الذي وضع اشتعال الوقود وتمدد الأسطوانة بسبب زيادة الضغط الناتجة في نفس المكان المادي. ومع ذلك ، لم ينتج مورلي حتى عام 1858 عربة ذات ثلاث عجلات مزودة بمحرك احتراق داخلي يعمل على "غاز الفحم" وقام برحلة لمسافة 50 ميلاً.

كان التقدم الرئيسي في بناء محركات الاحتراق الداخلي هو القدرة على ضغط الغاز قبل إشعاله ، مما يسهل عملية الاحتراق للوقود ؛ يميل ضغط ودرجة حرارة الغاز إلى الارتفاع بالتزامن ، بينما يؤدي تقليل حجم الغاز (أي ضغطه) إلى زيادة ضغطه.

بمجرد أن بدأ محرك الاحتراق الداخلي في الاقتراب من الحجم الصغير عن بعد ، بدأ المهندسون والحالمون على الفور في الحلم بكيفية استخدامها لتشغيل أول آلات الطيران.

بحلول ثمانينيات القرن التاسع عشر ، كان المخترعون الجريئون يجربون ، إن لم يكن آلات الطيران ، "آلات القفز" التي تستخدم مكبسًا يعمل بالبخار أو الغاز محركات ، بعضها يصل إلى 150 قدمًا ، لكن تم تدمير العديد من الآخرين في النضال من أجل تعزيز آفاق المراقبة البشرية والسفر الحدود.

ال الاخوان رايت، Orville و Wilbur ، مشهورون اليوم ، لكنهم كانوا في الواقع من الداخلين متأخرًا إلى حد ما في أواخر القرن التاسع عشر نسخة من "سباق الفضاء" الذي سينكشف بعد أكثر من نصف قرن بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي اتحاد. في عام 1899 ، بذلوا العناية الواجبة وجربوا قدرًا كبيرًا من الآلات الشراعية قبل محاولة تزويدهم بالمحركات ، وبالتالي تعلموا المزيد عن الديناميكا الهوائية الأساسية.

منذ أول رحلة مظفرة للأخوين رايت في عام 1903 في كيتي هوك بولاية نورث كارولينا ، قطع محرك الاحتراق شوطًا طويلاً. في حين المحركات النفاثة تُستخدم اليوم في الطائرات التجارية الكبيرة والطائرات الأخرى ذات القدرة العالية ، ولا تزال معظم الطائرات الصغيرة والخاصة تُصنع باستخدام المراوح ومحركات الاحتراق الداخلي.

• قد ترى في كثير من الأحيان محركات ترددية للطائرات تسمى المحركات الحرارية ، ولكن كل الاحتراق الداخلي المحركات هي محركات حرارية ، مع كون محركات الاحتراق الخارجي هي الفئة الأساسية الأخرى للحرارة المحركات.