Stempelmotorens historie

Hvis ikke for stempelmotor, ville flertallet af voksne i det moderne samfund have svært ved at komme til, hvor de har brug for på dagligdagen. Enhver, der kører eller kører i et konventionelt motorkøretøj, er modtageren af ​​en sådan motor (elbiler har ikke stempler, i stedet for at blive drevet udelukkende af motorer.)

Også kendt som en frem- og tilbagegående motor, det vigtigste kendetegn for disse motorer, at de oversætter tryk til rotationsbevægelse. Denne rotationsbevægelse - med andre ord, bevægelse omkring en fysisk eller konceptuel akse - kan omdannes til translationel og andre former for bevægelse med lethed, som med dækkene på din bil, der ruller dig og resten af ​​køretøjet ophængt over dem ned ad vej.

Der findes forskellige typer stempelmotorer, hvoraf den mest kendte netop blev beskrevet - forbrændingsmotor, som inkluderer gasdrevne automotorer og andre undertyper. Blandt de andre sorter af stempelmotorer er ekstern forbrændingsmotor og Stirling-motor.

Du lærer blandt andet, at atomkraftværker har mere til fælles med Old West-lokomotiver, end du måske tror, ​​og i generelt få en forståelse for, hvordan behov og menneskelig opfindsomhed endnu en gang har kombineret for at producere noget bemærkelsesværdigt og transformerende.

Af en eller anden grund synes stempler at få mere opmærksomhed fra hverdagens folk, så det er det, der gør dem funktionelle, hvilket er det cylindriske kammer, der huser dem. Uanset berygtelse er stempel-og-cylinderen kernen i den enkelte enhed, der uden tvivl har ændret verden mere end nogen enkelt maskine, og det er forbrændingsmotoren.

Et stempel er i sig selv en cylinder med et lukket eller solidt hoved, der bevæger sig frem og tilbage inden for et større cylindrisk tilfælde, hvilket er cylinderen på navnet er baseret. Stemplet kan bevæge sig mod væsketryk eller bevæges af væsketryk. I en dampmaskine er stemplet lukket i begge ender; en stang passerer gennem midten, men leddet er tæt forseglet. I en benzinmotor er den åben i den ene ende for at muliggøre svingning (frem og tilbage bevægelse) af andre bevægelige dele i motoren.

Bevægelserne af en stempelmotor er tæt koordineret og orkestreret. En motor kan bestå af et enkelt stempel, selvom dette er usædvanligt. Forskellige konfigurationer inklusive flere stempel-og-cylinder-kombinationer er mulige, herunder rækker, "vee" -former og "zig-zag" -kombinationer af disse.

Antallet af individuelle stempler til side, alle disse motorer opfører sig på samme generelle måde, uanset hvor meget strøm de kan generere, eller hvilket brændstof der tjener kilden til tryk inden for cylinder.

Den klassiske firetaktscyklus af en gensidig motor har fire trin eller processer:

Indtag: I det første trin i firetaktscyklussen tvinges et brændstof af en slags ind i cylinderen gennem en indsugningsport øverst, hvilket skubber stemplet til bunden af ​​cylinderen.

Kompression: Stemplet skubbes derefter tilbage til toppen, som komprimerer brændstoffet og antænder det via et tændrør i de fleste motorer. I dieselmotorer er tilstrækkelig komprimering af brændstoffet nok til at antænde det (løst set i fysik stiger trykket og temperaturen sammen.)

Tænding: Tændingen af ​​brændstoffet skubber stemplet nedad igen og derved genereres nyttigt arbejde (en mængde i fysik, der ligner brugbar energi) til motoren. Dette "slagtilfælde" er alternativt kendt som forbrænding eller strøm trin.

Udstødning: Affaldskemikalierne fra forbrændingen af ​​brændstoffet udsendes gennem en udstødningsport, og cyklussen gentages. På trods af den tilsyneladende grundige karakter af de fire slag gentager cyklussen effektivt tusinder af gange i minuttet i standardbiler - ca. 50 til 100 gange pr. sekund.

• Du forstår måske fuldt ud for første gang på dette tidspunkt, hvorfor din motor strengt kræver et smøremiddel eller motorolie; selv i en perfekt afstemt top-end-motor, er det en masse uundgåelig friktion, der skal adresseres og spredes på en eller anden måde.

Ovenstående beskriver den verden, du bor i, hvor biler er praktisk talt universelle. Det var selvfølgelig ikke altid sådan, selv i relativt nyere menneskers historie.

Den franske militæringeniør Nicolas-Joseph Cugnot stod bag et af de første forsøg på at få en væske af en slags til at køre et stempel inde i en cylinder med det formål at drive et køretøj. (EN væske er en gas eller en væske, såsom damp eller vand, hvor førstnævnte er gasform af sidstnævnte.) I 1769 byggede Cugnot en klodset trehjulet "damp vogn ", der var beregnet til at bære kanoner og kunne klare omkring 3 miles i timen (5 kilometer i timen), men havde en tendens til at gå ud af kontrol og krak.

I midten af ​​det 19. århundrede var dampkraft så udbredt, at de ledsagende teknologiske gevinster tillod store forbedringer. Damplokomotivet er et godt eksempel på en (nu forældet) ekstern forbrændingsmotor: Ekstern fordi kul, der blev antændt og brændt uden for motoren (i en ovn) blev brugt til at koge store mængder vand og generere damp, som derefter blev pumpet ind i cylindrene inde i motoren.

I 1826, den amerikanske Samuel Morley sikrede det første patent på en slags motor, der placerede tændingen af ​​brændstoffet og udvidelsen af ​​cylinderen på grund af det resulterende trykforøgelse på det samme fysiske sted. Først i 1858 producerede Morley imidlertid en trehjulet vogn udstyret med en forbrændingsmotor, der kørte på "kulgas" og lavede en rejse på 50 miles.

Et vigtigt fremskridt i konstruktionen af ​​forbrændingsmotorer var evnen til at komprimere gassen, før den antændes, hvilket gør det lettere for brændstoffet at gennemgå forbrænding; trykket og temperaturen på en gas har tendens til at stige under ét, mens reduktion af en gas (dvs. komprimering af gas) øger dens tryk.

Så snart forbrændingsmotoren begyndte at nærme sig en fjernt kompakt størrelse, begyndte ingeniører og drømmere straks at drømme om, hvordan man bruger dem til at drive de første flyvende maskiner.

I 1880'erne eksperimenterede dristige opfindere med, om ikke flyvende maskiner, "hoppemaskiner", der brugte damp- eller gasdrevet stempel motorer, hvoraf nogle når op til 150 fod, men mange andre bliver ødelagt i kampen for at fremme menneskelig observationshorisont og rejse grænser.

Det Wright brødre, Orville og Wilbur, er berømte i dag, men de var faktisk noget sene deltagere i slutningen af ​​1800-tallet version af "rumløb", der ville udfolde sig over et halvt århundrede senere mellem USA og Sovjet Union. I 1899 udførte de deres due diligence og eksperimenterede meget med glidemaskiner, før de forsøgte at udstyre dem med motorer og derved lære mere om den underliggende aerodynamik.

Siden Wright-brødrenes første triumferende flyvning i 1903 i Kitty Hawk, North Carolina, er forbrændingsmotoren kommet langt. Mens jetmotorer bruges i dag i store kommercielle og andre kraftige fly, de fleste mindre og private fly er stadig bygget ved hjælp af propeller og forbrændingsmotorer.

• Du kan ofte se stempelmotorer til fly kaldet varmemotorer, men al forbrænding motorer er varmemotorer, hvor forbrændingsmotorer er den anden primære varmekategori motorer.