Якби не поршневий двигун, більшості дорослих у сучасному суспільстві було б важко щодня добиратися туди, де їм потрібно бути. Той, хто їздить або їздить на звичайному автомобілі, отримує вигоду від такого двигуна (електричні машини не мають поршнів, а живляться виключно від двигуни.)
Також відомий як a поршневий двигун, головна відмітна риса цих двигунів вони перекладають тиск у обертальний рух. Цей обертальний рух - іншими словами, рух навколо фізичної чи концептуальної осі - може бути перетворений у поступальний і інші форми руху з легкістю, як з шинами вашої машини, яка катає вас, а решта автомобіля підвішена над ними вниз дорога.
Існують різні типи поршневих двигунів, найвідоміший з яких був щойно описаний - двигун внутрішнього згоряння, який включає автомобільні двигуни з газовим приводом та інші підтипи. Серед інших різновидів поршневих двигунів є двигун зовнішнього згоряння та Двигун Стірлінга.
Ви дізнаєтесь, серед іншого, що атомні електростанції мають більше спільного із локомотивами Старого Заходу, ніж ви могли б подумати, а в загалом здобувають вдячність за те, як потреба та людська винахідливість знову поєдналися, щоб створити щось чудове та перетворююче.
Поршень і циліндр у зборі
З будь-якої причини, здається, поршні привертають більше уваги з боку повсякденних людей, аніж саме те, що робить їх функціональними, - це циліндрична камера, в якій вони розміщені. Незалежно від популярності, поршень і циліндр лежать в основі єдиного пристрою, який, можливо, змінив світ більше, ніж будь-яка окрема машина, і це двигун внутрішнього згоряння.
Поршень - це сам циліндр із закритою або суцільною головкою, який рухається вперед-назад у межах більшого циліндричного корпусу, на якому базується циліндр. Поршень може рухатися проти тиск рідини або переміщується тиском рідини. У паровій машині поршень закритий з обох кінців; через центр проходить стрижень, але стик щільно герметично закритий. У бензиновому двигуні він відкритий на одному кінці, щоб забезпечити коливання (рух вперед-назад) інших рухомих частин двигуна.
Як працює поршневий двигун
Рухи поршневого двигуна жорстко скоординовані та організовані. Двигун може складатися з одного поршня, хоча це рідкість. Можливі різні конфігурації, включаючи декілька комбінацій поршень і циліндр, включаючи рядки, фігури "ві" та комбінації "зиг-заг".
Кількість окремих поршнів в стороні, всі ці двигуни ведуть себе однаково загально, незалежно від того, скільки енергії вони можуть генерувати або яке паливо подає джерело тиску в межах циліндр.
Класичний чотиритактний цикл зворотного двигуна має чотири етапи, або процеси:
Впуск: На першому кроці чотиритактного циклу якесь паливо впорскується в циліндр через впускний отвір у верхній частині, який штовхає поршень до нижньої частини циліндра.
Стиснення: Потім поршень штовхається назад до верху, який стискає паливо та запалює його через свічку запалення у більшості двигунів. У дизельних двигунах достатньо стиснути паливо, щоб запалити його (вільно кажучи, у фізиці тиск і температура зростають разом.)
Запалювання: Запалювання палива ще раз штовхає поршень вниз, створюючи тим самим корисну речовину робота (кількість у фізиці схожа на корисну енергію) двигуна. Цей "інсульт" по-іншому відомий як горіння або потужність крок.
Вихлоп: Відходи хімічних речовин при згорянні палива виділяються через випускний отвір, і цикл повторюється. Незважаючи на, здавалося б, ретельний характер чотирьох ударів, цикл ефективно повторюється тисячі разів на хвилину у звичайних автомобілях - приблизно від 50 до 100 разів в секунду.
- Можливо, ви вперше повністю зрозуміли, чому ваш двигун суворо вимагає мастила або моторного масла; навіть у ідеально налаштованому топовому двигуні це багато неминучого тертя, яке потрібно якось вирішити та розвіяти.
Поршневий двигун зовнішнього згоряння
Вище описано світ, у якому ви живете, де автомобілі практично універсальні. Звичайно, не завжди так було навіть у відносно недавній історії людства.
Французький військовий інженер Ніколас-Джозеф Кугно стояв за однією з перших спроб отримати якусь рідину, щоб загнати поршень всередині циліндра з метою живлення транспортного засобу. (A рідина - це газ або рідина, наприклад пара або вода, причому перша є газоподібною формою останньої.) У 1769 р. Куньо побудував незграбну триколісну "пару" вагон ", який повинен був перевозити гармати і міг управляти приблизно 3 милями на годину (5 кілометрів на годину), але мав тенденцію виходити з-під контролю і крах.
До середини 19 століття енергія пари була настільки широко розповсюдженою, що супутні технологічні досягнення дозволили значно покращити. Поїзд паровоза - чудовий приклад (на даний момент застарілого) двигуна зовнішнього згоряння: Зовнішні тому що вугілля, яке запалювалось і спалювалось зовні двигун (у печі) використовувався для кип’ятіння великої кількості води, утворюючи пару, яка потім закачувалась у циліндри всередині двигуна.
Поршневий двигун внутрішнього згоряння
У 1826 р. Американець Семюель Морлі закріпив перший патент на різновид двигуна, який розміщував запалювання палива та розширення циліндра внаслідок підвищення тиску в тому ж фізичному місці. Однак лише в 1858 році Морлі випустив триколісний фургон, оснащений двигуном внутрішнього згоряння, який працював на "вугільному газі" і здійснив подорож у 50 миль.
Ключовим прогресом у конструкції двигунів внутрішнього згоряння була здатність стискати газ перед його запалюванням, полегшуючи паливо згоряння; тиск і температура газу, як правило, зростають узгоджено, тоді як зменшення об'єму газу (тобто стискання його) збільшує його тиск.
Як тільки двигун внутрішнього згоряння почав наближатися до віддалено компактних розмірів, інженери та фантазери відразу ж почали мріяти, як використовувати їх для живлення перших літаючих машин.
Авіаційні двигуни
До 1880-х років сміливі винахідники експериментували, якщо не з літаючими машинами, «стрибковими машинами», які використовували поршень на паровому або газовому двигуні двигуни, деякі роблять це до 150 футів, але багато інших руйнуються в боротьбі за просування людських спостережних горизонтів та подорожей кордони.
Брати Райт, Орвілл та Вілбур, відомі сьогодні, але насправді вони були дещо запізнілими учасниками кінця 1800-х років версія "космічної гонки", яка розгорнуться через півстоліття між Сполученими Штатами та Радою Союз. У 1899 році вони доклали всіх зусиль і багато експериментували з планеризаційними машинами, перш ніж намагатися оснастити їх двигунами, тим самим дізнавшись більше про основну аеродинаміку.
З часу першого тріумфального польоту братів Райт в 1903 році в Кітті-Хок, штат Північна Кароліна, двигун внутрішнього згоряння пройшов довгий шлях. Поки реактивні двигуни сьогодні використовуються у великих комерційних та інших потужних літаках, більшість менших і приватних літаків все ще будуються з використанням гвинтів та двигунів внутрішнього згоряння.
- Часто можна зустріти поршневі двигуни для літаків, які називаються тепловими двигунами, але все внутрішнього згоряння Двигуни - це теплові двигуни, причому двигуни зовнішнього згоряння є іншою основною категорією тепла двигуни.