Kolvmotorns historia

Om inte för kolvmotorskulle majoriteten av vuxna i det moderna samhället ha svårt att komma dit de behöver vara på vardagen. Den som kör eller kör i ett konventionellt motorfordon är förmånen för en sådan motor (elbilar har inte kolvar, utan drivs enbart av motorer.)

Även känd som en fram- och återgående motor, det främsta kännetecknet för dessa motorer som de översätter tryck till rotationsrörelse. Denna rotationsrörelse - med andra ord rörelse kring en fysisk eller konceptuell axel - kan omvandlas till translationell och andra former av rörelse med lätthet, som med däcken på din bil som rullar dig och resten av fordonet hängda ovanför dem nedåt väg.

Olika typer av kolvmotorer finns, varav den mest bekanta just beskrivits - förbränningsmotor, som inkluderar bensindrivna bilmotorer och andra undertyper. Bland de andra varianterna av kolvmotorer är förbränningsmotor och den Stirling-motor.

Du lär dig bland annat att kärnkraftverk har mer gemensamt med Old West-lok än du kanske tror, ​​och allmänt få en uppskattning för hur behov och mänsklig uppfinningsskap än en gång har kombinerats för att producera något anmärkningsvärt och omvandlande.

Oavsett anledning verkar kolvar få mer uppmärksamhet från vardagliga människor än det som gör dem funktionella, det är den cylindriska kammaren som rymmer dem. Oavsett notoritet är kolven och cylindern hjärtat i den enda anordningen som utan tvekan har förändrat världen mer än någon enskild maskin, och det är förbränningsmotorn.

En kolv är i sig en cylinder med ett stängt eller fast huvud som rör sig fram och tillbaka i ett större cylindriskt fodral, vilket är cylindern på namnet är baserat. Kolven kan röra sig mot vätsketryck eller flyttas av vätsketrycket. I en ångmotor är kolven stängd i båda ändar; en stång passerar genom mitten, men skarven är tät. I en bensinmotor är den öppen i ena änden för att möjliggöra svängning (fram och tillbaka) av andra rörliga delar i motorn.

Rörelserna hos en kolvmotor är tätt samordnade och orkestrerade. En motor kan bestå av en enda kolv, även om detta är ovanligt. Olika konfigurationer inklusive flera kolv-och-cylinder-kombinationer är möjliga, inklusive rader, "vee" -former och "zig-zag" -kombinationer av dessa.

Antalet enskilda kolvar åt sidan, alla dessa motorer beter sig på samma allmänna sätt, oavsett hur mycket kraft de kan generera eller vilket bränsle som tjänar källan till tryck inom cylinder.

Klassikern fyrtaktscykel av en ömsesidig motor har fyra steg eller processer:

Intag: I det första steget i fyrtaktscykeln tvingas ett bränsle av något slag in i cylindern genom en inloppsöppning högst upp, vilket skjuter kolven till botten av cylindern.

Kompression: Kolven trycks sedan tillbaka till toppen, vilket komprimerar bränslet och tänder det via en tändstift i de flesta motorer. I dieselmotorer räcker det att komprimera bränslet tillräckligt för att antända det (löst sagt, i fysik ökar trycket och temperaturen tillsammans.)

Tändning: Tändningen av bränslet skjuter kolven nedåt igen, vilket ger användbarhet arbete (en mängd i fysik som liknar användbar energi) till motorn. Denna "stroke" är alternativt känd som förbränning eller kraft steg.

Uttömma: Avfallskemikalierna från förbränningen av bränslet släpps ut genom en avgasport och cykeln upprepas. Trots de fyra slagens till synes grundliga karaktär upprepar cykeln effektivt tusentals gånger per minut i vanliga bilar - cirka 50 till 100 gånger per sekund.

• Du kanske först uppskattar för första gången just nu varför din motor strikt kräver ett smörjmedel eller motorolja; även i en perfekt anpassad toppmotor är det mycket oundviklig friktion som måste åtgärdas och försvinna på något sätt.

Ovanstående beskriver världen du bor i, där bilar är praktiskt taget universella. Naturligtvis var det inte alltid så även i relativt ny mänsklig historia.

Den franska militäringenjören Nicolas-Joseph Cugnot stod bakom ett av de första försöken att få en vätska av något slag att driva en kolv inuti en cylinder i syfte att driva ett fordon. (A vätska är en gas eller en vätska, såsom ånga eller vatten, den förra är den gasformiga av den senare.) 1769 byggde Cugnot en klumpig trehjulig "ånga vagn "som var tänkt att bära kanoner och kunde klara cirka 3 mil i timmen (5 kilometer i timmen) men hade en tendens att gå utom kontroll och krascha.

I mitten av 1800-talet användes ångkraft i så omfattande användning att de därmed sammanhängande tekniska vinsterna möjliggjorde stora förbättringar. Ånglokståget är ett utmärkt exempel på en (nu föråldrad) yttre förbränningsmotor: Extern eftersom kol som antänds och brändes utanför motorn (i en ugn) användes för att koka stora mängder vatten och genererade ånga som sedan pumpades in i cylindrarna inuti motorn.

År 1826, den amerikanska Samuel Morley säkrade det första patentet på en typ av motor som placerade tändningen av bränslet och expansionen av cylindern på grund av den resulterande tryckförstärkningen på samma fysiska plats. Först 1858 producerade dock Morley en trehjulig vagn utrustad med en förbränningsmotor som sprang på "kolgas" och gjorde en resa på 50 mil.

Ett viktigt framsteg i konstruktionen av förbränningsmotorer var förmågan att komprimera gasen innan den antändes, vilket gjorde det lättare för bränslet att genomgå förbränning; trycket och temperaturen hos en gas tenderar att stiga samtidigt, medan en minskad gasvolym (dvs. komprimering av den) ökar dess tryck.

Så snart förbränningsmotorn började närma sig en fjärrkompakt storlek började ingenjörer och drömmare omedelbart drömma om hur man använder dem för att driva de första flygmaskinerna.

Vid 1880-talet experimenterade vågiga uppfinnare med, om inte flygande maskiner, "hoppmaskiner" som använde ång- eller gasdriven kolv motorer, några gör det så långt som 150 fot, men många andra förstörs i kampen för att främja mänsklig observationshorisont och resa gränser.

De bröderna Wright, Orville och Wilbur, är kända idag, men de var faktiskt något sena deltagare i slutet av 1800-talet version av "rymdloppet" som skulle utvecklas över ett halvt sekel senare mellan USA och Sovjet Union. År 1899 gjorde de sin aktsamhet och experimenterade mycket med glidmaskiner innan de försökte utrusta dem med motorer och därmed lära sig mer om den underliggande aerodynamiken.

Sedan Wright-brödernas första triumferande flyg 1903 i Kitty Hawk, North Carolina, har förbränningsmotorn kommit långt. Medan jetmotorer används idag i stora kommersiella och andra kraftfulla flygplan, de flesta mindre och privata flygplan är fortfarande byggda med propellrar och förbränningsmotorer.

• Du kan ofta se fram- och återgående motorer för flygplan som kallas värmemotorer, men all förbränning motorer är värmemotorer, med förbränningsmotorer som den andra primära värmekategorin motorer.