Ιστορία της μηχανής εμβόλων

Εάν όχι για το κινητήρας εμβόλου, η πλειονότητα των ενηλίκων στη σύγχρονη κοινωνία θα δυσκολευόταν να φτάσει εκεί που πρέπει να βρίσκονται σε καθημερινή βάση. Όποιος οδηγεί ή οδηγεί με συμβατικό μηχανοκίνητο όχημα είναι ο δικαιούχος ενός τέτοιου κινητήρα (τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα δεν έχουν έμβολα, αντί να τροφοδοτούνται αποκλειστικά από κινητήρες.)

Επίσης γνωστό ως παλινδρομικός κινητήρας, το κύριο χαρακτηριστικό αυτών των κινητήρων που μεταφράζουν την πίεση σε περιστροφική κίνηση. Αυτή η περιστροφική κίνηση - με άλλα λόγια, κίνηση για έναν φυσικό ή εννοιολογικό άξονα - μπορεί να μετατραπεί σε μεταφραστική και άλλες μορφές κίνησης με ευκολία, όπως με τα ελαστικά του αυτοκινήτου σας που κυλούν και το υπόλοιπο όχημα που κρέμεται πάνω τους κάτω από το δρόμος.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι κινητήρων εμβόλων, οι πιο γνωστοί από τους οποίους μόλις περιγράφηκαν - το μηχανή εσωτερικής καύσης, που περιλαμβάνει κινητήρες αυτόματου αερίου και άλλους υπότυπους. Μεταξύ των άλλων ποικιλιών κινητήρα εμβόλων είναι οι κινητήρας εξωτερικής καύσης και το Μηχανή στροβιλισμού.

Θα μάθετε, μεταξύ άλλων, ότι οι πυρηνικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής έχουν περισσότερα κοινά με τις μηχανές Old West από ό, τι νομίζετε, και γενικά κερδίστε μια εκτίμηση για το πώς η ανάγκη και η ανθρώπινη εφευρετικότητα έχουν συνδυαστεί και πάλι για να παράγουν κάτι αξιοσημείωτο και μεταμορφωμένο.

Για οποιονδήποτε λόγο, τα έμβολα φαίνεται να λαμβάνουν περισσότερη προσοχή από τους καθημερινούς ανθρώπους από το ίδιο το πράγμα που τα καθιστά λειτουργικά, που είναι ο κυλινδρικός θάλαμος που τους στεγάζει. Ανεξάρτητα από τη φήμη, το έμβολο και ο κύλινδρος βρίσκονται στην καρδιά της ενιαίας συσκευής που έχει αναμφισβήτητα αλλάξει τον κόσμο περισσότερο από οποιαδήποτε μηχανή, και αυτός είναι ο κινητήρας εσωτερικής καύσης.

Ένα έμβολο είναι ο ίδιος ένας κύλινδρος με μια κλειστή ή συμπαγή κεφαλή που κινείται εμπρός και πίσω μέσα σε μια μεγαλύτερη κυλινδρική θήκη, η οποία βασίζεται στον κύλινδρο στο όνομα. Το έμβολο μπορεί να κινηθεί κατά πίεση υγρού ή μετακίνηση με πίεση ρευστού. Σε ατμομηχανή, το έμβολο είναι κλειστό και στα δύο άκρα. μια ράβδος διέρχεται από το κέντρο, αλλά ο σύνδεσμος σφραγίζεται καλά. Σε έναν βενζινοκινητήρα, είναι ανοιχτό στο ένα άκρο για να επιτρέπει την ταλάντωση (εμπρός και πίσω κίνηση) άλλων κινούμενων μερών εντός του κινητήρα.

Οι κινήσεις ενός εμβόλου κινητήρα συντονίζονται στενά και ενορχηστρώνονται. Ένας κινητήρας μπορεί να αποτελείται από ένα μόνο έμβολο, αν και αυτό είναι ασυνήθιστο. Είναι δυνατές διάφορες διαμορφώσεις, συμπεριλαμβανομένων πολλαπλών συνδυασμών εμβόλου και κυλίνδρων, όπως σειρές, σχήματα "vee" και συνδυασμοί "ζιγκ-ζαγκ".

Ο αριθμός των μεμονωμένων εμβόλων, όλοι αυτοί οι κινητήρες συμπεριφέρονται με τον ίδιο γενικό τρόπο, ανεξάρτητα από το πόση δύναμη μπορούν να παράγουν ή ποιο καύσιμο εξυπηρετεί την πηγή πίεσης εντός του κύλινδρος.

Το κλασσικό τετράχρονος κύκλος ενός αμοιβαίου κινητήρα διαθέτει τέσσερα βήματα ή διαδικασίες:

Εισαγωγή: Στο πρώτο βήμα του τετράχρονου κύκλου, ένα καύσιμο κάποιου είδους ωθείται μέσα στον κύλινδρο μέσω μιας θύρας εισαγωγής στην κορυφή, η οποία ωθεί το έμβολο στο κάτω μέρος του κυλίνδρου.

Συμπίεση: Στη συνέχεια, το έμβολο ωθείται πίσω στην κορυφή, το οποίο συμπιέζει το καύσιμο και το ανάβει μέσω ενός μπουζί στους περισσότερους κινητήρες. Στους κινητήρες ντίζελ, η επαρκής συμπίεση του καυσίμου αρκεί για να την ανάψει (χαλαρά μιλώντας, στη φυσική, η πίεση και η θερμοκρασία αυξάνονται μαζί.)

Ανάφλεξη: Η ανάφλεξη του καυσίμου ωθεί το έμβολο για άλλη μια φορά προς τα κάτω, δημιουργώντας έτσι χρήσιμο εργασία (μια ποσότητα στη φυσική που μοιάζει με χρησιμοποιήσιμη ενέργεια) με τον κινητήρα. Αυτό το «εγκεφαλικό επεισόδιο» είναι εναλλακτικά γνωστό ως καύση ή εξουσία βήμα.

Εξάτμιση: Τα απόβλητα χημικά από την καύση του καυσίμου εκπέμπονται μέσω μιας θύρας εξάτμισης και ο κύκλος επαναλαμβάνεται. Παρά τον φαινομενικά εμπεριστατωμένο χαρακτήρα των τεσσάρων διαδρομών, ο κύκλος επαναλαμβάνει αποτελεσματικά χιλιάδες φορές το λεπτό σε στάνταρ αυτοκίνητα - περίπου 50 έως 100 φορές ανά δευτερόλεπτο.

• Μπορεί να εκτιμάτε πλήρως για πρώτη φορά σε αυτό το σημείο γιατί ο κινητήρας σας απαιτεί αυστηρά λιπαντικό ή λάδι κινητήρα. Ακόμα και σε έναν τέλεια συντονισμένο κινητήρα κορυφαίας τεχνολογίας, αυτή είναι μια πολύ αναπόφευκτη τριβή που πρέπει να αντιμετωπιστεί και να διαλυθεί κάπως.

Τα προηγούμενα περιγράφουν τον κόσμο στον οποίο ζείτε, όπου τα αυτοκίνητα είναι σχεδόν καθολικά. Φυσικά, δεν ήταν πάντα έτσι, ακόμη και στη σχετικά πρόσφατη ανθρώπινη ιστορία.

Ο Γάλλος στρατιωτικός μηχανικός Νικόλαος-Τζόζεφ Κούγκνοτ βρισκόταν πίσω από μία από τις πρώτες προσπάθειες να πάρει κάποιο υγρό για να οδηγήσει ένα έμβολο μέσα σε έναν κύλινδρο με σκοπό την τροφοδοσία ενός οχήματος. (ΕΝΑ υγρό είναι αέριο ή υγρό, όπως ατμός ή νερό, το πρώτο είναι η αέρια μορφή του τελευταίου.) Το 1769, ο Cugnot δημιούργησε έναν αδέξια τρίτροχο "ατμό" βαγόνι "που προοριζόταν να μεταφέρει κανόνια και μπορούσε να διαχειριστεί περίπου 3 μίλια την ώρα (5 χιλιόμετρα την ώρα) αλλά είχε την τάση να βγει εκτός ελέγχου και σύγκρουση.

Μέχρι τα μέσα του 19ου αιώνα, η ατμοηλεκτρική ενέργεια ήταν σε τόσο διαδεδομένη χρήση που τα συνοδευτικά τεχνολογικά κέρδη επέτρεψαν τεράστιες βελτιώσεις. Η ατμοκίνητη αμαξοστοιχία είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα ενός (τώρα ξεπερασμένου) κινητήρα εξωτερικής καύσης: Εξωτερικός γιατί ο άνθρακας αναφλέχθηκε και κάηκε εξω απο ο κινητήρας (σε κλίβανο) χρησιμοποιήθηκε για να βράσει μεγάλες ποσότητες νερού, δημιουργώντας ατμό που στη συνέχεια αντλήθηκε στους κυλίνδρους μέσα στον κινητήρα.

Το 1826, ο Αμερικανός Σάμουελ Μόρλι εξασφάλισε το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για ένα είδος κινητήρα που έβαλε την ανάφλεξη του καυσίμου και την επέκταση του κυλίνδρου λόγω της προκύπτουσας αύξησης πίεσης στον ίδιο φυσικό τόπο. Όμως μέχρι το 1858, ο Morley παρήγαγε ένα τρίτροχο βαγόνι εφοδιασμένο με κινητήρα εσωτερικής καύσης που έτρεχε με "άνθρακα άνθρακα" και έκανε ένα ταξίδι 50 μιλίων.

Μια βασική πρόοδος στην κατασκευή κινητήρων εσωτερικής καύσης ήταν η ικανότητα συμπίεσης του αερίου πριν την ανάφλεξή του, καθιστώντας ευκολότερο το καύσιμο να υποστεί καύση. η πίεση και η θερμοκρασία ενός αερίου τείνουν να αυξάνονται σε συνδυασμό, ενώ η μείωση του όγκου ενός αερίου (δηλαδή, η συμπίεση του) αυξάνει την πίεση του.

Μόλις ο κινητήρας εσωτερικής καύσης άρχισε να πλησιάζει ένα απομακρυσμένο μικρό μέγεθος, οι μηχανικοί και οι ονειροπόλοι άρχισαν αμέσως να ονειρεύονται πώς να τα χρησιμοποιήσουν για να τροφοδοτήσουν τα πρώτα μηχανήματα που φέρουν.

Μέχρι τη δεκαετία του 1880, οι τολμηροί εφευρέτες πειραματίζονταν, αν όχι πετώντας μηχανήματα, "μηχανήματα αναπήδησης" που χρησιμοποιούσαν πιστόλι ατμού ή αερίου κινητήρες, μερικοί το έχουν φτάσει στα 150 πόδια, αλλά πολλοί άλλοι καταστράφηκαν στον αγώνα για την προώθηση των ανθρώπινων οριζόντων παρατήρησης και του ταξιδιού σύνορα.

ο Ράιτ αδέλφια, Orville και Wilbur, είναι διάσημοι σήμερα, αλλά στην πραγματικότητα ήταν κάπως καθυστερημένοι νεοεισερχόμενοι στα τέλη του 1800 εκδοχή του «διαστημικού αγώνα» που θα ξεδιπλώνεται πάνω από μισό αιώνα αργότερα μεταξύ των Ηνωμένων Πολιτειών και του Σοβιετικού Ενωση. Το 1899, έκαναν τη δέουσα επιμέλεια και πειραματίστηκαν πολύ με τις μηχανές ολίσθησης πριν προσπαθήσουν να τους εξοπλίσουν με κινητήρες, μαθαίνοντας έτσι περισσότερα για την υποκείμενη αεροδυναμική.

Από την πρώτη θριαμβευτική πτήση των αδελφών Wright το 1903 στο Kitty Hawk της Βόρειας Καρολίνας, ο κινητήρας καύσης έχει διανύσει πολύ δρόμο. Ενώ μηχανές αεροσκάφους χρησιμοποιούνται σήμερα σε μεγάλα εμπορικά και άλλα αεροσκάφη υψηλής ισχύος, τα περισσότερα μικρότερα και ιδιωτικά αεροπλάνα κατασκευάζονται ακόμα με έλικες και κινητήρες εσωτερικής καύσης.

• Μπορεί να βλέπετε συχνά παλινδρομικούς κινητήρες για αεροσκάφη που ονομάζονται θερμικοί κινητήρες, αλλά όλη η εσωτερική καύση Οι κινητήρες είναι κινητήρες θερμότητας, με τους κινητήρες εξωτερικής καύσης να είναι η άλλη κύρια κατηγορία θερμότητας κινητήρες.