Sejarah Mesin Piston

Jika bukan karena mesin piston, mayoritas orang dewasa dalam masyarakat modern akan mengalami kesulitan untuk mencapai tempat yang mereka butuhkan setiap hari. Siapa pun yang mengemudi atau mengendarai kendaraan bermotor konvensional adalah penerima manfaat dari mesin tersebut (mobil listrik tidak memiliki piston, melainkan hanya digerakkan oleh motor.)

Juga dikenal sebagai mesin reciprocating, ciri utama mesin ini yang mereka menerjemahkan tekanan menjadi gerakan rotasi rotation. Gerak rotasi ini – dengan kata lain, gerak terhadap sumbu fisis atau konseptual – dapat diubah menjadi gerak translasi dan bentuk gerakan lain dengan mudah, seperti ketika ban mobil Anda menggelinding, Anda dan kendaraan lainnya tergantung di atasnya ke bawah jalan.

Berbagai jenis mesin piston ada, yang paling familiar baru saja dijelaskan – the mesin pembakaran internal, yang mencakup mesin mobil bertenaga gas dan subtipe lainnya. Di antara varietas mesin piston lainnya adalah mesin pembakaran luar dan mesin Stirling.

Anda akan belajar, antara lain, bahwa pembangkit listrik tenaga nuklir memiliki lebih banyak kesamaan dengan lokomotif Old West daripada yang mungkin Anda pikirkan, dan dalam umum memperoleh apresiasi tentang bagaimana kebutuhan dan kecerdikan manusia sekali lagi digabungkan untuk menghasilkan sesuatu yang luar biasa dan mengubah.

Untuk alasan apa pun, piston tampaknya mendapatkan lebih banyak perhatian dari orang biasa daripada hal yang membuatnya berfungsi, yaitu ruang silinder yang menampungnya. Terlepas dari ketenaran, piston-dan-silinder adalah jantung dari perangkat tunggal yang bisa dibilang telah mengubah dunia lebih dari mesin tunggal mana pun, dan itu adalah mesin pembakaran internal.

Piston itu sendiri adalah silinder dengan kepala tertutup atau padat yang bergerak maju mundur dalam wadah silinder yang lebih besar, yang merupakan dasar dari silinder tersebut. Piston dapat bergerak melawan tekanan fluida atau digerakkan oleh tekanan fluida. Dalam mesin uap, piston ditutup di kedua ujungnya; sebuah batang melewati bagian tengah, tetapi sambungannya tertutup rapat. Dalam mesin bensin, ujungnya terbuka untuk memungkinkan osilasi (gerakan bolak-balik) dari bagian lain yang bergerak di dalam mesin.

Pergerakan mesin piston dikoordinasikan dan diatur dengan ketat. Mesin dapat terdiri dari satu piston, meskipun ini jarang terjadi. Berbagai konfigurasi termasuk beberapa kombinasi piston dan silinder dimungkinkan, termasuk baris, bentuk "vee", dan kombinasi "zig-zag".

Selain jumlah piston individu, semua mesin ini berperilaku dengan cara umum yang sama, terlepas dari berapa banyak daya yang dapat mereka hasilkan atau bahan bakar apa yang berfungsi sebagai sumber tekanan di dalam silinder.

Klasik siklus empat langkah dari mesin timbal balik memiliki empat langkah, atau proses:

Pemasukan: Pada langkah pertama dari siklus empat langkah, bahan bakar dari beberapa jenis dipaksa masuk ke dalam silinder melalui lubang masuk di bagian atas, yang mendorong piston ke bagian bawah silinder.

Kompresi: Piston kemudian didorong kembali ke atas, yang memampatkan bahan bakar dan menyalakannya melalui busi di sebagian besar mesin. Dalam mesin diesel, cukup mengompresi bahan bakar sudah cukup untuk menyalakannya (secara longgar, dalam fisika, tekanan dan suhu meningkat bersamaan.)

Pengapian: Penyalaan bahan bakar mendorong piston ke bawah sekali lagi, sehingga menghasilkan energi yang berguna kerja (jumlah dalam fisika yang mirip dengan energi yang dapat digunakan) ke mesin. "Stroke" ini juga dikenal sebagai pembakaran atau kekuasaan langkah.

Knalpot: Limbah bahan kimia dari pembakaran bahan bakar dikeluarkan melalui saluran pembuangan, dan siklus tersebut berulang. Terlepas dari sifat empat langkah yang tampaknya menyeluruh, siklus berulang secara efisien ribuan kali per menit di mobil standar – sekitar 50 hingga 100 kali per detik.

• Anda mungkin sepenuhnya menghargai untuk pertama kalinya pada titik ini mengapa mesin Anda sangat membutuhkan pelumas, atau oli motor; bahkan dalam mesin top-end yang disetel dengan sempurna, ada banyak gesekan tak terelakkan yang harus diatasi dan dihilangkan entah bagaimana.

Hal di atas menggambarkan dunia tempat Anda tinggal, di mana mobil hampir universal. Tentu saja tidak selalu seperti ini, bahkan dalam sejarah manusia yang relatif baru.

Insinyur militer Prancis Nicolas-Joseph Cugnot berada di belakang salah satu upaya pertama untuk mendapatkan sejenis cairan untuk menggerakkan piston di dalam silinder untuk tujuan memberi daya pada kendaraan. (SEBUAH cairan adalah gas atau cairan, seperti uap atau air, yang pertama adalah bentuk gas dari yang terakhir.) Pada tahun 1769, Cugnot membangun "steam" roda tiga yang canggung. gerobak" yang dimaksudkan untuk membawa meriam dan dapat melaju sekitar 3 mil per jam (5 kilometer per jam) tetapi memiliki kecenderungan untuk lepas kendali dan jatuh.

Pada pertengahan abad ke-19, tenaga uap digunakan secara luas sehingga kemajuan teknologi yang menyertainya memungkinkan perbaikan besar-besaran. Kereta lokomotif uap adalah contoh yang bagus dari mesin pembakaran luar (sekarang sudah usang): Luar karena batu bara yang dinyalakan dan dibakar di luar mesin (dalam tungku) digunakan untuk merebus air dalam jumlah besar, menghasilkan uap yang kemudian dipompa ke dalam silinder di dalam mesin.

Pada tahun 1826, Amerika Samuel Morley mengamankan paten pertama untuk jenis mesin yang menempatkan pengapian bahan bakar dan ekspansi silinder karena peningkatan tekanan yang dihasilkan di lokus fisik yang sama. Namun, baru pada tahun 1858 Morley memproduksi gerobak beroda tiga yang dilengkapi dengan mesin pembakaran dalam yang menggunakan "gas batubara" dan melakukan perjalanan sejauh 50 mil.

Kemajuan utama dalam konstruksi mesin pembakaran dalam adalah kemampuan untuk mengompresi gas sebelum dinyalakan, sehingga memudahkan bahan bakar untuk menjalani pembakaran; tekanan dan suhu gas cenderung naik secara bersamaan, sedangkan pengurangan volume gas (yaitu, mengompresinya) meningkatkan tekanannya.

Segera setelah mesin pembakaran internal mulai mendekati ukuran yang sangat kecil, para insinyur dan pemimpi segera mulai memimpikan bagaimana menggunakannya untuk menggerakkan mesin terbang pertama.

Pada tahun 1880-an, para penemu yang berani bereksperimen dengan, jika bukan mesin terbang, "mesin lompat" yang menggunakan piston bertenaga uap atau gas. mesin, beberapa membuatnya sejauh 150 kaki, tetapi banyak lainnya dihancurkan dalam perjuangan untuk memajukan cakrawala pengamatan manusia dan perjalanan perbatasan.

Itu Wright bersaudara, Orville dan Wilbur, terkenal saat ini, tetapi mereka sebenarnya adalah pendatang yang agak terlambat hingga akhir 1800-an versi "perlombaan luar angkasa" yang akan terungkap lebih dari setengah abad kemudian antara Amerika Serikat dan Soviet Persatuan. Pada tahun 1899, mereka melakukan uji tuntas dan banyak bereksperimen dengan mesin luncur sebelum mencoba melengkapinya dengan mesin, sehingga mempelajari lebih lanjut tentang aerodinamika yang mendasarinya.

Sejak penerbangan kemenangan pertama Wright bersaudara pada tahun 1903 di Kitty Hawk, North Carolina, mesin pembakaran telah berkembang pesat. Sementara mesin jet digunakan saat ini di pesawat komersial besar dan pesawat bertenaga tinggi lainnya, sebagian besar pesawat kecil dan pribadi masih dibuat menggunakan baling-baling dan mesin pembakaran internal.

• Anda mungkin sering melihat mesin reciprocating untuk pesawat yang disebut mesin panas, tetapi semua pembakaran internal mesin adalah mesin panas, dengan mesin pembakaran eksternal menjadi kategori utama panas lainnya mesin.