Hot-bulb engine

Введение

Двигатель внутреннего сгорания Двигатель горячей лампы, также известный как полудизель,

Четырехтактный нефтяной двигатель Hornsby-Akroyd

Концепцию этого двигателя разработал английский изобретатель Герберт Акройд Стюарт. Первые прототипы были построены в 1886 году, а производство началось в 1891 году компанией Richard Hornsby & Sons из Грантема, Линкольншир, Англия под названием Hornsby Akroyd Patent Oil Engine under license.

Двухтактные двигатели с горячей лампой

Несколько лет спустя, конструкция Akroyd Stuart была развита в Соединенных Штатах немецкими эмигрантами Mietz и Weiss, которые объединили двигатель горячей лампы с двухтактным принципом очистки, разработанным Джозефом Дэй, чтобы обеспечить почти в два раза больше мощности, по сравнению с четырехтактным двигателем того же размера. Подобные двигатели для сельскохозяйственного и морского использования были построены J. V. Svensons Motorfabrik, Bolinders, Lysekils Mekaniska Verkstad, AB Pythagoras и многими другими заводами в Швеции.

Сравнение с дизельным двигателем

Двигатель Akroyd Stuart был первым двигателем внутреннего сгорания, использующим систему впрыска топлива под давлением, а также первым, использующим отдельную испаряющую камеру сгорания. Это предшественник всех двигателей с горячей лампой, который считается предшественником дизельных двигателей с передкомнатным впрыском. Масляный двигатель Hornsby Akroyd и другие двигатели с горячей лампой отличаются от конструкции Рудольфа Дизеля, где зажигание происходит только за счет тепла сжатия: у двигателя с акроидом будет соотношение сжатия от 3:1 до 5:1, тогда как у типичного дизельного двигателя будет гораздо более высокое соотношение сжатия, обычно от 15:1 до 20:1, что делает его более эффективным. Кроме того, в акроидный двигатель топливо впрыскивается во время раннего впускного хода (при 140 ° BTDC), а не в пик сжатия (при 15 ° BTDC), как в дизельном двигателе.

Работа и рабочий цикл

Двигатель с горячей лампой имеет общую структуру почти со всеми другими двигателями внутреннего сгорания, в том, что он имеет поршень внутри цилиндра, соединенный с маховиком соединительным стержнем и коленчатым валом. Оригинальный двигатель Akroyd Stuart работал на четырехступенчатом цикле (индукция, сжатие, мощность и выхлоп), и Hornsby продолжал строить двигатели по этой конструкции, как и несколько других британских производителей, таких как Blackstone и Crossley. Производители в Европе, Скандинавии и Соединенных Штатах (и некоторые британские фирмы, включая Petter, Gardner и Allen) строили двигатели, работающие на двухтактном цикле с очисткой каркаса. Последний тип составлял большую часть производства двигателей с горячей лампой. Поток газов через двигатель контролируется клапанами в четырехступенчатых двигателях и портами, закрывающими и раскрывающими порты в стенке цилиндра в два хода. В двигателе с горячей лампой сгорание происходит в отдельной камере сгорания, "испаряющей камере" (также называемой "горячей лампой"), обычно установленной на головке цилиндра, в которую распыляется топливо. Он соединен с цилиндром узким проходом и нагревается газами сгорания во время работы; для запуска используется внешний пламя, такое как факел или медленный фитиль; на более поздних моделях иногда использовались электрическое нагревание или пиротехника. Другой метод заключался в включении свечи зажигания и вибраторной катушки; двигатель запускался на бензине (бензине) и переключался на масло после подогрева до рабочей температуры. Время предварительного нагрева зависит от конструкции двигателя, типа используемого нагрева и температуры окружающей среды, но для большинства двигателей в умеренном климате обычно составляет от 2 до 5 минут до получаса, если двигатель работает в экстремальных условиях или двигатель особенно большой. Затем двигатель перевернут, обычно вручную, но иногда с помощью сжатого воздуха или электродвигателя. После запуска двигателя тепло сжатия и зажигания поддерживает горячую лампу на необходимой температуре, и лампочку или другой источник тепла можно удалить. После этого двигатель не нуждается во внешнем тепле и требует только подачи воздуха, мазута и смазочного масла для работы. Однако при низкой мощности лампочка может слишком сильно охлаждаться. Если нагрузка на двигатель низкая, температуры сгорания могут быть недостаточными для поддержания температуры горячей лампы. По этой причине многие двигатели с горячей лампой не могут работать без дополнительного нагрева. Некоторые двигатели имели клапан дроссельного клапана в воздухозаборниках для сокращения подачи избыточного холодного воздуха при работе с небольшой нагрузкой и/или низкой скоростью, а другие имели регулируемые сопла распылителя топлива, которые можно было настроить так, чтобы подавать сильный струя мазута в ядро горячей лампы, где температура была бы наибольшей, а не обычный широкий распыление атомированного топлива, для поддержания самосожжения при длительной работе с низкой нагрузкой или холостом ходу. По мере увеличения нагрузки двигателя, повышается и температура лампы. Это приводит к тому, что начало сгорания продвигается (вступает в действие раньше в цикле), что снижает мощность и эффективность. Если допустить слишком большое продвижение горения, может произойти повреждение предварительного зажигания. Это было ограничивающим фактором выходной мощности двигателей с горячей лампой, и для того, чтобы обойти этот предел, некоторые двигатели с горячей лампой имеют систему, при которой вода капает в воздухозаборник, чтобы снизить температуру заряда воздуха и противодействовать предварительному воспламенению, что позволяет увеличить выходной мощность. Тот факт, что двигатель может оставаться без присмотра в течение длительного времени во время работы, сделал двигатели с горячей лампой популярным выбором для применения, требующего постоянной мощности, таких как сельскохозяйственные тракторы, генераторы, насосы и движение канала.

The hot bulb engine shares its basic layout with nearly all other internal combustion engines, in that it has a piston, inside a cylinder, connected to a flywheel by a connecting rod and crankshaft. Akroyd Stuart's original engine operated on the four stroke cycle (induction, compression, power and exhaust), and Hornsby continued to build engines to this design, as did several other British manufacturers such as Blackstone and Crossley. Manufacturers in Europe, Scandinavia and in the United States (and some British firms including Petter, Gardner and Allen) built engines working on the two stroke cycle with crankcase scavenging. The latter type formed the majority of hot bulb engine production. The flow of gases through the engine is controlled by valves in four stroke engines, and by the piston covering and uncovering ports in the cylinder wall in two strokes. In the hot bulb engine, combustion takes place in a separated combustion chamber, the "vaporizer" (also called the "hot bulb"), usually mounted on the cylinder head, into which fuel is sprayed. It is connected to the cylinder by a narrow passage and is heated by combustion gases while running; an external flame, such as a blow torch or slow burning wick, is used for starting; on later models, electric heating or pyrotechnics were sometimes used. Another method was the inclusion of a spark plug and vibrator coil ignition; the engine would be started on petrol (gasoline) and switched over to oil after warming to running temperature. The pre heating time depends on the engine design, the type of heating used and the ambient temperature, but for most engines in a temperate climate generally ranges from 2 to 5 minutes to as much as half an hour if operating in extreme cold or the engine is especially large. The engine is then turned over, usually by hand, but sometimes by compressed air or an electric motor. Once the engine is running, the heat of compression and ignition maintains the hot bulb at the necessary temperature, and the blow lamp or other heat source can be removed. Thereafter, the engine requires no external heat and requires only a supply of air, fuel oil and lubricating oil to run. However, under low power the bulb could cool off too much. If the load on the engine is low, combustion temperatures may not be sufficient to maintain the temperature of the hot bulb. Many hot bulb engines cannot be run off load without auxiliary heating for this reason. Some engines had a throttle valve in their air intakes to cut down the supply of excess cold air for when running at light load and/or low speed, and others had adjustable fuel sprayer nozzles that could be adjusted to deliver a strong jet of fuel oil into the core of the hot bulb where temperatures would be greatest, rather than the normal wide spray of atomised fuel, to maintain self combustion under prolonged low load running or idling. Equally, as the engine's load increases, so does the temperature of the bulb. This causes the start of combustion to advance (occurring earlier in the cycle) which reduces power and efficiency. If combustion is allowed to advance too much then damaging pre ignition can occur. This was a limiting factor on the power output of hot bulb engines and in order to circumvent this limit some hot bulb engines feature a system whereby water is dripped into the air intake to reduce the temperature of the air charge and counteract pre ignition, thus allowing higher power outputs. The fact that the engine can be left unattended for long periods while running made hot bulb engines a popular choice for applications requiring a steady power output, such as farm tractors, generators, pumps and canal boat propulsion.

Двигатели четыреххтактные

Воздух втягивается в цилиндр через впускный клапан по мере спуска поршня (индукционный ход). В течение того же хода топливо впрыскивается в испаритель механическим (отталкивающим) топливным насосом через сопла. Впрыскиваемое топливо испаряется при контакте с горячей внутренней частью испарителя, но тепло не достаточно, чтобы вызвать зажигание. Воздух в цилиндре затем проходит через отверстие в испарителе по мере подъема поршня (нажатие), где он слегка сжимается (соотношение около 3: 1), этого недостаточно, чтобы вызвать значительное повышение температуры заряда воздуха, которое в основном вызвано нагреванием воздуха при контакте с внутренними поверхностями горячей лампы (красно-горячий из-за внешнего нагрева, применяемого перед запуском или из-за сохраняемого тепла сгорания при работе двигателя). Сжатие в основном служит для создания турбулентного движения воздуха из цилиндра в испаритель, который смешивается с предварительно испариваемым мазутом. Это смешивание и увеличение содержания кислорода, когда воздух слегка сжимается в испарителе, вызывает спонтанное воспламенение паров мазута. Сгорание топливного заряда завершается в горячей лампе, но создает расширяющийся заряд выхлопных газов и перегретого воздуха. Полученное давление приводит поршень вниз (мощный ход). Действие поршня преобразуется в вращательное движение с помощью сборки коленчатого вала, к которому может быть прикреплено оборудование для выполнения работы. Маховик сохраняет импульс, часть которого используется для вращения двигателя, когда мощность не производится. Высота поршня, выброс выхлопных газов через выхлопный клапан (выхлопный ход). Затем цикл начинается заново.

Двухтактные двигатели

Основные действия впрыска топлива и сгорания являются общими для всех двигателей с горячей лампой, независимо от того, четырех или двуххтактные. Цикл начинается с поршня в нижней части его хода. По мере подъема она втягивает воздух в картер через впускной вход. Одновременно с этим в испаритель впрыскивается топливо. Заряд воздуха сверху поршня вводится в испаритель, где он смешивается с атомизированным топливом и происходит сгорание. Пистон проходит вниз по цилиндру. Когда он опускается, поршень сначала открывает выхлопный вход. Выхлопные газы под давлением вытекают из цилиндра. Через некоторое время после открытия выхлопного отверстия, нисходящий поршень открывает переносный отверстие. Теперь поршень приводит в состояние давления воздух в картер, который проходит через переключатель и в пространство над поршнем. Часть поступающего заряда воздуха теряется из открытого выхлопного отверстия, чтобы гарантировать, что все выхлопные газы будут очищены из цилиндра, процесс, известный как "прокалывание". Затем поршень достигает нижней части хода и начинает подниматься снова, втягивая свежий заряд воздуха в картер и завершая цикл. Индукция и сжатие выполняются вверх по ходу, в то время как мощность и выхлоп происходят вниз по ходу. Для подачи масла в коробку коленчатого вала необходимо подавать масло для смазки подшипников коленчатого вала. Поскольку картер также используется для подачи воздуха в двигатель, смазочное масло двигателя поступает в цилиндр с воздушным зарядом, сжигается во время сгорания и выводится из выхлопного газа. Масло, которое переносится из картера в цилиндр, используется для смазки поршня. Это означает, что двухступенчатый двигатель с горячей лампой будет постепенно сжигать свой запас смазочного масла, конструкция, известная как система смазки с "полной потерей". Существовали также конструкции, которые использовали очистный насос или аналогичный для удаления масла из картера и возвращения его в резервуар смазочного масла. Тракторы Lanz с горячей лампой и их многие имитаторы имели эту особенность, которая значительно сократила потребление нефти. Кроме того, если при пуске двигателя в коробке есть избыток масла, то существует опасность того, что двигатель запустится и неконтролируемо ускорится до предела скорости вращающихся и перемещающихся компонентов. Это может привести к разрушению двигателя. Обычно есть зажим или шланг, который позволяет сливать картер перед запуском. Отсутствие клапанов и удвоенный рабочий цикл также означает, что двухступенчатый двигатель с горячей лампой может работать одинаково хорошо в обоих направлениях. Общая техника запуска для небольших двухступенчатых двигателей заключается в том, чтобы повернуть двигатель против нормального направления вращения. Отсос "отскакивает" от фазы сжатия с достаточной силой, чтобы вращать двигатель в правильном направлении и запускать его. Эта двунаправленная работа была преимуществом в морских приложениях, поскольку двигатель мог, как и паровой двигатель, двигать судно вперед или назад без необходимости коробки передач. Направление можно было изменить, остановив двигатель и снова запустив его в другом направлении, или, при достаточном мастерстве и времени со стороны оператора, замедлив двигатель, пока он не будет иметь достаточно импульса, чтобы отскочить от собственного сжатия и работать в другую сторону. Поскольку впрыск топлива происходит до сжатия и потому, что сгорание не связано непосредственно с определенной точкой вращения двигателя (как впрыск / сгорание в дизельном двигателе или зажигание / сгорание в двигателе с искровым зажиганием), также можно настроить заправку на двухступенчатый двигатель с горячей лампой таким образом, чтобы сгорание произошло незадолго до того, как поршень достигнет верхнего мертвого центра, в результате чего двигатель переворачивает направление вращения, пока поршень не приблизится к TDC, когда происходит сгорание и вращение снова переворачивается, двигатель может работать бесконечно таким образом, не завершая полного вращения коленчатого вала. Двигатель с горячей лампой уникален среди двигателей внутреннего сгорания тем, что может работать с "нулевыми оборотами в минуту". Это также было привлекательной характеристикой двигателя для морского использования, поскольку его можно было оставить "в работе" без создания значительной тяги, избегая необходимости в�...

The basic action of fuel injection and combustion is common to all hot bulb engines, whether four or two stroke. The cycle starts with the piston at the bottom of its stroke. As it rises, it draws air into the crankcase through the inlet port. At the same time fuel is sprayed into the vaporiser. The charge of air on top of the piston is driven into the vaporiser, where it mixes with the atomised fuel and combustion takes place. The piston is driven down the cylinder. As it descends, the piston first uncovers the exhaust port. The pressurised exhaust gases flow out of the cylinder. A fraction after the exhaust port is uncovered, the descending piston uncovers the transfer port. The piston is now pressurising the air in the crankcase, which is forced through the transfer port and into the space above the piston. Part of the incoming air charge is lost out of the still open exhaust port to ensure all the exhaust gases are cleared from the cylinder, a process known as "scavenging". The piston then reaches the bottom of its stroke and begins to rise again, drawing a fresh charge of air into the crankcase and completing the cycle. Induction and compression are carried out on the upward stroke, while power and exhaust occur on the downward stroke. A supply of lubricating oil must be fed to the crankcase to supply the crankshaft bearings. Since the crankcase is also used to supply air to the engine, the engine's lubricating oil is carried into the cylinder with the air charge, burnt during combustion and carried out of the exhaust. The oil carried from the crankcase to the cylinder is used to lubricate the piston. This means that a two stroke hot bulb engine will gradually burn its supply of lubricating oil, a design known as a "total loss" lubricating system. There were also designs that employed a scavenge pump or similar to remove oil from the crankcase and return it to the lubricating oil reservoir. Lanz hot bulb tractors and their many imitators had this feature, which reduced oil consumption considerably. In addition, if excess crankcase oil is present on start up, there is a danger of the engine starting and accelerating uncontrollably to well past the speed limits of the rotating and reciprocating components. This can result in destruction of the engine. There is normally a bung or stopcock that allows draining of the crankcase before starting. The lack of valves and the doubled up working cycle also means that a two stroke hot bulb engine can run equally well in both directions. A common starting technique for smaller two stroke engines is to turn the engine over against the normal direction of rotation. The piston will "bounce" off the compression phase with sufficient force to spin the engine the correct way and start it. This bi directional running was an advantage in marine applications, as the engine could, like the steam engine, drive a vessel forward or in reverse without the need for a gearbox. The direction could be reversed either by stopping the engine and starting it again in the other direction, or, with sufficient skill and timing on the part of the operator, slowing the engine until it carried just enough momentum to bounce against its own compression and run the other way. Because fuel injection takes place before compression and because combustion is not directly linked to a specific point in the engine's rotation (as with injection/combustion in a diesel engine or ignition/combustion in a spark ignition engine), it is also possible to set the fueling on a two stroke hot bulb engine so that combustion occurs just before the piston reaches top dead centre, causing the engine to reverse direction of rotation until the piston next approaches TDC, when combustion takes place and rotation reverses again the engine can run indefinitely in this way without ever completing a full rotation of the crankshaft. The hot bulb engine is unique amongst internal combustion engines in being able to run at 'zero revolutions per minute'. This was also an attractive characteristic of the engine for marine use, since it could be left 'running' without generating meaningful thrust, avoiding the need to shut the engine down and later carry out the lengthy starting procedure. The bi directional abilities of the engine were an undesirable quality in hot bulb powered tractors equipped with gearboxes. At very low engine speeds the engine could reverse itself almost without any change in sound or running quality and without the driver noticing until the tractor drove in the opposite direction to that intended. Lanz Bulldog tractors featured a dial, mechanically driven by the engine, that showed a spinning arrow. The arrow pointed in the direction of normal engine rotation; if the dial spun the other way, the engine had reversed itself.

Преимущества

В то время, когда был изобретен двигатель горячей лампы, его величайшей привлекательностью были его эффективность, простота и простота эксплуатации по сравнению с паровой машиной, которая тогда была доминирующим источником энергии в промышленности. Паровые двигатели без конденсатора достигают средней тепловой эффективности (частицы генерируемого тепла, которая фактически превращается в полезную работу) около 6%. Двигатели с горячей лампой могут легко достичь 12% тепловой эффективности. С 1910-х по 1950-е годы двигатели с горячей лампой были более экономичными в производстве с низким давлением впрыска сырого топлива и имели более низкое соотношение сжатия, чем двигатели сжатия сжигания дизеля. Горячая лампочка гораздо проще в конструкции и эксплуатации, чем паровая машина. Для котлов требуется, по крайней мере, один человек, чтобы добавить воду и топливо по мере необходимости и контролировать давление, чтобы предотвратить перенапряжение и в результате взрыва. Если двигатель с горячей лампой оснащен автоматической системой смазки и регулятором для регулирования оборота, то он может работать без присмотра в течение нескольких часов. Еще одна привлекательная особенность - это их безопасность. Паровой двигатель с открытым огнем и горячим котлом, паровыми трубами и рабочим цилиндром не мог использоваться в воспламеняющихся условиях, таких как фабрики боеприпасов или топливные заводы. Горячие двигатели также производили более чистые выхлопные газы. Большая опасность парового двигателя заключалась в том, что если давление в котле становится слишком высоким и отказывает предохранительный клапан, может произойти очень опасный взрыв, хотя это было относительно редким явлением к тому времени, когда был изобретен двигатель с горячей лампой. Более распространенной проблемой было то, что если уровень воды в котле паровой машины упал слишком низко, свинцовая пробка в верхней части печи растаяла, и огонь погас. Если у двигателя с горячей лампой кончается топливо, он просто останавливается и может быть немедленно перезапущен с дополнительным количеством топлива. Водяное охлаждение обычно было замкнутым контуром, поэтому не было бы потери воды, если бы не было утечки. Если охлаждающая вода иссякла, двигатель мог захватить через перегрев большую проблему, но она не несла опасности взрыва. Некоторые двигатели, в том числе используемые в тракторах Lanz Bulldog, имели плавленную пробку, установленную в горячей лампе. Если двигатель перегревается, пробка расплавится, предотвращая сжатие и сгорание и остановку двигателя до серьезного повреждения, что является особенно желательной особенностью для двигателей, которые должны работать без присмотра. По сравнению с паровыми, бензиновыми (цикл Отто) и двигателями с компрессионным зажиганием (дизельный цикл), двигатели с горячей лампой проще, и поэтому имеют меньше потенциальных проблем. Здесь нет электрической системы, как в бензиновом двигателе, и нет внешнего котла и паровой системы, как в паровом двигателе. Еще одной большой привлекательностью двигателя с горячей лампой была его способность работать на широком диапазоне топлива. Можно использовать даже плохо горючее топливо, поскольку сочетание испарителя и компрессионного зажигания означало, что такое топливо можно было сжечь. Обычно топливом было мазут, аналогичный современному дизельному топливу, но также можно использовать природный газ, керосин, сырую нефть, растительное масло или креозот. Это сделало двигатель с горячей лампой очень дешевым, поскольку он мог работать на легкодоступных топливах. Некоторые даже запускали двигатели на использованном моторном масле, обеспечивая таким образом почти бесплатную энергию. Недавно эта способность использовать много видов топлива привела к интересу к использованию двигателей с горячей лампой в развивающихся странах, где они могут работать на местном биотопливе. Из-за длительного времени предварительного нагрева двигатели с горячей лампой обычно легко запускаются даже в чрезвычайно холодных условиях. Это сделало их популярным выбором в холодных регионах, таких как Канада и Скандинавия, где паровые двигатели не были жизнеспособными, а ранние бензиновые и дизельные двигатели не могли работать. Однако это также делает их непригодными для использования в течение короткого времени, особенно в автомобиле.

At the time the hot bulb engine was invented, its great attractions were its efficiency, simplicity, and ease of operation in comparison to the steam engine, which was then the dominant source of power in industry. Condenserless steam engines achieved an average thermal efficiency (the fraction of generated heat that is actually turned into useful work) of around 6%. Hot bulb engines could easily achieve 12% thermal efficiency. From the 1910s to the 1950s, hot bulb engines were more economical to manufacture with their low pressure crude fuel injection and had a lower compression ratio than Diesel's compression ignition engines. The hot bulb engine is much simpler to construct and operate than the steam engine. Boilers require at least one person to add water and fuel as needed and to monitor pressure to prevent overpressure and a resulting explosion. If fitted with automatic lubrication systems and a governor to control engine speed, a hot bulb engine could be left running unattended for hours at a time. Another attraction was their safety. A steam engine, with its exposed fire and hot boiler, steam pipes and working cylinder could not be used in flammable conditions, such as munitions factories or fuel refineries. Hot bulb engines also produced cleaner exhaust fumes. A big danger with the steam engine was that if the boiler pressure grew too high and the safety valve failed, a highly dangerous explosion could occur, although this was a relatively rare occurrence by the time the hot bulb engine was invented. A more common problem was that if the water level in the boiler of a steam engine dropped too low, the lead plug in the crown of the furnace would melt, extinguishing the fire. If a hot bulb engine ran out of fuel, it would simply stop and could be immediately restarted with more fuel. The water cooling was usually closed circuit, so no water loss would occur unless there was a leak. If the cooling water ran low, the engine would seize through overheating — a major problem, but it carried no danger of explosion. Some engines, including those used in Lanz Bulldog tractors, had a fusible plug fitted in the hot bulb. If the engine overheated the plug would melt, preventing compression and combustion and stopping the engine before major damage could occur a particularly desirable feature on engines that were to run unattended. Compared with steam, petrol (Otto cycle), and compression ignition (Diesel cycle) engines, hot bulb engines are simpler, and therefore have fewer potential problems. There is no electrical system as found on a petrol engine, and no external boiler and steam system as on a steam engine. Another big attraction with the hot bulb engine was its ability to run on a wide range of fuels. Even poorly combustible fuels could be used, since a combination of vaporiser and compression ignition meant that such fuels could be made to burn. The usual fuel was fuel oil, similar to modern day diesel fuel, but natural gas, kerosene, crude oil, vegetable oil or creosote could also be used. This made the hot bulb engine very cheap to run, since it could be run on readily available fuels. Some operators even ran engines on used engine oil, thus providing almost free power. Recently, this multi fuel ability has led to an interest in using hot bulb engines in developing nations, where they can be run on locally produced biofuel. Due to the lengthy pre heating time, hot bulb engines usually started easily, even in extremely cold conditions. This made them popular choices in cold regions, such as Canada and Scandinavia, where steam engines were not viable and early petrol and diesel engines could not be relied upon to operate. However, it also makes them unsuitable for short time running use, especially in an automobile.

Применение

Надежность двигателя горячей лампы, их способность работать на различных видах топлива и тот факт, что они могут работать в течение нескольких часов или дней, сделали их чрезвычайно популярными среди сельскохозяйственных, лесных и морских пользователей, где они использовались для перекачки и для питания фрезерных, пиломатериалов и дробильных машин. Горячие двигатели также использовались на дорожных роликах и тракторах. J. V. Svenssons Motorfabrik, i Augustendal в Стокгольме Швеция использовала двигатели горячей лампы в своем мотоплаве Type 1, произведенном с 1912 по 1925 год. Munktells Mekaniska Verkstads AB, в Эскилстуне, Швеция, производила сельскохозяйственные тракторы с двигателями горячей лампы с 1913 года. Heinrich Lanz AG в Мангейм, Германия, начала использовать двигатели горячей лампы в 1921 году на тракторе Lanz HL. Другими известными производителями тракторов, которые использовали двигатели с колпаками, были Bubba, Gambino, Landini и Orsi в Италии, HSCS в Венгрии, SFV во Франции и Ursus в Польше (который произвел Ursus C 45, прямую копию Lanz Bulldog D 9506 1934 года, после Второй мировой войны). В начале XX века в Европе было несколько сотен производителей двигателей с горячей лампой для морского использования. Только в Швеции насчитывалось более 70 производителей, из которых Bolinder является наиболее известным; в 1920-х годах они занимали около 80% мирового рынка. Норвежский Sabb был очень популярным двигателем горячей лампы для небольших рыбацких судов, и многие из них все еще работают. В Америке, Standard, Weber, Reid, Stickney, Oil City и Fairbanks Morse построили двигатели с горячей лампой. Ограничением конструкции двигателя было то, что он мог работать только на довольно узкой (и низкой) полосе скоростей, обычно от 50 до 300 оборотов в минуту. Это затрудняло адаптацию двигателя горячей лампы к автомобильным применениям, за исключением таких транспортных средств, как тракторы, где скорость не была основным требованием. Это ограничение мало влияло на стационарные приложения, где двигатель с горячей лампой был очень популярен. Из-за длительного времени предварительного нагрева двигатели с горячей лампой пользовались популярностью только у пользователей, которым необходимо запускать двигатели в течение длительных периодов времени, когда процесс предварительного нагрева составлял лишь небольшой процент от общего периода работы. Это включало использование морских средств, особенно в рыболовных судах, и нагрузку или дренаж. Мотор с горячей лампой был изобретен в то же время, когда были усовершенствованы динамо и электрические световые системы, и производство электроэнергии было одним из основных применений двигателя с горячей лампой. Двигатель мог достичь более высокой скорости вращения, чем стандартный паровая машина, хотя высокоскоростные паровые двигатели были разработаны в 1890-х годах, а его низкие требования к топливу и техническому обслуживанию, включая возможность использования и обслуживания только одним человеком, сделали его идеальным для малого производства электроэнергии. Генераторы, работающие на двигателях с горячей лампой, были установлены во многих крупных домах в Европе, особенно в сельских районах, а также на фабриках, театрах, маяках, радиостанциях и многих других местах, где не было централизованной электрической сети. Обычно динамо или генератор отключается от маховика двигателя плоским ремнем, чтобы обеспечить необходимое "повышение скорости" - генератор вращался быстрее, чем двигатель. Такие компании, как Армстронг Уитворт и Бультон Пол, производили и поставляли полные генераторные установки, как двигатель, так и генератор, с 1900 года до конца 1920-х годов, когда формирование национальных сетевых систем во всем мире и замена двигателя горячей лампы дизельным двигателем вызвали падение спроса. Двигатели также использовались в районах, где пожар парового двигателя был бы неприемлемым риском пожара. Акройд Стюарт разработал первый в мире локомотив, работающий на топливном двигателе, "Лашезис", для Королевского арсенала в Вулвиче, где использование локомотивов ранее было невозможно из-за риска. Горячие лампочки оказались очень популярными для промышленных двигателей в начале 20-го века, но не имели мощности, чтобы использоваться в чем-либо большем.

The reliability of the hot bulb engine, their ability to run on many fuels and the fact that they can be left running for hours or days at a time made them extremely popular with agricultural, forestry and marine users, where they were used for pumping and for powering milling, sawing and threshing machinery. Hot bulb engines were also used on road rollers and tractors. J. V. Svenssons Motorfabrik, i Augustendal in Stockholm Sweden used hot bulb engines in their Typ 1 motor plough, produced from 1912 to 1925. Munktells Mekaniska Verkstads AB, in Eskilstuna, Sweden, produced agricultural tractors with hot bulb engines from 1913 onwards. Heinrich Lanz AG, in Mannheim, Germany, started to use hot bulb engines in 1921, in the Lanz HL tractor. Other well known tractor manufacturers that used bulb engines were Bubba, Gambino, Landini and Orsi in Italy, HSCS in Hungary, SFV in France, and Ursus in Poland (who produced the Ursus C 45, a direct copy of the 1934 Lanz Bulldog D 9506, after World War II). At the start of the 20th century there were several hundred European manufacturers of hot bulb engines for marine use. In Sweden alone there were over 70 manufacturers, of which Bolinder is the best known; in the 1920s they had about 80% of the world market. The Norwegian Sabb was a very popular hot bulb engine for small fishing boats, and many of them are still in working order. In America, Standard, Weber, Reid, Stickney, Oil City, and Fairbanks Morse built hot bulb engines. A limitation of the design of the engine was that it could only run over quite a narrow (and low) speed band, typically 50 to 300 rpm. This made the hot bulb engine difficult to adapt to automotive uses, other than vehicles such as tractors, where speed was not a major requirement. This limitation was of little consequence for stationary applications, where the hot bulb engine was very popular. Owing to the lengthy pre heating time, hot bulb engines only found favour with users who needed to run engines for long periods of time, where the pre heating process only represented a small percentage of the overall running period. This included marine use — especially in fishing boats — and pumping or drainage duties. The hot bulb engine was invented at the same time that dynamos and electric light systems were perfected, and electricity generation was one of the hot bulb engine's main uses. The engine could achieve higher R. P. M. than a standard reciprocating steam engine, although high speed steam engines were developed during the 1890s, and its low fuel and maintenance requirements, including the ability to be operated and maintained by only one person, made it ideal for small scale power generation. Generator sets driven by hot bulb engines were installed in numerous large houses in Europe, especially in rural areas, as well as in factories, theatres, lighthouses, radio stations and many other locations where a centralised electrical grid was not available. Usually, the dynamo or alternator would be driven off the engine's flywheel by a flat belt, to allow the necessary "gearing up" — making the generator turn at a faster speed than the engine. Companies such as Armstrong Whitworth and Boulton Paul manufactured and supplied complete generating sets, both the engine and generator, from the 1900s to the late 1920s, when the formation of national grid systems throughout the world and the replacement of the hot bulb engine by the diesel engine caused a drop in demand. The engines were also used in areas where the fire of a steam engine would be an unacceptable fire risk. Akroyd Stuart developed the world's first locomotive powered by a hot bulb oil engine, the "Lachesis", for the Royal Arsenal, Woolwich, where the use of locomotives had previously been impossible due to the risk. Hot bulb engines proved very popular for industrial engines in the early 20th century, but lacked the power to be used in anything larger.

Замена

Около 1910 года дизельный двигатель был значительно улучшен, с большей мощностью, доступной при большей эффективности, чем двигатель с горячей лампой. Дизельные двигатели могут достичь более 50% эффективности, если они спроектированы с учетом максимальной экономии, и они предлагали большую мощность для заданного размера двигателя из-за более эффективного метода сгорания. Они не имели горячей лампы, полагаясь исключительно на компрессионное зажигание, и предлагали большую простоту использования, поскольку они не требовали предварительного нагрева. Двигатель с горячей лампой был ограничен в его объеме с точки зрения скорости и общей мощности по отношению к размеру. Чтобы сделать двигатель с горячей лампой, способный приводить в движение корабль или локомотив, он должен был быть слишком большим и тяжелым. Моторы с горячей лампой, используемые в тракторах Landini, имели объем до 20 литров при относительно низкой мощности. Основным ограничением мощности и скорости двигателя горячей лампы был его способ сгорания. В дизельном двигателе сгорание контролируется путем впрыска топлива в сжатый воздух; поскольку никакое сгорание не может иметь место до впрыска топлива, время и продолжительность сгорания могут быть тщательно контролированы. В двигателе с горячей лампой топливо впрыскивалось в цилиндр до начала сжатия, и сгорание начиналось, когда заряд воздуха встречался с испаренным топливом в горячей лампе во время сжатия. Это означало, что сгорание было трудно контролировать с какой-либо степенью точности. Части заряда топлива в горячей лампе зажигались в разное время, часто до того, как поршень завершил ход сжатия. Это идентично предварительным зажиганию в обычном двигателе с искровым зажиганием и приводит к неравномерным силам и высоким термическим и физическим нагрузкам на внутренние части двигателя, особенно поршень. В двигателе с горячей лампой эту проблему можно было преодолеть только путем поддержания общих оборотов двигателя низкими, количества топлива, впрыскиваемого в каждый цикл, небольшим, а компоненты двигателя очень тяжелыми. В результате получился очень прочный двигатель, который был также большим и тяжелым, но при этом производил относительно небольшую мощность. Такие идеи, как впрыск воды (для уменьшения предварительного зажигания) и двигатель "горячей трубки" (который позволял изменять объем испарителя с частотой вращения двигателя, изменяя тем самым общее соотношение сжатия), добавляли сложность и стоимость и все еще не могли обеспечить соотношение мощности и веса в той же лиге, что и быстро развивающийся дизельный двигатель. Очень сложно создать равномерное сгорание в нескольких горячих лампах в многоцилиндровых двигателях. Низкое соотношение сжатия двигателя горячей лампы по сравнению с дизельными двигателями ограничивало его эффективность, мощность и скорость. Большинство двигателей с горячей лампой могли работать на максимальной скорости около 100 оборотов в минуту, в то время как к 1930-м годам были построены высокоскоростные дизельные двигатели, способные делать 2000 оборотов в минуту. Кроме того, из-за конструкции ламп горячего света и ограничений современной технологии в отношении системы инжекторов, большинство двигателей с горячей лампой были одноступенчатыми двигателями, работающими с фиксированной скоростью или в очень узком диапазоне скоростей. Дизельные двигатели могут быть спроектированы для работы на гораздо более широком диапазоне скоростей, что делает их более универсальными. Это сделало эти средние дизели очень популярным выбором для использования в генераторных установках, заменив двигатель горячей лампы в качестве двигателя выбора для малого производства электроэнергии. Развитие маломощных высокоскоростных дизельных двигателей в 1930-х и 1940-х годах привело к резкому снижению популярности двигателей с горячей лампой. Последний крупный производитель двигателей с горячей лампой прекратил производство в 1950-х годах, и они теперь практически исчезли в коммерческом использовании, за исключением очень отдаленных районов развивающегося мира. Исключением является использование в море; двигатели с горячей лампой широко применялись на баржах и узководных лодках в Европе. Первые две самодвижущиеся "моторные" узководные лодки Соединенного Королевства - Bournville I и Bournville II - были выпущены в 1911 году, и этот тип стал распространенным в период между 1920-ми и 1950...

From around 1910, the diesel engine was improved dramatically, with more power being available at greater efficiencies than the hot bulb engine could manage. Diesel engines can achieve over 50% efficiency if designed with maximum economy in mind, and they offered greater power for a given engine size due to the more efficient combustion method. They had no hot bulb, relying purely on compression ignition, and offered greater ease of use, as they required no pre heating. The hot bulb engine was limited in its scope in terms of speed and overall power to size ratio. To make a hot bulb engine capable of powering a ship or locomotive, it would have been prohibitively large and heavy. The hot bulb engines used in Landini tractors were as much as 20 litres in capacity for relatively low power outputs. The main limit of the hot bulb engine's power and speed was its method of combustion. In a diesel engine combustion is controlled by injecting fuel into compressed air; since no combustion can take place until fuel is injected, the timing and duration of combustion can be tightly controlled. In the hot bulb engine fuel was injected into the cylinder before compression began, and combustion would start as the air charge met the vaporised fuel in the hot bulb during the compression stroke. This meant that combustion was difficult to control to any degree of precision. Parts of the fuel charge throughout the hot bulb would ignite at different times, often before the piston had completed the compression stroke. This is identical to preignition in a conventional spark ignition engine and leads to uneven forces and high thermal and physical stresses on the engine's internal parts, especially the piston. In the hot bulb engine this problem could only be overcome by keeping the overall engine speeds low, the fuel quantity injected in each cycle small and the engine's components very heavily built. This resulted in a very durable engine, which was also large and heavy while producing a relatively low power output. Ideas such as water injection (to reduce preignition) and the "hot tube" engine (which allowed the volume of the vaporiser to be altered with engine speed, thus changing the overall compression ratio) added complexity and cost and still could not provide power to weight ratios in the same league as the rapidly developing diesel engine. To create even combustion throughout the multiple hot bulbs in multi cylinder engines is difficult. The hot bulb engine's low compression ratio in comparison to diesel engines limited its efficiency, power output and speed. Most hot bulb engines could run at a maximum speed of around 100 rpm, while by the 1930s high speed diesel engines capable of 2,000 rpm were being built. Also, due to the design of hot bulbs and the limitations of current technology in regard to the injector system, most hot bulb engines were single speed engines, running at a fixed speed, or in a very narrow speed range. Diesel engines can be designed to operate over a much wider speed range, making them more versatile. This made these medium sized diesels a very popular choice for use in generator sets, replacing the hot bulb engine as the engine of choice for small scale power generation. The development of small capacity, high speed diesel engines in the 1930s and 1940s, led to hot bulb engines falling dramatically out of favour. The last large scale manufacturer of hot bulb engines stopped producing them in the 1950s and they are now virtually extinct in commercial use, except in very remote areas of the developing world. An exception to this is marine use; hot bulb engines were widely fitted to inland barges and narrowboats in Europe. The United Kingdom's first two self powered "motor" narrowboats—Cadbury's Bournville I and Bournville II in 1911 and this type became common between the 1920s and the 1950s. With hot bulb engines being generally long lived and ideally suited to such a use, it is not uncommon to find vessels still fitted with their original hot bulb engines today. Although there is a common misconception that model glow plug engines are a variation of the hot bulb engine, this is not the case. Model glow engines are catalytic ignition engines. They take advantage of a reaction between platinum in the glow plug coil and methyl alcohol vapour whereby at certain temperatures and pressures platinum will glow in contact with the vapour.

1890-е годы1910

Двигатель с горячей лампой часто путают с дизельным двигателем, и это правда, что два двигателя очень похожи. В двигателе с горячей лампой есть видный испаритель горячей лампы; в дизельном двигателе нет. Другие существенные различия: двигатель с горячей лампой в основном повторно использует тепло, сохраняемое в испарителе, для зажигания топлива, достигая эффективности около 12%. Если нагрузка двигателя увеличивается, то и температура лампы, вызывая продление периода зажигания, вызывая предварительный зажигание. Чтобы противодействовать предварительному зажиганию, вода будет капать в воздухозаборник, обеспечивая некоторую гибкость. С помощью технологии, разработанной Robert Bosch GmbH, можно было создать насосные и инжекторные системы, работающие при гораздо более высоком давлении. В сочетании с высокоточными инжекторами, с 1927 года производились высокоскоростные дизельные двигатели. Горячие лампы начали развивать трещины и разрывы и постепенно были заменены водяными охлаждаемыми головками цилиндров с плоской горячей точкой. Со временем соотношение сжатия увеличилось с 3:1 до 14:1. Впрыск топлива начался с 135 градусов перед верхним мертвым центром с низким сжатием до 20 градусов перед верхним мертвым центром с более поздними двигателями с более высоким сжатием, увеличивающими коэффициент горячего воздуха для зажигания и повышая эффективность топлива. Завод двигателей Пифагора в Норталье в Швеции хранится как музей (Музей механической мастерской Пифагора) и имеет действующую производственную линию и обширные фабричные архивы.

Патенты

Патент США 845140 двигатель внутреннего сгорания, датированный 26 февраля 1907 года. Патент США 502837 Двигатель, работающий при взрыве смеси газа или углеводородного пара и воздуха, 8 августа 1893 года. Патент США 439702 Нефтяной двигатель или мотор, датированный 4 ноября 1890 года.