ประวัติเครื่องยนต์ลูกสูบ

ถ้าไม่ใช่สำหรับ เครื่องยนต์ลูกสูบผู้ใหญ่ส่วนใหญ่ในสังคมสมัยใหม่จะมีช่วงเวลาที่ยากลำบากในการไปยังที่ที่พวกเขาจำเป็นต้องอยู่ทุกวัน ใครก็ตามที่ขับหรือขี่ยานยนต์ธรรมดาย่อมได้รับผลประโยชน์จากเครื่องยนต์ดังกล่าว (รถยนต์ไฟฟ้าไม่มีลูกสูบ แทนที่จะขับเคลื่อนด้วยพลังงานล้วนๆ มอเตอร์.)

ยังเป็นที่รู้จักกันในนาม เครื่องยนต์ลูกสูบ, จุดเด่นของเครื่องยนต์เหล่านี้ที่ พวกเขาแปลแรงกดเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน rotation. การเคลื่อนที่แบบหมุนนี้ – กล่าวอีกนัยหนึ่ง การเคลื่อนไหวเกี่ยวกับแกนทางกายภาพหรือแนวความคิด – สามารถแปลงเป็นการแปลและ รูปแบบอื่นๆ ของการเคลื่อนไหวอย่างง่ายดาย เช่นเดียวกับยางรถของคุณที่หมุนตัวคุณและส่วนที่เหลือของยานพาหนะที่ห้อยอยู่เหนือยางเหล่านั้นลง ถนน.

มีเครื่องยนต์ลูกสูบหลายประเภทซึ่งเพิ่งอธิบายไว้ซึ่งคุ้นเคยมากที่สุด – the เครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งรวมถึงเครื่องยนต์อัตโนมัติที่ขับเคลื่อนด้วยแก๊สและประเภทย่อยอื่นๆ เครื่องยนต์ลูกสูบรุ่นอื่นๆ ได้แก่ เครื่องยนต์สันดาปภายนอก และ เครื่องยนต์สเตอร์ลิง.

คุณจะได้เรียนรู้เหนือสิ่งอื่นใดว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีหัวรถจักรที่เหมือนกันกับ Old West มากกว่าที่คุณคิด และใน โดยทั่วไปแล้วจะรู้สึกซาบซึ้งในความต้องการและความเฉลียวฉลาดของมนุษย์ที่รวมกันอีกครั้งเพื่อผลิตสิ่งที่น่าทึ่งและเปลี่ยนแปลง

ไม่ว่าด้วยเหตุผลใดก็ตาม ลูกสูบดูเหมือนจะได้รับความสนใจจากคนทั่วไปมากกว่าสิ่งที่ทำให้ลูกสูบทำงานได้ ซึ่งก็คือห้องทรงกระบอกที่บรรจุพวกมันไว้ ลูกสูบและกระบอกสูบเป็นหัวใจสำคัญของอุปกรณ์ชิ้นเดียวที่เปลี่ยนแปลงโลกได้มากกว่าเครื่องจักรเพียงเครื่องเดียว โดยไม่คำนึงถึงความมีชื่อเสียง และนั่นคือเครื่องยนต์สันดาปภายใน

ลูกสูบคือกระบอกสูบที่มีหัวปิดหรือแข็งซึ่งเคลื่อนที่ไปมาภายในกล่องทรงกระบอกขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งเป็นชื่อกระบอกสูบตามชื่อ ลูกสูบอาจเคลื่อนที่ได้ ต่อต้าน แรงดันของเหลวหรือถูกเคลื่อนย้ายโดยแรงดันของเหลว ในเครื่องยนต์ไอน้ำ ลูกสูบปิดที่ปลายทั้งสองข้าง แท่งไม้ผ่านตรงกลาง แต่ข้อต่อถูกปิดผนึกอย่างแน่นหนา ในเครื่องยนต์เบนซิน เปิดที่ปลายด้านหนึ่งเพื่อให้สามารถแกว่ง (เคลื่อนที่ไปมา) ของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวอื่นๆ ภายในเครื่องยนต์ได้

การเคลื่อนที่ของเครื่องยนต์ลูกสูบมีการประสานงานและประสานกันอย่างแน่นหนา เครื่องยนต์สามารถประกอบด้วยลูกสูบเดี่ยว แม้ว่าจะไม่ใช่เรื่องปกติก็ตาม การกำหนดค่าต่างๆ รวมถึงการผสมผสานระหว่างลูกสูบและกระบอกสูบได้หลายแบบ รวมถึงแถว รูปทรง "วี" และการผสมผสาน "ซิกแซก" ของสิ่งเหล่านี้

จำนวนลูกสูบแยกกัน เครื่องยนต์ทั้งหมดเหล่านี้ทำงานในลักษณะเดียวกันทั้งหมด ไม่ว่าพวกมันจะสามารถผลิตพลังงานได้มากเพียงใดหรือเชื้อเพลิงชนิดใดที่ให้บริการแหล่งแรงดันภายใน กระบอก

คลาสสิก รอบสี่จังหวะ ของกลไกซึ่งกันและกันมีสี่ขั้นตอนหรือกระบวนการ:

ปริมาณ: ในขั้นตอนแรกของวงจรสี่จังหวะ เชื้อเพลิงบางชนิดจะถูกดันเข้าไปในกระบอกสูบผ่านช่องไอดีที่ด้านบน ซึ่งจะดันลูกสูบไปที่ด้านล่างของกระบอกสูบ

การบีบอัด: จากนั้นลูกสูบจะถูกดันกลับไปด้านบน ซึ่งจะบีบอัดเชื้อเพลิงและจุดไฟผ่านหัวเทียนในเครื่องยนต์ส่วนใหญ่ ในเครื่องยนต์ดีเซล การอัดเชื้อเพลิงให้เพียงพอก็เพียงพอที่จะจุดไฟได้ (ในทางฟิสิกส์ ความดันและอุณหภูมิเพิ่มขึ้นพร้อมกัน)

จุดระเบิด: การจุดระเบิดของเชื้อเพลิงดันลูกสูบลงอีกครั้ง ทำให้เกิดประโยชน์ งาน (ปริมาณในฟิสิกส์คล้ายกับพลังงานที่ใช้ได้) ให้กับเครื่องยนต์ "จังหวะ" นี้เรียกอีกอย่างว่า การเผาไหม้ หรือ อำนาจ ขั้นตอน

ไอเสีย: สารเคมีของเสียจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงจะถูกปล่อยออกทางช่องระบายไอเสีย และวงจรจะเกิดซ้ำ แม้จะดูเหมือนลักษณะทั่วๆ ไปของจังหวะทั้งสี่ แต่วงจรจะทำซ้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพหลายพันครั้งต่อนาทีในรถยนต์มาตรฐาน - ประมาณ 50-100 ครั้ง ต่อวินาที.

• คุณอาจรู้สึกซาบซึ้งเป็นครั้งแรก ณ จุดนี้ว่าทำไมเครื่องยนต์ของคุณจึงต้องใช้น้ำมันหล่อลื่นหรือน้ำมันเครื่องอย่างเคร่งครัด แม้แต่ในเครื่องยนต์ระดับบนสุดที่ได้รับการปรับแต่งมาอย่างสมบูรณ์แบบ นั่นเป็นการเสียดสีที่หลีกเลี่ยงไม่ได้มากมายที่ต้องแก้ไขและสลายไปอย่างใด

ข้างต้นนี้อธิบายถึงโลกที่คุณอาศัยอยู่ ซึ่งรถยนต์มีความเป็นสากลอย่างแท้จริง แน่นอนว่ามันไม่ได้เป็นอย่างนี้เสมอไป แม้แต่ในประวัติศาสตร์ของมนุษย์เมื่อไม่นานนี้เอง

วิศวกรทหารฝรั่งเศส Nicolas-Joseph Cugnot อยู่เบื้องหลังหนึ่งในความพยายามครั้งแรกในการรับของเหลวบางชนิดเพื่อขับลูกสูบภายในกระบอกสูบเพื่อจุดประสงค์ในการขับเคลื่อนยานพาหนะ (อา ของเหลว เป็นก๊าซหรือของเหลว เช่น ไอน้ำหรือน้ำ ซึ่งเดิมเป็นรูปก๊าซอย่างหลัง) ในปี พ.ศ. 2312 Cugnot ได้สร้าง "ไอน้ำ" สามล้อเงอะงะ เกวียน" ที่มีไว้เพื่อบรรทุกปืนใหญ่และสามารถวิ่งได้ประมาณ 3 ไมล์ต่อชั่วโมง (5 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) แต่มีแนวโน้มจะควบคุมไม่ได้และ ความผิดพลาด

เมื่อถึงกลางศตวรรษที่ 19 พลังไอน้ำถูกใช้อย่างแพร่หลายจนทำให้เทคโนโลยีของผู้ดูแลได้รับการปรับปรุงอย่างมากมาย รถไฟหัวรถจักรไอน้ำเป็นตัวอย่างที่ดีของเครื่องยนต์สันดาปภายนอก (ปัจจุบันล้าสมัย) ภายนอก เพราะถ่านที่จุดไฟเผา ข้างนอก เครื่องยนต์ (ในเตาเผา) ใช้ในการต้มน้ำปริมาณมาก ทำให้เกิดไอน้ำที่สูบเข้าไปในกระบอกสูบภายในเครื่องยนต์

ในปี พ.ศ. 2369 ชาวอเมริกัน ซามูเอล มอร์ลี่ย์ ได้รับการจดสิทธิบัตรครั้งแรกสำหรับเครื่องยนต์ประเภทหนึ่งที่สามารถจุดระเบิดของเชื้อเพลิงและการขยายตัวของกระบอกสูบอันเนื่องมาจากแรงดันที่เพิ่มขึ้นในตำแหน่งทางกายภาพเดียวกัน อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งในปี 1858 มอร์ลีย์ได้ผลิตเกวียนสามล้อซึ่งติดตั้งเครื่องยนต์สันดาปภายในที่วิ่งด้วย "ก๊าซถ่านหิน" และเดินทางเป็นระยะทาง 50 ไมล์

ความก้าวหน้าที่สำคัญในการสร้างเครื่องยนต์สันดาปภายในคือความสามารถในการอัดแก๊สก่อนที่จะจุดไฟ ทำให้เชื้อเพลิงเผาไหม้ได้ง่ายขึ้น ความดันและอุณหภูมิของก๊าซมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นพร้อมกัน ในขณะที่การลดปริมาตรของก๊าซ (กล่าวคือ การบีบอัด) จะเพิ่มแรงดัน

ทันทีที่เครื่องยนต์สันดาปภายในเริ่มเข้าใกล้ขนาดที่กะทัดรัดจากระยะไกล วิศวกรและผู้ใฝ่ฝันก็เริ่มใฝ่ฝันในทันทีว่าจะใช้เครื่องยนต์เหล่านี้เพื่อขับเคลื่อนเครื่องจักรที่บินได้เครื่องแรกได้อย่างไร

ในช่วงทศวรรษที่ 1880 นักประดิษฐ์ผู้กล้าหาญกำลังทดลองกับ "เครื่องกระโดด" ที่ใช้ลูกสูบที่ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำหรือแก๊ส เครื่องยนต์บางตัวทำให้ไกลถึง 150 ฟุต แต่อีกหลายคันถูกทำลายในการต่อสู้เพื่อความก้าวหน้าในการสังเกตการณ์และการเดินทางของมนุษย์ พรมแดน

พี่น้องตระกูลไรท์, ออร์วิลล์และวิลเบอร์, มีชื่อเสียงในปัจจุบัน แต่จริงๆ แล้วพวกเขาเข้ามาช้าในช่วงปลายปี ค.ศ. 1800 เวอร์ชันของ "การแข่งขันในอวกาศ" ที่จะเปิดเผยในครึ่งศตวรรษต่อมาระหว่างสหรัฐอเมริกาและโซเวียต ยูเนี่ยน ในปี ค.ศ. 1899 พวกเขาทำการตรวจสอบสถานะและทดลองเครื่องร่อนจำนวนมากก่อนที่จะพยายามติดตั้งเครื่องยนต์ ดังนั้นจึงได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับหลักอากาศพลศาสตร์

นับตั้งแต่เที่ยวบินชัยชนะครั้งแรกของพี่น้องตระกูล Wright ในปี 1903 ในเมืองคิตตี้ ฮอว์ก รัฐนอร์ทแคโรไลนา เครื่องยนต์สันดาปได้เดินทางมาไกล ในขณะที่ เครื่องยนต์ไอพ่น ปัจจุบันมีการใช้ในเครื่องบินพาณิชย์ขนาดใหญ่และเครื่องบินกำลังสูงอื่นๆ เครื่องบินขนาดเล็กและเป็นส่วนตัวส่วนใหญ่ยังคงสร้างโดยใช้ใบพัดและเครื่องยนต์สันดาปภายใน

• คุณอาจเห็นเครื่องยนต์ลูกสูบสำหรับเครื่องบินที่เรียกว่าเครื่องยนต์ความร้อนอยู่บ่อยครั้ง แต่การเผาไหม้ภายในทั้งหมด เครื่องยนต์คือเครื่องยนต์ความร้อน โดยเครื่องยนต์สันดาปภายนอกเป็นประเภทความร้อนหลักอีกประเภทหนึ่ง เครื่องยนต์