Storia del motore a pistoni

Se non per il motore a pistoni, la maggior parte degli adulti nella società moderna avrebbe difficoltà ad arrivare dove deve essere ogni giorno. Chiunque guidi o guidi un veicolo a motore convenzionale è il beneficiario di un tale motore (le auto elettriche non hanno pistoni, ma sono alimentate esclusivamente da motori.)

Conosciuto anche come a motore alternativo, il principale segno distintivo di questi motori che traducono la pressione in movimento rotatorio. Questo movimento rotatorio - in altre parole, movimento attorno a un asse fisico o concettuale - può essere convertito in traslazionale e altre forme di movimento con facilità, come con le gomme della tua auto che ti fanno rotolare e il resto del veicolo sospeso sopra di loro giù per il strada.

Esistono vari tipi di motori a pistoni, il più familiare dei quali è stato appena descritto: il motore a combustione interna, che include motori per auto alimentati a gas e altri sottotipi. Tra le altre varietà di motori a pistoni ci sono i motore a combustione esterna e il motore Stirling.

Imparerai, tra le altre cose, che le centrali nucleari hanno più cose in comune con le locomotive del Vecchio West di quanto tu possa pensare, e in in generale, apprezzare come il bisogno e l'ingegno umano si siano ancora una volta combinati per produrre qualcosa di straordinario e di trasformazione.

Per qualsiasi motivo, i pistoni sembrano attirare più attenzione dalla gente comune rispetto a ciò che li rende funzionali, ovvero la camera cilindrica che li ospita. Indipendentemente dalla notorietà, il pistone e il cilindro è al centro del singolo dispositivo che ha probabilmente cambiato il mondo più di ogni singola macchina, ed è il motore a combustione interna.

Un pistone è esso stesso un cilindro con una testa chiusa o solida che si muove avanti e indietro all'interno di una cassa cilindrica più grande, che è il cilindro su cui si basa il nome. Il pistone potrebbe muoversi contro pressione del fluido o essere mosso dalla pressione del fluido. In una macchina a vapore, il pistone è chiuso ad entrambe le estremità; un'asta passa attraverso il centro, ma il giunto è ermeticamente sigillato. In un motore a benzina, è aperto a un'estremità per consentire l'oscillazione (movimento avanti e indietro) di altre parti mobili all'interno del motore.

I movimenti di un motore a pistoni sono strettamente coordinati e orchestrati. Un motore può essere costituito da un singolo pistone, anche se questo non è comune. Sono possibili varie configurazioni tra cui più combinazioni pistone-cilindro, incluse file, forme a "V" e combinazioni "zig-zag" di queste.

A parte il numero dei singoli pistoni, tutti questi motori si comportano nello stesso modo generale, indipendentemente da quanta potenza possono generare o da quale carburante serve la fonte di pressione all'interno del cilindro.

Il classico ciclo a quattro tempi di un motore reciproco prevede quattro fasi, o processi:

Assunzione: Nella prima fase del ciclo a quattro tempi, un carburante di qualche tipo viene forzato nel cilindro attraverso una luce di aspirazione nella parte superiore, che spinge il pistone nella parte inferiore del cilindro.

Compressione: Il pistone viene quindi spinto indietro verso l'alto, che comprime il carburante e lo accende tramite una candela nella maggior parte dei motori. Nei motori diesel, è sufficiente comprimere sufficientemente il carburante per accenderlo (in parole povere, in fisica, la pressione e la temperatura aumentano insieme).

Accensione: L'accensione del carburante spinge nuovamente il pistone verso il basso, generando così utile lavoro (una quantità in fisica simile all'energia utilizzabile) al motore. Questo "colpo" è alternativamente noto come combustione o energia passo.

Scarico: Le sostanze chimiche di scarto della combustione del carburante vengono emesse attraverso una porta di scarico e il ciclo si ripete. Nonostante la natura apparentemente completa dei quattro tempi, il ciclo si ripete in modo efficiente migliaia di volte al minuto nelle automobili standard, da circa 50 a 100 volte al secondo.

• Potresti apprezzare appieno per la prima volta a questo punto perché il tuo motore richiede rigorosamente un lubrificante o olio per motori; anche in un motore di fascia alta perfettamente sintonizzato, c'è un sacco di inevitabile attrito che deve essere affrontato e dissipato in qualche modo.

Quanto sopra descrive il mondo in cui vivi, dove le automobili sono virtualmente universali. Non è sempre stato così, naturalmente, anche nella storia umana relativamente recente.

L'ingegnere militare francese Nicolas-Joseph Cugnot era dietro uno dei primi tentativi di ottenere un fluido di qualche tipo per guidare un pistone all'interno di un cilindro allo scopo di alimentare un veicolo. (UN fluido è un gas o un liquido, come vapore o acqua, essendo il primo la forma gassosa del secondo.) Nel 1769, Cugnot costruì un goffo "vapore" a tre ruote carro" che doveva trasportare cannoni e poteva gestire circa 3 miglia all'ora (5 chilometri all'ora) ma aveva la tendenza ad andare fuori controllo e incidente.

Entro la metà del 19° secolo, l'energia a vapore era in un uso così diffuso che i conseguenti progressi tecnologici consentirono vasti miglioramenti. Il treno della locomotiva a vapore è un ottimo esempio di motore a combustione esterna (ormai obsoleto): Esterno perché il carbone che è stato acceso e bruciato al di fuori il motore (in una fornace) veniva utilizzato per far bollire grandi quantità di acqua, generando vapore che veniva poi pompato nei cilindri all'interno del motore.

Nel 1826, l'americano Samuel Morley ottenne il primo brevetto per un tipo di motore che poneva nello stesso luogo fisico l'accensione del carburante e l'espansione del cilindro per effetto del conseguente aumento di pressione. Non fino al 1858, tuttavia, Morley produsse un carro a tre ruote dotato di un motore a combustione interna che funzionava a "gas di carbone" e fece un viaggio di 50 miglia.

Un progresso chiave nella costruzione dei motori a combustione interna è stata la capacità di comprimere il gas prima di accenderlo, rendendo più facile la combustione del carburante; la pressione e la temperatura di un gas tendono ad aumentare di concerto, mentre riducendo il volume di un gas (cioè comprimendolo) ne aumenta la pressione.

Non appena il motore a combustione interna ha iniziato ad avvicinarsi a una dimensione remotamente compatta, ingegneri e sognatori hanno subito iniziato a sognare come utilizzarli per alimentare le prime macchine volanti.

Entro il 1880, audaci inventori stavano sperimentando, se non macchine volanti, "macchine saltellanti" che utilizzavano pistoni a vapore o a gas motori, alcuni arrivano fino a 150 piedi, ma molti altri vengono distrutti nella lotta per far avanzare gli orizzonti osservativi umani e viaggiare frontiere.

Il i fratelli Wright, Orville e Wilbur, sono famosi oggi, ma in realtà erano entrati un po' tardi alla fine del 1800 versione della "corsa allo spazio" che si sarebbe svolta più di mezzo secolo dopo tra Stati Uniti e Unione Sovietica Unione. Nel 1899, fecero la loro dovuta diligenza e sperimentarono molto con le macchine plananti prima di provare a dotarle di motori, imparando così di più sull'aerodinamica sottostante.

Dal primo volo trionfale dei fratelli Wright nel 1903 a Kitty Hawk, nella Carolina del Nord, il motore a combustione ha fatto molta strada. Mentre motori jet sono utilizzati oggi in grandi aerei commerciali e altri ad alta potenza, la maggior parte degli aerei più piccoli e privati ​​sono ancora costruiti utilizzando eliche e motori a combustione interna.

• Potresti vedere spesso motori alternativi per aerei chiamati motori termici, ma tutti a combustione interna i motori sono motori termici, con i motori a combustione esterna che sono l'altra categoria primaria di calore motori.