Jak działa silnik z gorącą żarówką

Silnik z gorącą żarówką Pettera (wyprodukowany przez Yeovila) w kamieniołomie Laigh Dalmore w Stair, East Ayrshire w Szkocji. Zobacz więcej zdjęć silników. Zdjęcie dzięki uprzejmości Rogera Griffitha

Kiedy królowała para, a silniki gazowe i wysokoprężne były jeszcze w powijakach, silniki gorących żarówek były wściekłe. Mogły spalać dowolne ciekłe paliwo palne, mogły pracować bez zapłonu akumulatora - czasami przez kilka dni - i były wydajne, proste i wytrzymałe. Dla rolnika, rybaka lub operatora tartaku, gdzie wytrzymałość i niezawodność były kluczem do przetrwania, silnik z gorącą żarówką miał to wszystko.

Ale nie miał wszystkiego. Pracował w wąskim zakresie obrotów, około 50 do 300, a zatem miał ograniczone zastosowanie. Najlepiej sprawdzał się jako silnik stacjonarny, chociaż były traktory, które wykorzystywały tę technologię do poruszania się - choć wolno. Trudno było uruchomić silnik i ciężko było dalej pracować.

Jednak pomimo tych wyzwań silniki z gorącymi żarówkami były używane przez lata pięćdziesiąte XX wieku i do lat sześćdziesiątych XX wieku na niektórych głębokich obszarach wiejskich. Dziś silniki są ostoją poważnych kolekcjonerów i stanowią jeden z historycznych punktów orientacyjnych w ewolucji silników gazowych. Zdolność silnika do pracy na wielu paliwach może nawet pomóc inżynierom w produkcji lepszego, nowoczesnego silnika do obsługi szerokiej gamy paliw alternatywnych.

Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej o tym, jak działają silniki z gorącą żarówką.

Zawartość

1. Zrób to
2. Pielęgnacja i karmienie silników z gorącą żarówką
3. Stając się częścią historii

Silniki z gorącą żarówką mają te same podstawowe elementy, co zdecydowana większość innych silników spalinowych. Detonacja lub spalanie gazów popycha tłok umieszczony wewnątrz cylindra. Tłok jest połączony z kołem zamachowym za pośrednictwem wału korbowego i korbowodu. Umożliwia to silnikowi zamianę energii cieplnej (spalania) na energię mechaniczną na kole zamachowym. Koło zamachowe napędza następnie dowolny element mechaniczny, który jest do niego przymocowany.

W przeciwieństwie do silników benzynowych i wysokoprężnych spalanie w silniku z gorącą żarówką odbywa się w oddzielnej komorze zwanej „gorącą żarówką” lub „parownikiem”. Zasadniczo gorąca żarówka wystaje poziomo z przodu silnika, zwykle najbliżej cylindra. Większość gorących cebul wyglądała jak cerujący grzyb. Żarówka zawiera metalową płytkę, prawie jak spodek do filiżanki herbaty, która nagrzewa się razem z żarówką.

Dysza paliwowa, zwykle mały zawór odmierzający, kapała paliwo do gorącej bańki. Paliwo uderzyłoby w metalową płytę, wyparowało, zmieszało się z powietrzem i zapaliło się. Wąski korytarz łączył żarówkę i cylinder. Rozszerzające się gazy strzelałyby w dół małego kanału i poruszałyby tłok w cylindrze.

Silniki gazowe wykorzystują energię elektryczną do odpalania świecy zapłonowej i obracania wałem korbowym, aby uruchomić silnik. Silniki z gorącą żarówką nie mają tego luksusu. W łagodny dzień - około 60 stopni Fahrenheita (15,6 stopni Celsjusza) - żarówkę należy podgrzewać przez dowolne od dwóch do pięciu minut i do pół godziny w zimne dni lub w przypadku większych silników. To początkowe ciepło, wytworzone przez palnik na początku i później przez cewkę i świece zapłonowe, odparowuje pierwszy ładunek paliwa.

Operator obracał koło zamachowe silnika, największą i najcięższą część całego zespołu (często ważące nawet kilkaset funtów nawet na małych silnikach), ręcznie, aż do momentu rozpoczęcia procesu spalania i uruchomienia silnika..

Gdy silnik był już uruchomiony i działał, ciepło spalania utrzymywało bańkę na tyle gorącą, aby utrzymać parowanie paliwa, a silnik byłby w dużej mierze samowystarczalny. Gdyby jednak obciążenie silnika spadło lub był używany w bardzo zimnym otoczeniu, żarówka wymagałaby okresowego lub nawet stałego ogrzewania. Choć pozornie proste i niezawodne, silniki z gorącą żarówką mogą być temperamentne i mieć sporo dziwactw i wyzwań. Na następnej stronie omówiono niektóre z tych cech.

Pierwszy silnik z gorącą żarówką

Brytyjski wynalazca Herbert Akroyd Stuart stworzył pomysł silnika z gorącą żarówką pod koniec XIX wieku. Pierwsze prototypy zostały zbudowane w 1886 roku. Pomysł został podjęty przez angielskich konstruktorów silników, Richarda Hornsby & Sons. Produkcja silników rozpoczęła się w 1891 roku jako „Hornsby Akroyd Patent Oil Engine. Silnik Hornsby Akroyd był modelem czterosuwowym. W Stanach Zjednoczonych dwaj niemieccy imigranci, Meitz i Weiss, rozpoczęli produkcję dwusuwowej gorącej żarówki razem z Josephem Dzień.

Na przełomie XIX i XX wieku silniki osiągnęły szczyt popularności i były produkowane przez setki producentów. Był to również czas, kiedy kwitła produkcja energii elektrycznej, a silniki były używane do napędzania dynama. Szwecja była dużym użytkownikiem silników (głównie do łodzi rybackich), z ponad 70 producentami, ostatecznie zajmując około 80% udziału w rynku do 1920 r..

Jedną z największych zalet silników z gorącą żarówką była możliwość wykorzystania każdego rodzaju paliwa surowego. Zasadniczo, gdyby paliwo mogło przepłynąć przez rurę i spłonęło, prawdopodobnie mógłby na nim pracować silnik z gorącą żarówką.

Ten aspekt ich charakteru sprawił, że silniki stały się popularne na odizolowanych odcinkach ropociągów, które oferowały gotowe dostawy nierafinowanego paliwa. Maszyny były głównie stacjonarne, chociaż było kilka zabytkowych traktorów, które do napędu wykorzystywały silniki z gorącą żarówką. Jako stacjonarne źródło energii maszyny te były idealne do zastosowań przemysłowych, czy to w małym sklepie, czy w małym tartaku, zapewniały stałą moc za niską cenę. Jednak ze względu na ich małą moc wyjściową - ciągnik rolniczy potrzebował do działania silnika z gorącą żarówką o pojemności około 20 litrów - silniki nie były używane w większych zastosowaniach przemysłowych, takich jak napędzanie młyna.

Preston Foster, kurator kolekcji w Coolspring Power Museum i profesjonalny specjalista od renowacji starych silników, powiedział, że silniki z gorącymi żarówkami były idealne do ich czasu i miejsca, ale miały pewne wady.

Na przykład silniki z gorącą żarówką nie działały dobrze na bardziej rafinowanych paliwach, takich jak gaz lub olej napędowy. „Była to głównie nafta i inne mniej rafinowane paliwa” - powiedział Foster.

Silniki, zwłaszcza odmiana dwusuwowa, również były podatne na bieganie do tyłu, do przeciążenia paliwem i prawie wymykały się spod kontroli, zanim gubernator zdążył nadrobić zaległości. Foster powiedział, że komponenty silnika zostały wykonane w czasie, gdy metalurgia silników i obróbka skrawaniem były stosunkowo surowe, części mogły się łatwo zepsuć, a znalezienie zamienników było trudne.

W amerykańskich modelach dwusuwowych silnik od czasu do czasu zbierał olej ze skrzyni korbowej i wykorzystywał go jako paliwo, pozbawiając się smarowania..

To właśnie te wady, połączone z ulepszeniami metalurgii i obróbki skrawaniem, doprowadziły do ​​upadku silnika z gorącą żarówką.

Uderzenie lub pudło

Czas zapłonu w silnikach z gorącymi żarówkami to kwestia chybiona lub chybiona, stąd potrzeba ciężkiego koła zamachowego. Czas był generalnie określany na podstawie temperatury i obciążenia silnika.

Przed rokiem 1910 paliwo było wtryskiwane do parownika na początku suwu ssania. Skutkowało to niezsynchronizowaniem początku spalania z kątem wału korbowego. To z kolei oznaczało, że silnik pracowałby płynnie tylko przy jednym zestawie obrotów lub pod jednym rodzajem obciążenia. Zwiększenie obciążenia lub obrotów (silniki pracowały najlepiej między 50 a 300 obr / min) spowodowałoby wzrost temperatury żarówki i skrócenie czasu zapłonu. Doprowadziło to do przedwczesnego zapłonu i nieudanych uderzeń. Wiele silników wykorzystywało kroplówkę wody do chłodzenia parownika i powstrzymania najgorszego przedwczesnego zapłonu.

Po 1910 roku technologia silnika uległa poprawie i zaczęła obejmować wtrysk paliwa pod ciśnieniem, pompy i precyzyjne dostarczanie. Czas stał się lepszy, a silniki stały się bardziej niezawodne i nieco bardziej zmienne.

Dwucylindrowy, 70-konny silnik z gorącą żarówką zbudowany przez W.H. Allen & Sons w 1923 roku. Silnik jest prezentowany w Internal Fire Museum of Power w Tangygroes w Walii w Wielkiej Brytanii. Zdjęcie dzięki uprzejmości J.Grovera

Do początku XX wieku rozwiązano większość problemów związanych z obróbką wydajnych i mocnych silników gazowych i wysokoprężnych. Inżynierowie rozwiązali również problemy związane z zapłonem iskrowym, zapłonem samoczynnym, synchronizacją oraz regulacją prędkości i mocy silnika. Rosła również dostępność do bardziej rafinowanego, a przez to wydajniejszego paliwa. Wszystkie te czynniki doprowadziły do ​​powolnej śmierci silników z żarówkami.

Rozważ moc silnika z gorącą żarówką. Chociaż zostały zbudowane wystarczająco duże, aby generować 60 koni mechanicznych, ich stopień sprężania pozostał mały, około 5 do 1. Nawet surowy silnik wysokoprężny mógł generować stopień sprężania około 15 do 1. Oznaczało to większą moc i większy moment obrotowy, a wszystko to w mniejszym, wygodniejszy pakiet.

Silniki z gorącymi żarówkami były używane w Skandynawii do lat trzydziestych XX wieku i nadal można je spotkać, choć rzadko, na łodziach kanałowych w Anglii. Jednak w większości silniki z gorącymi żarówkami są teraz raczej ciekawostkami niż użytecznymi narzędziami.

„To było świetne źródło w swoim czasie i miejscu” - powiedział Foster, dodając, że silniki z gorącą żarówką po prostu nie nadążały za zmianami technologicznymi. „Myślę, że można powiedzieć, że było to brakujące ogniwo między pierwszymi silnikami a nowoczesnymi silnikami” - powiedział.

Powiązane artykuły

• Car Smarts: Silniki
• Car Smarts: Osiągi silnika
• Jak działają silniki dwusuwowe
• Jak działają dwusuwowe silniki wysokoprężne
• Jak działają silniki samochodowe
• Jak działa rafinacja ropy naftowej
• Jak działają silniki obrotowe

Więcej świetnych linków

• Forum zabytkowych ciągników
• Muzeum energii Coolspring
• The Historical Engine Society
• Stacjonarny Klub Maszynowy Szwecji

Źródła

• Foster, Preston. Kurator zbiorów, Muzeum Coolspring Power. Wywiad osobisty przeprowadzony 2 marca 2011 roku.
• McArthur, Mike; „Przywrócenie Meitza i Weissa”. Kolekcjoner farm. Styczeń / luty 1987. (28 lutego 2011) http://gasengine.farmcollector.com/Gas-Engines/Mietz-and-Weiss-Restoration.aspx
• Seber, Harold. Emerytowany producent narzędzi i konserwator starych silników. Wywiad osobisty przeprowadzony 3 marca 2011 roku.
• Taubeneck, Walter A. „Silniki wysokoprężne i inne silniki spalinowe”. Kolekcjoner farm. Wrzesień / październik 1996. (28 lutego 2011) http://gasengine.farmcollector.com/Gas-Engines/Diesel-and-Other-Internal-Combustion-Engines.aspx