Когда пар был королем, а газовые и дизельные двигатели были еще в зачаточном состоянии, двигатели с горячей колбой были в моде. Они могли сжигать любое жидкое горючее топливо, могли работать без воспламенения от батареи — иногда в течение нескольких дней — и были эффективными, простыми и надежными. Для фермера, рыбака или оператора лесопилки, где прочность и надежность были ключом к выживанию, в двигателе с горячей лампой было все.
Но не было всего. Он работал в узком диапазоне оборотов, примерно от 50 до 300, и поэтому имел ограниченное применение. Это было лучше всего в качестве стационарного двигателя, хотя были тракторы, которые использовали эту технологию для движения, хотя и медленно. Двигатель было трудно запустить, и трудно продолжать работу.
Тем не менее, несмотря на эти проблемы, двигатели с горячей лампой продолжали использоваться в течение 1950-х и до 1960-х годов в некоторых отдаленных сельских районах. Сегодня двигатели являются опорой для серьезных коллекционеров и представляют собой одну из исторических вех в эволюции газовых двигателей. Способность двигателя работать на нескольких видах топлива может даже помочь инженерам создать более совершенный современный двигатель, способный работать на широком спектре альтернативных видов топлива.
Продолжайте читать, чтобы узнать больше о том, как работают двигатели с горячей лампой.
Содержание
Двигатели с горячей колбой имеют те же основные компоненты, что и подавляющее большинство других двигателей внутреннего сгорания. Детонация, или сгорание газов, толкает поршень, находящийся внутри цилиндра. Поршень соединен с маховиком через коленчатый вал и шатун. Это позволяет двигателю преобразовывать тепловую энергию (сгорание) в механическую энергию на маховике. Затем маховик приводит в движение любой механический компонент, прикрепленный к нему.
В отличие от бензиновых и дизельных двигателей, сгорание в двигателе с горячей колбой происходит в отдельной камере, называемой «горячая колба» или «испаритель». По сути, горячая лампа простирается горизонтально от передней части двигателя, обычно ближе всего к цилиндру. Большинство горячих луковиц выглядело как штопальный гриб. Лампа содержит металлическую пластину, похожую на блюдце для чайной чашки, которая нагревается вместе с лампочкой.
Топливная форсунка, обычно представляющая собой небольшой дроссельный клапан, капала топливом в горячую колбу. Топливо попадало на металлическую пластину, испарялось, смешивалось с воздухом и воспламенялось. Узкий проход соединял колбу и цилиндр. Расширяющиеся газы пробьют небольшой канал и сдвинут поршень в цилиндре.
Газовые двигатели используют электричество для зажигания свечи зажигания и вращения коленчатого вала, чтобы запустить двигатель. Двигатели с горячей лампой не имеют такой роскоши. В мягкий день — около 60 градусов по Фаренгейту (15,6 градусов по Цельсию) — лампочка должна нагреваться в течение от двух до пяти минут и до получаса в холодные дни или на более крупных двигателях. Это начальное тепло, выделяемое в первые дни с помощью паяльной лампы, а затем с помощью катушки и свечей зажигания, испаряет первую порцию топлива.
Оператор вручную вращал маховик двигателя, самую большую и тяжелую часть всего узла (часто весившую сотни фунтов даже на небольших двигателях), пока не начался процесс сгорания и двигатель не заработал.
Как только двигатель заработает, теплота сгорания будет поддерживать температуру лампы достаточной для испарения топлива, и двигатель будет в значительной степени самоподдерживающимся. Однако, если нагрузка на двигатель упала или он использовался в очень холодных условиях, лампа нуждалась в периодическом или даже постоянном прогреве. Несмотря на то, что они казались простыми и надежными, двигатели с горячими лампами могли быть темпераментными и имели свою долю причуд и проблем. На следующей странице мы обсудим некоторые из этих черт.
Первый двигатель с горячей лампойБританский изобретатель Герберт Акройд Стюарт разработал идею двигателя с горячей колбой в конце 1800-х годов. Первые прототипы были построены в 1886 году. Идею подхватили английские производители двигателей Richard Hornsby &Sons. Производство двигателей началось в 1891 году под названием «Патентный масляный двигатель Хорнсби Акройда». Двигатель Хорнсби Акройд был четырехтактной моделью. В Соединенных Штатах два немецких иммигранта, Мейц и Вайс, вместе с Джозефом начали производство двухтактного грелка. День.
На рубеже 20-го века двигатели достигли пика популярности и производились сотнями производителей. Это было также время, когда производство электроэнергии процветало, и двигатели использовались для приведения в действие динамо-машин. Швеция активно использовала двигатели (в основном для рыбацких лодок) с более чем 70 производителями, которые в конечном итоге заняли около 80 процентов доли рынка к 1920 году.
Подробнее>
Одним из самых больших преимуществ двигателей с горячим термометром была их способность использовать любой тип сырого топлива. По сути, если бы топливо могло течь по трубе и если бы оно горело, то двигатель с горячей колбой, вероятно, мог бы работать на нем.
Этот аспект их природы сделал двигатели популярными на изолированных участках нефтепроводов, которые предлагали готовую поставку неочищенного топлива. Машины были в основном стационарными, хотя было несколько старинных тракторов, в которых для движения использовались двигатели с горячими лампами. В качестве стационарного источника энергии эти машины идеально подходили для промышленного использования, будь то небольшая мастерская или небольшая лесопилка, они обеспечивали стабильную мощность по низкой цене. Однако из-за их малой выходной мощности (для работы сельскохозяйственного трактора требовался двигатель с горячим термометром объемом около 20 литров) двигатели не использовались в более крупных промышленных приложениях, таких как привод в действие мельницы.
Престон Фостер, куратор коллекций в Музее электроэнергетики Кулспринг и профессиональный специалист по реставрации старинных двигателей, сказал, что двигатели с горячей лампой были идеальными для своего времени и места, но имели некоторые недостатки.
Например, двигатели с горячим термометром плохо работали на более очищенном топливе, таком как газ или дизельное топливо. «В основном это был керосин и другие менее очищенные виды топлива», — сказал Фостер.
Двигатели, особенно двухтактные, также были склонны работать назад, перегружаться топливом и выходить из-под контроля, прежде чем регулятор успевал их догнать. Фостер сказал, что компоненты двигателя были изготовлены в то время, когда металлургия и механическая обработка двигателей были относительно грубыми, детали легко ломались, а найти замену было сложно.
На двухтактных моделях американского производства двигатель иногда сливал масло из картера для использования в качестве топлива, лишая себя смазки.
Именно эти недостатки, усугубленные улучшениями в металлургии и механической обработке, привели к краху двигателя с горячей колбой.
Пан или пропалМомент зажигания в двигателях с горячей колбой зависит от случая, поэтому необходим тяжелый маховик. Время обычно определялось температурой двигателя и нагрузкой.
До 1910 года топливо впрыскивалось в испаритель на ранней стадии такта впуска. Это приводило к тому, что начало горения не синхронизировалось с углом поворота коленчатого вала. Это, в свою очередь, означало, что двигатель будет работать ровно только при одном наборе оборотов или при одном типе нагрузки. Увеличение нагрузки или оборотов (двигатели работали лучше всего в диапазоне от 50 до 300 об / мин) увеличило бы температуру колбы и уменьшило время зажигания. Это приводило к преждевременному зажиганию и пропуску хода. Во многих двигателях использовалась капельная подача воды для охлаждения испарителя и предотвращения преждевременного зажигания.
После 1910 года технология двигателей улучшилась и стала включать впрыск топлива под давлением, насосы и точную подачу. Время стало лучше, а двигатели стали более надежными и немного более вариативными.
Подробнее>
К началу 20 века большинство проблем с обработкой эффективных и мощных газовых и дизельных двигателей были решены. Инженеры также решили проблемы, связанные с искровым зажиганием, воспламенением от сжатия, синхронизацией и регулированием частоты вращения и мощности двигателя. Также росла доступность более очищенного и, следовательно, более эффективного топлива. Все эти факторы привели к медленной смерти двигателей с горячей колбой.
Рассмотрим мощность двигателя с горячей лампочкой. Хотя они были построены достаточно большими, чтобы генерировать 60 лошадиных сил, их степень сжатия оставалась небольшой, примерно 5 к 1. Даже примитивный дизельный двигатель мог обеспечить степень сжатия примерно 15 к 1. Это означало большую мощность и больший крутящий момент, и все это в меньшем размере. более удобный пакет.
Двигатели с горячей колбой использовались в Скандинавии до 1930-х годов и до сих пор встречаются, хотя и редко, на лодках по каналам в Англии. Однако по большей части двигатели с горячими лампами теперь представляют собой скорее диковинку, чем полезные инструменты.
«Это был отличный источник для своего времени и места», — сказал Фостер, добавив, что двигатели с горячей лампой просто не успевают за изменениями в технологиях. «Думаю, можно сказать, что это недостающее звено между первыми и современными двигателями», — сказал он.
Понимание работы двигателя автомобиля
Как работает система охлаждения двигателя
Как работает дизельный двигатель
Как работает двухтактный двигатель
Как работает роторный двигатель Ванкеля