Ako ne za klipni motor, većini odraslih u modernom društvu bilo bi teško svakodnevno doći tamo gdje trebaju biti. Svatko tko se vozi ili vozi u konvencionalnom motornom vozilu korisnik je takvog motora (električni automobili nemaju klipove, već ih napaja isključivo motori.)
Također poznat kao a naizmjenična mašina, glavno obilježje ovih motora koji prevode pritisak u rotacijsko gibanje. To rotacijsko gibanje - drugim riječima, kretanje oko fizičke ili konceptualne osi - može se pretvoriti u translacijsko i drugi oblici kretanja s lakoćom, kao što su gume vašeg automobila koje vas kotrljaju i ostatak vozila ovješen iznad njih niz ceste.
Postoje razne vrste klipnih motora, od kojih je najpoznatiji upravo opisani - motor s unutarnjim izgaranjem, koji uključuje automobilske motore na plin i druge podvrste. Među ostalim sortama klipnih motora su i motor s vanjskim izgaranjem i Stirlingov motor.
Između ostalog, naučit ćete da nuklearne elektrane imaju više zajedničkog sa lokomotivama Old West nego što biste mogli pomisliti, a u općenito steknite uvid u to kako su se potreba i ljudska domišljatost opet spojili i stvorili nešto izvanredno i preobražavajuće.
Sklop klipa i cilindra
Iz bilo kojeg razloga, čini se da klipovi privlače više pozornosti svakodnevice, nego upravo ona stvar koja ih čini funkcionalnima, a to je cilindrična komora u kojoj se nalaze. Bez obzira na ozloglašenost, klip i cilindar su u središtu jedinstvenog uređaja koji je vjerojatno promijenio svijet više od bilo kojeg pojedinog stroja, a to je motor s unutarnjim izgaranjem.
Klip je sam po sebi cilindar sa zatvorenom ili čvrstom glavom koji se kreće naprijed-natrag unutar većeg cilindričnog kućišta, na kojem je i cilindar. Klip se može pomicati protiv tlaka tekućine ili se pomiče pritiskom tekućine. U parnom stroju klip je na oba kraja zatvoren; šipka prolazi kroz središte, ali spoj je čvrsto zapečaćen. U benzinskom je motoru na jednom kraju otvoren kako bi se omogućilo osciliranje (pomicanje naprijed-natrag) ostalih pokretnih dijelova unutar motora.
Kako radi klipni motor
Pokreti klipnog motora usko su koordinirani i orkestrirani. Motor se može sastojati od jednog klipa, iako je to neobično. Moguće su razne konfiguracije, uključujući više kombinacija klipa i cilindra, uključujući redove, "vee" oblike i "cik-cak" kombinacije.
Broj pojedinačnih klipova sa strane, svi se ovi motori ponašaju na isti općenit način, neovisno o tome koliko energije mogu stvoriti ili koje gorivo služi izvoru tlaka unutar cilindar.
Klasični četverotaktni ciklus recipročnog motora sadrži četiri koraka ili procesa:
Unos: U prvom koraku četverotaktnog ciklusa u cilindar se kroz usisni otvor na vrhu utiskuje gorivo koje potiskuje klip na dno cilindra.
Kompresija: Zatim se klip gura natrag prema vrhu, što komprimira gorivo i pali ga putem svjećice u većini motora. U dizelskim motorima dovoljno je komprimirati gorivo da ga zapali (labavo govoreći, u fizici se tlak i temperatura povećavaju zajedno.)
Paljenje: Paljenje goriva još jednom gura klip prema dolje, stvarajući tako korisno raditi (količina u fizici slična uporabljivoj energiji) motora. Ovaj "moždani udar" alternativno je poznat kao izgaranje ili vlast korak.
Ispušni: Otpadne kemikalije izgaranjem goriva emitiraju se kroz ispušni otvor i ciklus se ponavlja. Unatoč naizgled temeljitoj naravi četiriju poteza, ciklus se u standardnim automobilima učinkovito ponavlja tisuće puta u minuti - oko 50 do 100 puta po sekundi.
- Možda u ovom trenutku prvi put u potpunosti shvaćate zašto vaš motor strogo zahtijeva mazivo ili motorno ulje; čak i u savršeno podešenom vrhunskom motoru, to je puno neizbježnih trvenja koja se moraju nekako riješiti i raspršiti.
Klipni motor s vanjskim izgaranjem
Prethodno opisuje svijet u kojem živite, gdje su automobili gotovo univerzalni. Nije uvijek bilo tako, naravno, čak ni u relativno novijoj ljudskoj povijesti.
Francuski vojni inženjer Nicolas-Joseph Cugnot bio je iza jednog od prvih pokušaja da se neka vrsta tekućine zabije u klip unutar cilindra u svrhu napajanja vozila. (A tekućina je plin ili tekućina, poput pare ili vode, pri čemu je prva plinoviti oblik druge.) Cugnot je 1769. izgradio nespretnu "paru na tri kotača vagon "koji je trebao nositi topove i mogao je upravljati oko 3 milje na sat (5 kilometara na sat), ali je imao tendenciju da izmakne kontroli i sudar.
Do sredine 19. stoljeća snaga pare bila je u tolikoj širokoj upotrebi da su prateći tehnološki dobici omogućili velika poboljšanja. Vlak parne lokomotive sjajan je primjer (sada zastarjelog) motora s vanjskim izgaranjem: Vanjski jer je ugljen koji je bio zapaljen i izgaran izvana motor (u peći) koristio se za kuhanje velike količine vode, stvarajući paru koja se zatim pumpala u cilindre unutar motora.
Klipni motor s unutarnjim izgaranjem
1826. Amerikanac Samuel Morley osigurao prvi patent za vrstu motora koji je paljenje goriva i širenje cilindra smjestio zbog rezultirajućeg povišenja tlaka u istom fizičkom položaju. Međutim, tek 1858. godine Morley je proizveo vagon na tri kotača opremljen motorom s unutarnjim izgaranjem koji je radio na "plin od ugljena" i putovao 50 kilometara.
Ključni napredak u konstrukciji motora s unutarnjim izgaranjem bila je sposobnost komprimiranja plina prije paljenja, olakšavajući gorivu izgaranje; tlak i temperatura plina obično rastu zajedno, dok smanjenje volumena plina (odnosno komprimiranje) povećava njegov tlak.
Čim se motor s unutarnjim izgaranjem počeo približavati udaljenoj kompaktnoj veličini, inženjeri i sanjari odmah su počeli sanjati kako ih koristiti za pogon prvih letećih strojeva.
Zrakoplovni motori
Do 1880-ih, odvažni izumitelji eksperimentirali su, ako ne i sa letećim strojevima, s "skakačima" koji su koristili klip na parni ili plinski pogon motore, neki su dostigli i 150 metara, ali mnogi drugi su uništeni u borbi za unapređenje ljudskih promatračkih horizonata i putovanja granice.
The Braća Wright, Orville i Wilbur, danas su poznati, ali zapravo su bili pomalo kasni ulasci u kasne 1800-te inačica "svemirske utrke" koja će se odvijati više od pola stoljeća kasnije između Sjedinjenih Država i Sovjetskog Saveza Unija. 1899. napravili su svoju dubinsku skrb i puno eksperimentirali s kliznim strojevima prije nego što su ih pokušali opremiti motorima, čime su naučili više o temeljnoj aerodinamici.
Od prvog trijumfalnog leta braće Wright 1903. u Kitty Hawku u Sjevernoj Karolini, motor s izgaranjem daleko je napredovao. Dok avionski motori danas se koriste u velikim komercijalnim i ostalim snažnim zrakoplovima, većina manjih i privatnih zrakoplova i dalje se izrađuje pomoću propelera i motora s unutarnjim izgaranjem.
- Često možete vidjeti klipne motore za zrakoplove koji se nazivaju toplinski motori, ali sa svim unutarnjim izgaranjem motori su toplinski motori, s tim da su motori s vanjskim izgaranjem druga primarna kategorija topline motori.