Så fungerar en glödlampa

En Petter (Yeovil gjorde) varmkulamotor på Laigh Dalmore stenbrottet i trappa, östra Ayrshire, Skottland. Se fler bilder på motorer. Foto med tillstånd av Roger Griffith

När ångan var konung och gas- och dieselmotorerna fortfarande var i sin barndom, var glödlampa-motorerna rasande. De kunde bränna allt flytande brännbart bränsle, kunde köras utan batteritändning - ibland i flera dagar - och de var effektiva, enkla och robusta. För en jordbrukare, en fiskare eller en sågverksförare, där robusthet och tillförlitlighet var nycklar till överlevnad, hade en glödlampa motor allt.

Men det hade inte allt. Den sprang inom ett smalt varvtal, cirka 50 till 300, och hade därför begränsad användning. Det var bäst som en stillastående motor, även om det fanns traktorer som använde tekniken för att röra sig - om än långsamt. Motorn var svår att starta och svår att fortsätta.

Trots dessa utmaningar kvarstod glödlampa-motorer under 1950-talet och in på 1960-talet i vissa djupa landsbygdsområden. Idag är motorerna en grundpelare för seriösa samlare och representerar ett av de historiska landmärkena i utvecklingen av gasmotorer. Motorns förmåga att köra på ett antal bränslen kan till och med hjälpa ingenjörer att tillverka en bättre modern motor för att hantera ett brett utbud av alternativa bränslen.

Fortsätt läsa för att ta reda på mer om hur glödlampor fungerar.

Innehåll

1. Få det att gå
2. Skötsel och utfodring av glödlampor
3. Att bli en del av historien

Varmkolvmotorer delar samma grundkomponenter som de allra flesta andra förbränningsmotorer. Detoneringen, eller förbränningen av gaser, skjuter en kolv inuti en cylinder. Kolven är ansluten till ett svänghjul via en vevaxel och anslutningsstav. Detta gör att motorn kan konvertera värmeenergi (förbränningen) till mekanisk energi vid svänghjulet. Svänghjulet driver sedan vilken mekanisk komponent som är ansluten till den.

Till skillnad från bensin- och dieselmotorer äger förbränning i en varm glödlampa en motor i en separat kammare som kallas "het glödlampa" eller "förångare". I huvudsak sträcker sig glödlampan horisontellt från framsidan av motorn, vanligtvis närmast cylindern. De flesta heta glödlampor såg ut som en darningsvamp. Glödlampan innehåller en platta av metall, nästan som en tekoppskål, som skulle värmas upp tillsammans med glödlampan.

Ett bränslemunstycke, vanligtvis en liten avstängd öppningsventil, droppade bränsle i den heta lampan. Bränslet skulle träffa metallplattan, förångas, blandas med luft och antändas. En smal passage anslöt lampan och cylindern. De expanderande gaserna skulle skjuta ner den lilla passagen och flytta kolven i cylindern.

Gasmotorer använder el för att avfyra en tändstift och rotera vevaxeln för att få motorn igång. Motorer med heta glödlampor har inte denna lyx. På en mild dag - cirka 60 grader Fahrenheit (15,6 grader Celsius) - måste lampan värmas upp var som helst från två till fem minuter, och upp till en halvtimme på kalla dagar eller på större motorer. Denna initiala värme, utvecklad med en blåsfackla under de första dagarna och senare genom spiral- och tändstift, förångar den första laddningen av bränsle.

En operatör snurrade motorns svänghjul, den största och tyngsta delen av hela aggregatet, (väger ofta hundratals kilo på även de små motorerna) för hand tills förbränningsprocessen var igång och motorn var igång..

När motorn var igång skulle förbränningsvärmen hålla glödlampan tillräckligt varm för att hålla förångande bränsle, och motorn skulle till stor del vara självbärande. Men om belastningen på motorn sjönk eller den användes i en mycket kall miljö, skulle lampan behöva periodisk eller till och med konstant uppvärmning. Även om de verkar vara enkla och pålitliga, kan glödlampa-motorer vara temperamentsfulla och ha sin rättvisa andel av egendom och utmaningar. På nästa sida diskuteras några av dessa egenskaper.

Den första heta lampan

Den brittiska uppfinnaren Herbert Akroyd Stuart etablerade idén om den heta lampan i slutet av 1800-talet. De första prototyperna byggdes 1886. Idén plockades upp av de engelska motortillverkarna Richard Hornsby & Sons. Produktionen av motorerna började 1891 som "Hornsby Akroyd Patent Oil Engine. Hornsby Akroyd-motorn var en fyrstångsmodell. I USA började två tyska invandrare, Meitz och Weiss, produktion av en tvåtakts varmkula med Joseph Dag.

Vid 1900-talets början hade motorerna nått sin topp popularitet och producerades av hundratals tillverkare. Detta var också tiden då elproduktionen blomstrade och motorerna användes för att driva dynamos. Sverige var en tung användare av motorerna (främst för fiskebåtar), med mer än 70 tillverkare och tog så småningom cirka 80 procent av marknadsandelen senast 1920.

En av de största fördelarna med glödlampa-motorer var deras förmåga att använda alla typer av råbränsle. I grund och botten, om bränslet kunde strömma genom ett rör och om det skulle bränna, kan en glödlampa motor troligen köra på den.

Denna aspekt av deras natur gjorde motorerna populära längs isolerade sträckor av oljeledningar som erbjöd en klar leverans av orraffinerat bränsle. Maskinerna var främst stationära, även om det fanns några antika traktorer som använde glödlampa-motorer för framdrivning. Som en stationär kraftkälla var maskinerna idealiska för industriellt bruk, oavsett om de driver en liten butik eller ett litet sågverk, de gav stadig kraft till ett billigt pris. Men på grund av deras låga effekt till storleken - en jordbrukstraktor behövde en glödlampa motor på cirka 20 liter för att fungera - användes inte motorerna i större industriella applikationer som att driva en fabrik.

Preston Foster, kurator för samlingar på Coolspring Power Museum och en professionell specialist för restaurering av antik motor, sa att glödlampa-motorer var idealiska för sin tid och plats, men hade vissa nackdelar.

Till exempel gick inte glödlampa-motorerna bra på mer raffinerade bränslen, till exempel gas eller diesel. "Det var mestadels fotogen och andra mindre raffinerade bränslen," sade Foster.

Motorerna, särskilt tvåtaktssorten, var också benägna att köra baklänges, att de blev överdrivna med bränsle och körde nästan utan kontroll innan guvernören kunde komma i kontakt. Foster sade att motorkomponenterna gjordes vid en tidpunkt då motormetallurgi och maskinbearbetning var relativt rå, delar kunde bryta lätt och att hitta utbyten var svårt.

På de amerikansk-tillverkade tvåtaktsmodellerna skulle motorn ibland rensa ut olja från vevhuset för att använda som bränsle och beröva sig smörjning.

Det var dessa nackdelar, förvärrad av förbättringar inom metallurgi och bearbetning, som ledde till att glödlampa-motorn faller.

Träffa eller missa

Tändstimning i motorer med glödlampor är en hit-of-miss-affär, därmed behovet av ett tungt svänghjul. Tidpunkten fastställdes generellt av motortemperaturen och belastningen.

Före 1910 sprutades bränsle in i förångaren tidigt på insugningsslaget. Detta resulterade i att förbränningens början var synkroniserad med vevaxelns vinkel. Detta innebar i sin tur att motorn bara skulle gå smidigt vid en varvuppsättning, eller under en typ av last. Att öka belastningen eller varv (motorerna gick bäst mellan 50 och 300 varv / minut) skulle öka glödlampans temperatur och minska antändningstiden. Detta ledde till antändning och missade slag. Många motorer använde ett vattendropp för att kyla förångaren och hindra några av de värsta förantändningarna.

Efter 1910 förbättrades motortekniken och började integrera bränsleinsprutning, pumpar och exakt leverans. Tidtagningen blev bättre och motorerna blir mer pålitliga och lite mer varierande.

En 2-cylindrig, 70 hästkrafts het glödlampa-motor byggd av W.H. Allen & Sons 1923. Motorn visas på Internal Fire Museum of Power, Tangygroes, Wales, Storbritannien. Foto med tillstånd av J.Grover

I början av 1900-talet arbetades de flesta problemen med bearbetning av effektiva och starka gas- och dieselmotorer. Ingenjörerna löste också problemen i samband med gnisttändning, kompressionständning, tidtagning och styrning av motorvarvtal och kraft. Det fanns också en växande tillgänglighet till mer raffinerat och därför mer effektivt bränsle. Alla dessa faktorer ledde till den heta lampans motorers långsamma död.

Tänk på kraften bakom en glödlampor. Även om de byggdes tillräckligt stora för att generera 60 hästkrafter förblev deras kompressionsförhållande liten, ungefär 5 till 1. Även en rå dieselmotor kunde generera en kompressionsration på cirka 15 till 1. Detta innebar mer kraft och mer vridmoment, allt i ett mindre, mer bekvämt paket.

Varmkula-motorer användes i Skandinavien fram till 1930-talet och ses fortfarande, om än sällan, i kanalbåtar i England. Men för det mesta är glödlampa-motorerna nu mer nyfikenheter snarare än användbara verktyg.

"Det var en bra källa för sin tid och plats," sade Foster och lägger till att glödlampa-motorer helt enkelt inte kunde hålla jämna steg med tekniska förändringar. "Jag tror att du kan säga att det var den saknade länken mellan de första motorerna och moderna motorer," sade han.

relaterade artiklar

• Car Smarts: Motorer
• Car Smarts: Motorprestanda
• Hur tvåtaktsmotorer fungerar
• Så fungerar diesel med tvåtaktsmotorer
• Hur bilmotorer fungerar
• Hur oljeraffinering fungerar
• Hur rotationsmotorer fungerar

Fler bra länkar

• Forum för antika traktorer
• Coolspring Power Museum
• Historical Engine Society
• Sveriges Stationära motorklubb

källor

• Foster, Preston. Samlingens kurator, Coolspring Power Museum. Personlig intervju som genomfördes den 2 mars 2011.
• McArthur, Mike; "Meitz och Weiss restaurering." Farm Collector. Januari / februari 1987. (28 februari 2011) http://gasengine.farmcollector.com/Gas-Engines/Mietz-and-Weiss-Restoration.aspx
• Seber, Harold. Pensionerad verktygstillverkare och antik återställare. Personlig intervju genomförd den 3 mars 2011.
• Taubeneck, Walter A. "Diesel och andra förbränningsmotorer." Farm Collector. September / oktober 1996. (28 februari 2011) http://gasengine.farmcollector.com/Gas-Engines/Diesel-and-Other-Internal-Combustion-Engines.aspx