Dacă nu pentru motor cu piston, majoritatea adulților din societatea modernă ar avea dificultăți în a ajunge acolo unde trebuie să fie în fiecare zi. Oricine conduce sau călărește într-un autovehicul convențional este beneficiarul unui astfel de motor (mașinile electrice nu au pistoane, fiind alimentate doar de motoare.)
De asemenea, cunoscut sub numele de motor alternativ, semnul principal al acestor motoare care ele traduc presiunea în mișcare de rotație. Această mișcare de rotație - cu alte cuvinte, mișcarea în jurul unei axe fizice sau conceptuale - poate fi transformată în translațional și alte forme de mișcare cu ușurință, ca și în cazul anvelopelor mașinii dvs. care vă rostogolesc și restul vehiculului suspendat deasupra lor în jos drum.
Există diferite tipuri de motoare cu piston, dintre care cel mai familiar dintre tocmai a fost descris - motor cu combustie interna, care include motoare auto cu gaz și alte subtipuri. Printre celelalte tipuri de motoare cu piston se numără motor cu ardere externa si Motor Stirling.
Veți afla, printre altele, că centralele nucleare au mai multe în comun cu locomotivele Old West decât ați putea crede și în general câștigă o apreciere pentru modul în care nevoia și ingeniozitatea umană s-au combinat din nou pentru a produce ceva remarcabil și transformator.
Ansamblul pistonului și cilindrului
Indiferent de motiv, pistoanele par să atragă mai multă atenție de la oamenii de zi cu zi, decât chiar ceea ce le face funcționale, care este camera cilindrică care le găzduiește. Indiferent de notorietate, pistonul și cilindrul se află în centrul dispozitivului unic, care a schimbat, fără îndoială, lumea mai mult decât orice altă mașină și acesta este motorul cu ardere internă.
Un piston este el însuși un cilindru cu capul închis sau solid care se mișcă înainte și înapoi într-o carcasă cilindrică mai mare, care este cilindrul pe care se bazează numele. Pistonul se poate mișca împotriva presiunea fluidului sau să fie mișcat de presiunea fluidului. Într-un motor cu abur, pistonul este închis la ambele capete; o tijă trece prin centru, dar îmbinarea este bine etanșată. Într-un motor pe benzină, acesta este deschis la un capăt pentru a permite oscilația (mișcarea înainte și înapoi) a altor părți în mișcare din interiorul motorului.
Cum funcționează un motor cu piston
Mișcările unui motor cu piston sunt strâns coordonate și orchestrate. Un motor poate consta dintr-un singur piston, deși acest lucru este neobișnuit. Sunt posibile diverse configurații, inclusiv mai multe combinații de pistoane și cilindri, inclusiv rânduri, forme „vee” și combinații „zig-zag” ale acestora.
Numărul de pistoane individuale deoparte, toate aceste motoare se comportă în același mod general, indiferent de câtă putere pot genera sau de ce combustibil servește sursa de presiune din interior cilindru.
Clasicul ciclu în patru timpi motorului reciproc are patru pași sau procese:
Admisie: În prima etapă a ciclului în patru timpi, un fel de combustibil este forțat în cilindru printr-un orificiu de admisie în partea de sus, care împinge pistonul în partea de jos a cilindrului.
Comprimare: Pistonul este apoi împins înapoi în partea de sus, care comprimă combustibilul și îl aprinde printr-o bujie în majoritatea motoarelor. La motoarele diesel, comprimarea suficientă a combustibilului este suficientă pentru a-l aprinde (vag vorbind, în fizică, presiunea și temperatura cresc împreună).
Aprindere: Aprinderea combustibilului împinge din nou pistonul în jos, generând astfel util muncă (o cantitate din fizică asemănătoare cu energia utilizabilă) la motor. Această „lovitură” este, de asemenea, cunoscută sub numele de combustie sau putere Etapa.
Epuiza: Substanțele chimice reziduale provenite din arderea combustibilului sunt emise printr-un orificiu de evacuare și ciclul se repetă. În ciuda naturii aparent temeinice a celor patru timpi, ciclul se repetă eficient de mii de ori pe minut în automobilele standard - de aproximativ 50 până la 100 de ori pe secunda.
- Este posibil să apreciați pe deplin pentru prima dată în acest moment de ce motorul dvs. necesită strict un lubrifiant sau un ulei de motor; chiar și într-un motor de top perfect reglat, este o mulțime de fricțiuni inevitabile care trebuie abordate și disipate cumva.
Motorul cu piston cu ardere externă
Cele de mai sus descriu lumea în care locuiți, unde automobilele sunt practic universale. Desigur, nu a fost întotdeauna așa, chiar și în istoria umană relativ recentă.
Inginerul militar francez Nicolas-Joseph Cugnot a fost în spatele uneia dintre primele încercări de a obține un fluid de un fel pentru a conduce un piston în interiorul unui cilindru în scopul alimentării unui vehicul. (A fluid este un gaz sau un lichid, cum ar fi aburul sau apa, primul fiind forma gazoasă a acestuia din urmă.) În 1769, Cugnot a construit un „abur stângace cu trei roți vagon "care era menit să transporte tunuri și putea gestiona aproximativ 3 mile pe oră (5 kilometri pe oră), dar avea tendința de a scăpa de sub control și prăbușire.
La mijlocul secolului al XIX-lea, puterea aburului era atât de răspândită, încât câștigurile tehnologice aferente au permis îmbunătățiri enorme. Trenul cu locomotive cu aburi este un exemplu excelent de motor cu combustie externă (învechit): Extern deoarece cărbunele care a fost aprins și ars in afara motorul (într-un cuptor) a fost folosit pentru a fierbe cantități mari de apă, generând abur care a fost apoi pompat în cilindrii din interiorul motorului.
Motorul cu piston cu ardere internă
În 1826, americanul Samuel Morley a asigurat primul brevet pentru un fel de motor care a plasat aprinderea combustibilului și extinderea cilindrului datorită creșterii presiunii rezultate în același loc fizic. Cu toate acestea, abia în 1858, Morley a produs un vagon cu trei roți echipat cu un motor cu ardere internă care funcționa pe „gaz de cărbune” și a făcut o călătorie de 50 de mile.
Un avans cheie în construcția motoarelor cu ardere internă a fost capacitatea de a comprima gazul înainte de a-l aprinde, facilitând combustibilul să treacă prin ardere; presiunea și temperatura unui gaz tind să crească în același timp, în timp ce reducerea volumului unui gaz (adică comprimarea acestuia) crește presiunea acestuia.
De îndată ce motorul cu ardere internă a început să se apropie de o dimensiune compactă de la distanță, inginerii și visătorii au început imediat să viseze cum să le folosească pentru a alimenta primele mașini zburătoare.
Motoare pentru aeronave
În anii 1880, inventatorii îndrăzneți experimentau, dacă nu chiar mașini zburătoare, „mașini de sărituri” care foloseau piston alimentat cu abur sau gaz motoare, unele ajungând până la 150 de picioare, dar multe altele fiind distruse în lupta de a avansa orizonturile observaționale umane și de a călători frontiere.
Frații Wright, Orville și Wilbur, sunt faimoase astăzi, dar au fost de fapt intrări oarecum târzii la sfârșitul anilor 1800 versiune a „cursei spațiale” care avea să se desfășoare peste jumătate de secol mai târziu între Statele Unite și sovietic Uniune. În 1899, și-au făcut diligența și au experimentat foarte mult cu mașinile de planat înainte de a încerca să le echipeze cu motoare, învățând astfel mai multe despre aerodinamica subiacentă.
De la primul zbor triumfător al fraților Wright în 1903 în Kitty Hawk, Carolina de Nord, motorul cu combustie a parcurs un drum lung. In timp ce motoare cu reactie sunt folosite astăzi în avioane comerciale mari și alte avioane de mare putere, majoritatea avioanelor mici și private fiind încă construite folosind elice și motoare cu ardere internă.
- S-ar putea să vedeți deseori motoare cu mișcare alternativă pentru avioane numite motoare termice, dar toate cu combustie internă motoarele sunt motoare termice, motoarele cu ardere externă fiind cealaltă categorie primară de căldură motoare.