Двигатель с горячей колбой , также известный как полудизель [1] или двигатель Эйкройда , представляет собой тип двигателя внутреннего сгорания , в котором топливо воспламеняется при контакте с раскаленной металлической поверхностью внутри колбы, после чего следует введение воздуха (кислорода), сжатого в камеру горячей колбы поднимающимся поршнем. При введении топлива происходит некоторое воспламенение, но оно быстро расходует имеющийся в колбе кислород. Интенсивное воспламенение происходит только тогда, когда в камеру горячей колбы поступает достаточное количество кислорода на такте сжатия двигателя.
Большинство двигателей с горячим шариком выпускались как одно- или двухцилиндровые, низкооборотные двухтактные агрегаты с продувкой картера . [1]
Концепция этого двигателя была создана Гербертом Эйкройдом Стюартом , английским изобретателем. Первые прототипы были построены в 1886 году, а производство началось в 1891 году компанией Richard Hornsby & Sons из Грэнтема, Линкольншир, Англия, под названием Hornsby Akroyd Patent Oil Engine по лицензии. [2] [3]
Несколько лет спустя конструкция Эйкройда-Стюарта была доработана в Соединенных Штатах немецкими эмигрантами Митцем и Вайсом, которые объединили двигатель с горячей лампочкой с двухтактным принципом продувки , разработанным Джозефом Дэем , чтобы обеспечить почти вдвое большую мощность по сравнению с четырехтактным двигателем того же размера. Аналогичные двигатели для сельскохозяйственного и морского использования строили J. V. Svensons Motorfabrik, Bolinders , Lysekils Mekaniska Verkstad, AB Pythagoras и многие другие заводы в Швеции.
Двигатель Эйкройда-Стюарта был первым двигателем внутреннего сгорания, использовавшим систему впрыска топлива под давлением [4] , а также первым, использовавшим отдельную испарительную камеру сгорания. Он является предшественником всех двигателей с горячим баллоном, который считается предшественником дизельных двигателей с предкамерным впрыском.
Двигатель Hornsby-Akroyd на нефтяном топливе и другие двигатели с горячим шариком отличаются от конструкции Рудольфа Дизеля , где воспламенение происходит только за счет тепла сжатия; двигатель Akroyd будет иметь степень сжатия от 3:1 до 5:1, тогда как типичный дизельный двигатель будет иметь гораздо более высокую степень сжатия, обычно от 15:1 до 20:1, что делает его более эффективным. Кроме того, в двигателе Akroyd топливо впрыскивается во время раннего такта впуска (при 140° BTDC ), а не на пике сжатия (при 15° BTDC), как в дизельном двигателе. [5]
Двигатель с горячим баллоном имеет общую базовую компоновку почти со всеми другими двигателями внутреннего сгорания , в том смысле, что у него есть поршень внутри цилиндра , соединенный с маховиком с помощью шатуна и коленчатого вала . Оригинальный двигатель Эйкройда-Стюарта работал по четырехтактному циклу (индукция, сжатие, мощность и выхлоп), и Хорнсби продолжил 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 по двухтактному циклу с продувкой картера. Последний тип сформировал большую часть производства двигателей с горячим баллоном. Поток газов через двигатель контролируется клапанами в четырехтактных двигателях и поршнем, закрывающим и открывающим отверстия в стенке цилиндра в двухтактных.
В двигателе с горячей колбой сгорание происходит в отдельной камере сгорания, «испарителе» (также называемом «горячей колбой»), обычно установленной на головке цилиндра, в которую распыляется топливо. Она соединена с цилиндром узким проходом и нагревается продуктами сгорания во время работы; для запуска используется внешнее пламя, такое как паяльная лампа или медленно тлеющий фитиль; в более поздних моделях иногда использовались электрический нагрев или пиротехника . Другим методом было включение свечи зажигания и зажигания с вибрационной катушкой; двигатель запускался на бензине (бензине) и переключался на масло после прогрева 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 и даже полчаса, если двигатель работает в условиях сильного холода или если двигатель особенно большой. Затем двигатель проворачивается, обычно вручную, но иногда сжатым воздухом или электродвигателем.
После запуска двигателя теплота сжатия и зажигания поддерживает горячую колбу при необходимой температуре, а паяльную лампу или другой источник тепла можно убрать. После этого двигателю не требуется внешнего тепла, а требуется только подача воздуха, топлива и смазочного масла для работы. Однако при низкой мощности колба может слишком сильно остыть. Если нагрузка на двигатель низкая, температуры сгорания может быть недостаточно для поддержания температуры горячей колбы. По этой причине многие двигатели с горячей колбой не могут работать без нагрузки без вспомогательного нагрева. Некоторые двигатели имели дроссельную заслонку в воздухозаборниках, чтобы сократить подачу избыточного холодного воздуха при работе с малой нагрузкой и/или низкой скоростью, а другие имели регулируемые форсунки распылителя топлива, которые можно было отрегулировать для подачи сильной струи топлива в ядро горячей колбы, где температура будет максимальной, а не обычного широкого распыления распыленного топлива, чтобы поддерживать самосгорание при длительной работе с малой нагрузкой или на холостом ходу. Точно так же, по мере увеличения нагрузки двигателя увеличивается и температура колбы. Это приводит к тому, что начало сгорания опережает начало (происходит раньше в цикле), что снижает мощность и эффективность. Если сгорание опережает слишком сильно, может произойти разрушительное преждевременное зажигание . Это было ограничивающим фактором выходной мощности двигателей с горячим шариком, и для того, чтобы обойти это ограничение, некоторые двигатели с горячим шариком оснащены системой, посредством которой вода капает в воздухозаборник, чтобы снизить температуру воздушного заряда и противодействовать преждевременному зажиганию, тем самым обеспечивая более высокую выходную мощность. [6]
Тот факт, что работающий двигатель можно оставлять без присмотра на длительное время, сделал двигатели с горячим шариком популярным выбором для применений, требующих постоянной выходной мощности, таких как сельскохозяйственные тракторы, генераторы , насосы и движители для речных судов.
Воздух всасывается в цилиндр через впускной клапан, когда поршень опускается (такт впуска). Во время того же такта топливо распыляется в испаритель механическим (рывковым) топливным насосом [7] через форсунку. Впрыснутое топливо испаряется при контакте с горячей внутренней частью испарителя, но тепла недостаточно для воспламенения. Затем воздух в цилиндре нагнетается через отверстие в испаритель, когда поршень поднимается (такт сжатия), где он слегка сжимается (соотношение около 3:1) - этого недостаточно, чтобы вызвать значительное повышение температуры воздушного заряда, что в основном вызвано нагревом воздуха при контакте с внутренними поверхностями горячей колбы ( раскаленной докрасна из-за внешнего нагрева, применяемого перед запуском, или из-за поддерживаемой теплоты сгорания во время работы двигателя). Такт сжатия в основном служит для создания турбулентного движения воздуха из цилиндра в испаритель, который смешивается с предварительно испаренным топливом. Это смешивание и увеличение содержания кислорода, поскольку воздух слегка сжимается в испарителе, заставляет пары мазута самопроизвольно воспламеняться. [8] Сгорание топливного заряда завершается в горячей колбе, но создает расширяющийся заряд выхлопных газов и перегретого воздуха. Результирующее давление толкает поршень вниз (рабочий ход). Действие поршня преобразуется во вращательное движение узлом коленчатого вала-маховика, к которому может быть прикреплено оборудование для выполнения работы. Маховик сохраняет импульс, часть которого используется для вращения двигателя, когда мощность не вырабатывается. Поршень поднимается, выталкивая выхлопные газы через выпускной клапан (такт выпуска). Затем цикл начинается снова.
Основное действие впрыска топлива и сгорания является общим для всех двигателей с горячим шариком, будь то четырехтактные или двухтактные. Цикл начинается с поршня в нижней точке своего хода. Поднимаясь, он втягивает воздух в картер через впускное отверстие. В то же время топливо распыляется в испаритель. Заряд воздуха сверху поршня направляется в испаритель, где он смешивается с распыленным топливом и происходит сгорание. Поршень движется вниз по цилиндру. Опускаясь, поршень сначала открывает выпускное отверстие. Сжатые выхлопные газы вытекают из цилиндра. Через некоторое время после того, как выпускное отверстие открывается, опускающийся поршень открывает передаточный порт. Теперь поршень нагнетает воздух в картер, который нагнетается через передаточный порт в пространство над поршнем. Часть входящего воздушного заряда теряется из все еще открытого выпускного отверстия, чтобы гарантировать, что все выхлопные газы очищены из цилиндра, процесс, известный как «продувка». Затем поршень достигает нижней точки своего хода и снова начинает подниматься, втягивая свежий заряд воздуха в картер и завершая цикл. Впуск и сжатие осуществляются на ходе вверх, тогда как мощность и выпуск происходят на ходе вниз.
Подача смазочного масла должна подаваться в картер для подачи на подшипники коленчатого вала . Поскольку картер также используется для подачи воздуха в двигатель, смазочное масло двигателя переносится в цилиндр с воздушным зарядом, сгорает во время сгорания и выводится через выхлопную трубу. Масло, переносимое из картера в цилиндр, используется для смазки поршня . Это означает, что двухтактный двигатель с горячим шариком будет постепенно сжигать свой запас смазочного масла, конструкция, известная как система смазки «полной потери». Были также конструкции, в которых использовался откачивающий насос или что-то подобное для удаления масла из картера и возврата его в резервуар смазочного масла. Тракторы Lanz с горячим шариком и их многочисленные имитаторы имели эту функцию, что значительно снижало расход масла.
Кроме того, если при запуске присутствует избыточное количество масла в картере, существует опасность неконтролируемого запуска и ускорения двигателя , значительно превышающего пределы скорости вращающихся и возвратно-поступательных компонентов. Это может привести к разрушению двигателя. Обычно имеется пробка или запорный кран, позволяющий слить картер перед запуском.
Отсутствие клапанов и удвоенный рабочий цикл также означают, что двухтактный двигатель с горячим шариком может работать одинаково хорошо в обоих направлениях. Распространенный метод запуска для небольших двухтактных двигателей заключается в том, чтобы повернуть двигатель против нормального направления вращения. Поршень будет «отскакивать» от фазы сжатия с достаточной силой, чтобы раскрутить двигатель в правильном направлении и запустить его. Такой двунаправленный ход был преимуществом в морских применениях, поскольку двигатель мог, как и паровой двигатель , двигать судно вперед или назад без необходимости в коробке передач . Направление можно было изменить либо остановкой двигателя и повторным запуском его в другом направлении, либо, при достаточном навыке и расчете времени со стороны оператора, замедлением двигателя до тех пор, пока он не наберет достаточно импульса, чтобы отскочить от собственного сжатия и работать в другом направлении. Поскольку впрыск топлива происходит до сжатия и поскольку сгорание напрямую не связано с определенной точкой вращения двигателя (как впрыск/сгорание в дизельном двигателе или зажигание/сгорание в двигателе с искровым зажиганием), также возможно установить подачу топлива на двухтактный двигатель с горячим шариком так, чтобы сгорание происходило непосредственно перед тем, как поршень достигнет верхней мертвой точки , заставляя двигатель менять направление вращения до тех пор, пока поршень не приблизится к ВМТ, когда происходит сгорание и вращение снова меняется на противоположное - двигатель может работать таким образом бесконечно долго, никогда не завершая полный оборот коленчатого вала. Двигатель с горячим шариком уникален среди двигателей внутреннего сгорания тем, что может работать на «нуле оборотов в минуту». Это также было привлекательной характеристикой двигателя для использования на море, поскольку его можно было оставить «работающим», не создавая значительной тяги, избегая необходимости выключать двигатель и позже выполнять длительную процедуру запуска.
Двунаправленные возможности двигателя были нежелательным качеством в тракторах с горячими лампами, оснащенных коробками передач. На очень низких оборотах двигателя двигатель мог сам себя реверсировать почти без каких-либо изменений в звуке или качестве работы и без того, чтобы водитель замечал это, пока трактор не поедет в противоположном направлении от предполагаемого. Тракторы Lanz Bulldog имели циферблат, механически приводимый в действие двигателем, на котором была вращающаяся стрелка. Стрелка указывала направление нормального вращения двигателя; если циферблат вращался в другую сторону, двигатель реверсировал себя.
В то время, когда был изобретен двигатель с горячим шариком, его главными достоинствами были его эффективность, простота и удобство эксплуатации по сравнению с паровым двигателем , который тогда был доминирующим источником энергии в промышленности. Бесконденсаторные паровые двигатели достигли среднего теплового КПД (доли вырабатываемого тепла, которая фактически превращается в полезную работу) около 6%. [9] Двигатели с горячим шариком могли легко достичь 12% теплового КПД.
С 1910-х по 1950-е годы двигатели с горячим баллоном были более экономичны в производстве благодаря впрыску сырого топлива под низким давлением и имели более низкую степень сжатия, чем двигатели Дизеля с воспламенением от сжатия.
Двигатель с горячим шариком гораздо проще в конструкции и эксплуатации, чем паровой двигатель. Для котлов требуется по крайней мере один человек, чтобы добавлять воду и топливо по мере необходимости и контролировать давление, чтобы предотвратить избыточное давление и последующий взрыв. Если двигатель с горячим шариком оснащен автоматическими системами смазки и регулятором для управления скоростью двигателя, его можно оставлять работать без присмотра в течение нескольких часов.
Еще одной привлекательной чертой была их безопасность. Паровой двигатель с его открытым огнем и горячим котлом, паровыми трубами и рабочим цилиндром нельзя было использовать в огнеопасных условиях, таких как заводы по производству боеприпасов или заводы по переработке топлива. Двигатели с горячим баллоном также производили более чистые выхлопные газы. Большой опасностью парового двигателя было то, что если давление в котле становилось слишком высоким и предохранительный клапан выходил из строя, мог произойти очень опасный взрыв, хотя к моменту изобретения двигателя с горячим баллоном это было относительно редким явлением. Более распространенной проблемой было то, что если уровень воды в котле парового двигателя опускался слишком низко, свинцовая пробка в своде печи плавилась, гася огонь. Если в двигателе с горячим баллоном заканчивалось топливо, он просто останавливался и мог быть немедленно перезапущен с большим количеством топлива. Водяное охлаждение обычно было замкнутым, поэтому потери воды не происходило, если только не было утечки. Если охлаждающей воды становилось мало, двигатель заклинивал из-за перегрева — серьезная проблема, но она не несла опасности взрыва. Некоторые двигатели, включая те, что использовались в тракторах Lanz Bulldog , имели плавкую вставку, установленную в горячем баллоне. Если двигатель перегревался, вставка расплавлялась, предотвращая сжатие и сгорание и останавливая двигатель до того, как могли возникнуть серьезные повреждения — особенно желательная функция для двигателей, которые должны были работать без присмотра.
По сравнению с паровыми, бензиновыми (цикл Отто) и компрессионными (дизельный) двигателями двигатели с горячим шариком проще, и поэтому имеют меньше потенциальных проблем. В них 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 лампочкой была его способность работать на широком спектре видов топлива. Можно было использовать даже плохо сгораемое топливо, поскольку сочетание испарителя и воспламенения от сжатия означало, что такое топливо можно было заставить гореть. Обычным топливом было мазут, похожий на современное дизельное топливо , но также можно было использовать природный газ , керосин , сырую нефть , растительное масло или креозот . Это делало двигатель с горячей лампочкой очень дешевым в эксплуатации, поскольку он мог работать на легкодоступном топливе. Некоторые операторы даже запускали двигатели на отработанном моторном масле, таким образом обеспечивая почти бесплатную энергию. Недавно [ когда? ] эта многотопливная способность привела к интересу к использованию двигателей с горячей лампочкой в развивающихся странах, где они могли работать на биотопливе местного производства. [10]
Из-за длительного времени предварительного нагрева двигатели с горячим шариком обычно легко запускались даже в очень холодных условиях. Это сделало их популярным выбором в холодных регионах, таких как Канада и Скандинавия , где паровые двигатели были нежизнеспособны, а ранние бензиновые и дизельные двигатели не могли быть надежными в работе. Однако это также делает их непригодными для кратковременного использования, особенно в автомобиле.
Надежность двигателей с горячим шариком, их способность работать на многих видах топлива и тот факт, что их можно оставлять работающими в течение нескольких часов или дней подряд, сделали их чрезвычайно популярными среди сельскохозяйственных, лесных и морских пользователей, где они использовались для перекачивания и для питания фрезерных, пильных и молотильных машин. Двигатели с горячим шариком также использовались на дорожных катках и тракторах .
JV Svenssons Motorfabrik, в Аугустендале в Стокгольме , Швеция, использовал двигатели с горячими лампами в своем моторном плуге Typ 1, выпускавшемся с 1912 по 1925 год . Munktells Mekaniska Verkstads AB в Эскильстуне , Швеция , производила сельскохозяйственные тракторы с двигателями с горячими лампами с 1913 года. Heinrich Lanz AG в Мангейме , Германия , начала использовать двигатели с горячими лампами в 1921 году в тракторе Lanz HL . Другими известными производителями тракторов, которые использовали двигатели с лампами, были Bubba, Gambino, Landini и Orsi в Италии , HSCS в Венгрии , SFV во Франции и Ursus в Польше (которая выпустила Ursus C-45 , прямую копию Lanz Bulldog D 9506 1934 года , после Второй мировой войны).
В начале 20-го века в Европе было несколько сотен производителей двигателей с горячим шариком для морского использования. Только в Швеции было более 70 производителей, из которых самым известным был Bolinder ; в 1920-х годах они занимали около 80% мирового рынка. Norwegian Sabb был очень популярным двигателем с горячим шариком для небольших рыболовных судов, и многие из них до сих пор находятся в рабочем состоянии. В Америке двигатели с горячим шариком производили Standard, Weber, Reid, Stickney, Oil City и Fairbanks Morse .
Ограничением конструкции двигателя было то, что он мог работать только в довольно узком (и низком) диапазоне скоростей, обычно от 50 до 300 об/мин . Это затрудняло адаптацию двигателя с горячим шариком к автомобильным применениям, за исключением таких транспортных средств, как тракторы, где скорость не была основным требованием. Это ограничение не имело большого значения для стационарных применений, где двигатель с горячим шариком был очень популярен.
Из-за длительного времени предварительного нагрева двигатели с горячим шариком нашли применение только у пользователей, которым нужно было эксплуатировать двигатели в течение длительных периодов времени, где процесс предварительного нагрева составлял лишь небольшой процент от общего периода работы. Это включало морское использование — особенно на рыболовных судах — и насосные или дренажные работы.
Двигатель с горячей лампочкой был изобретен в то же время, когда были усовершенствованы динамо-машины и электрические системы освещения , и выработка электроэнергии была одним из основных применений двигателя с горячей лампочкой. Двигатель мог достигать более высоких оборотов в минуту, чем стандартный поршневой паровой двигатель, хотя высокоскоростные паровые двигатели были разработаны в 1890-х годах, а его низкие требования к топливу и обслуживанию, включая возможность управления и обслуживания всего одним человеком, сделали его идеальным для маломасштабной выработки электроэнергии. Генераторные установки, приводимые в действие двигателями с горячей лампочкой, были установлены во многих больших домах в Европе , особенно в сельской местности, а также на фабриках, в театрах, на маяках , радиостанциях и во многих других местах, где не было централизованной электросети. Обычно динамо-машина или генератор переменного тока приводились в движение маховиком двигателя с помощью плоского ремня, чтобы обеспечить необходимое «повышение передачи» — заставляя генератор вращаться с большей скоростью, чем двигатель. Такие компании, как Armstrong Whitworth и Boulton Paul, производили и поставляли комплектные генераторные установки, включая двигатель и генератор, с 1900-х до конца 1920-х годов, когда формирование национальных энергосистем по всему миру и замена двигателей с горячим шариком на дизельные двигатели привели к падению спроса.
Двигатели также использовались в областях, где огонь парового двигателя был бы неприемлемым риском возникновения пожара. Акройд-Стюарт разработал первый в мире локомотив, работающий на масляном двигателе с горячим баллоном, «Lachesis», для Королевского арсенала в Вулидже , где использование локомотивов ранее было невозможно из-за риска. Двигатели с горячим баллоном оказались очень популярными для промышленных двигателей в начале 20-го века, но им не хватало мощности для использования в чем-то большем.
Примерно с 1910 года дизельный двигатель был значительно улучшен, став более мощным при большей эффективности, чем мог обеспечить двигатель с горячей лампочкой. Дизельные двигатели могут достигать эффективности более 50% [ требуется цитата ] если они спроектированы с учетом максимальной экономии, и они предлагали большую мощность для данного размера двигателя из-за более эффективного метода сгорания. У них не было горячей лампочки, они полагались исключительно на воспламенение от сжатия и были более просты в использовании, поскольку не требовали предварительного нагрева.
Двигатель с горячей колбой был ограничен в своем объеме с точки зрения скорости и общего соотношения мощности к размеру. Чтобы сделать двигатель с горячей колбой, способный приводить в движение корабль или локомотив, он был бы непомерно большим и тяжелым. Двигатели с горячей колбой, используемые в тракторах Landini , имели емкость до 20 литров для относительно низкой выходной мощности. Главным ограничением мощности и скорости двигателя с горячей колбой был его метод сгорания. В дизельном двигателе сгорание контролируется впрыском топлива в сжатый воздух; поскольку сгорание не может происходить до тех пор, пока не впрыснуто топливо, время и продолжительность сгорания можно строго контролировать. В двигателе с горячей колбой топливо впрыскивалось в цилиндр до начала сжатия, и сгорание начиналось, когда воздушный заряд встречался с испаренным топливом в горячем баллоне во время такта сжатия. Это означало, что сгорание было трудно контролировать с какой-либо степенью точности. Части топливного заряда по всему горячему баллону воспламенялись в разное время, часто до того, как поршень завершал такт сжатия. Это идентично преждевременному зажиганию в обычном двигателе с искровым зажиганием и приводит к неравномерным силам и высоким термическим и физическим нагрузкам на внутренние части двигателя, особенно на поршень. В двигателе с горячей колбой эту проблему можно было преодолеть только путем поддержания низких общих оборотов двигателя, небольшого количества впрыскиваемого топлива в каждом цикле и очень прочной конструкции компонентов двигателя. Это привело к очень прочному двигателю, который также был большим и тяжелым, производя при этом относительно низкую выходную мощность. Такие идеи, как впрыск воды (для уменьшения преждевременного зажигания) и двигатель с « горячей трубой » (который позволял изменять объем испарителя в зависимости от скорости двигателя, тем самым изменяя общую степень сжатия) добавляли сложности и стоимости и все еще не могли обеспечить соотношение мощности к весу в той же лиге, что и быстро развивающийся дизельный двигатель .
Создать равномерное сгорание во всех многочисленных горячих колбах в многоцилиндровых двигателях сложно. Низкая степень сжатия двигателя с горячей колбой по сравнению с дизельными двигателями ограничивала его эффективность, выходную мощность и скорость. Большинство двигателей с горячей колбой могли работать с максимальной скоростью около 100 об/мин, в то время как к 1930-м годам были построены высокоскоростные дизельные двигатели, способные развивать 2000 об/мин. Кроме того, из-за конструкции горячих колб и ограничений современной технологии в отношении системы инжектора большинство двигателей с горячей колбой были односкоростными двигателями, работающими на фиксированной скорости или в очень узком диапазоне скоростей. Дизельные двигатели могут быть спроектированы для работы в гораздо более широком диапазоне скоростей, что делает их более универсальными. Это сделало эти дизели среднего размера очень популярным выбором для использования в генераторных установках, заменив двигатель с горячей колбой в качестве двигателя выбора для маломасштабной генерации электроэнергии.
Развитие маломощных высокоскоростных дизельных двигателей в 1930-х и 1940-х годах привело к тому, что двигатели с горячим шариком резко вышли из моды. Последний крупный производитель двигателей с горячим шариком прекратил их производство в 1950-х годах, и теперь они практически исчезли из коммерческого использования, за исключением очень отдаленных районов развивающегося мира. Исключением является морское использование; двигатели с горячим шариком широко устанавливались на внутренних баржах и узких лодках в Европе. Первые две самоходные «моторные» узкие лодки Великобритании — Bournville I и Bournville II компании Cadbury в 1911 году [11] — были оснащены одноцилиндровыми двигателями Bolinder с горячим шариком мощностью 15 лошадиных сил [11] , и этот тип стал распространенным между 1920-ми и 1950-ми годами. Поскольку двигатели с горячим шариком, как правило, долговечны и идеально подходят для такого использования, не редкость найти суда, все еще оснащенные своими оригинальными двигателями с горячим шариком сегодня.
Хотя существует распространенное заблуждение, что двигатели с модельными свечами накаливания являются разновидностью двигателя с горячей лампочкой, это не так. [ требуется цитата ] Двигатели с модельными свечами накаливания являются двигателями с каталитическим зажиганием. Они используют реакцию между платиной в катушке свечи накаливания и парами метилового спирта, в результате чего при определенных температурах и давлениях платина будет светиться при контакте с парами.
Двигатель с горячей колбой часто путают с дизельным двигателем, [12] и это правда, что эти два двигателя очень похожи. Двигатель с горячей колбой имеет выступающий испаритель с горячей колбой; дизельный двигатель его не имеет. Другие существенные различия:
Также существует существенная разница во времени процесса впрыска топлива:
Есть еще одно детальное отличие в способе впрыска топлива:
До Первой мировой войны технологии не достигли такого уровня, чтобы нефтяные двигатели могли работать быстрее 150 об/мин. Конструкция этих двигателей была похожа на паровые, и не имела смазки под давлением.
В двигателях с горячим баллоном топливо впрыскивается при низком давлении, используя более экономичную и более надежную и простую конфигурацию. Однако, не используя впрыск сжатого воздуха, он менее эффективен.
В этот период дизельные двигатели и двигатели с горячим баллоном были четырехтактными . [13] В 1902 году Ф. Рундлоф изобрел двухтактный двигатель с продувкой картера, который впоследствии стал распространенным типом двигателей с горячим баллоном.
Малые дизельные двигатели с прямым впрыском все еще не были практичными [12] , и был изобретен двигатель с предкамерным непрямым впрыском , а также требование использования свечей накаливания для запуска. [14] [15] Благодаря технологии, разработанной Robert Bosch GmbH , насосные и инжекторные системы могли быть построены для работы при гораздо более высоком давлении. В сочетании с высокоточными инжекторами, высокоскоростные дизели производились с 1927 года.
Горячие шарики начали давать трещины и разрывы и были постепенно заменены головками цилиндров с водяным охлаждением и плоским горячим пятном. [16] Со временем степень сжатия была увеличена с 3:1 до 14:1. Впрыск топлива начинался от 135 градусов до верхней мертвой точки с низкой компрессией до 20 градусов до верхней мертвой точки с более поздними двигателями с более высокой компрессией, увеличивающими коэффициент горячего воздуха [12] [17] для зажигания и повышения топливной экономичности . [12] Свечи накаливания в конечном итоге заменили предварительный нагрев методами паяльной лампы, и обороты двигателя были увеличены, в результате чего то, что теперь классифицируется как дизель с непрямым впрыском. [12]
Двигатели с горячим баллоном или предкамерные двигатели всегда были проще в производстве, [12] более надежны и могли работать с меньшим количеством топлива в меньших двигателях, чем «чистые» дизели с непосредственным впрыском. [12]
Двигатели с горячим шариком выпускались большим количеством производителей, обычно скромными сериями. Эти двигатели были медленно работающими (300-400 об/мин) и в основном с чугунными деталями, включая поршни. Топливный насос обычно изготавливался с латунным корпусом и стальным плунжером, работающим с переменной длиной хода. Это приводило к простому, прочному тяжелому двигателю. Поэтому их можно было обрабатывать в средней механической мастерской без специальных инструментов. [18] [19]
Завод двигателей «Пифагор» в Норртелье в Швеции является музеем ( Музей механической мастерской «Пифагор» ) и имеет действующую производственную линию и обширные заводские архивы.
