증기가 왕이 되고 가스 및 디젤 엔진이 아직 초기 단계에 있을 때 열구 엔진이 대유행이었습니다. 어떤 액체 가연성 연료라도 태울 수 있고 배터리 점화 없이 때로는 며칠 동안 작동할 수 있으며 효율적이고 간단하며 견고했습니다. 견고함과 신뢰성이 생존의 열쇠인 농부, 어부 또는 제재소 작업자에게 있어 열전구 엔진은 이 모든 것을 갖추고 있었습니다.
하지만 모든 것을 가지고 있지는 않았습니다. 약 50~300의 좁은 rpm 범위에서 작동하므로 사용이 제한적이었습니다. 비록 느리긴 하지만 기술을 사용하여 움직이는 트랙터가 있었지만 고정식 엔진으로서는 최고였습니다. 엔진은 시동을 걸기도 힘들고 계속 작동하기도 어려웠습니다.
그러나 이러한 도전에도 불구하고 열구 엔진은 1950년대까지 그리고 1960년대까지 특정 농촌 지역에서 계속 사용되었습니다. 오늘날 엔진은 진지한 수집가들의 중심이 되었으며 가스 엔진의 발전에 있어 역사적인 랜드마크 중 하나입니다. 여러 연료로 작동하는 엔진의 능력은 엔지니어가 광범위한 대체 연료를 처리할 수 있는 더 나은 현대식 엔진을 제조하는 데 도움이 될 수도 있습니다.
열전구 엔진의 작동 방식에 대해 자세히 알아보려면 계속 읽으십시오.
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열전구 엔진은 대부분의 다른 내연 기관과 동일한 기본 구성 요소를 공유합니다. 폭발 또는 가스 연소는 실린더 내부에 있는 피스톤을 밀어냅니다. 피스톤은 크랭크 샤프트와 커넥팅 로드를 통해 플라이휠에 연결됩니다. 이를 통해 엔진은 플라이휠에서 열 에너지(연소)를 기계적 에너지로 변환할 수 있습니다. 그런 다음 플라이휠은 부착된 모든 기계적 구성 요소를 구동합니다.
가솔린 및 디젤 엔진과 달리 열구 엔진의 연소는 "열구" 또는 "기화기"라고 하는 별도의 챔버에서 발생합니다. 기본적으로 뜨거운 전구는 일반적으로 실린더에 가장 가까운 엔진 전면에서 수평으로 뻗어 있습니다. 대부분의 뜨거운 전구는 썩은 버섯처럼 보였습니다. 전구에는 전구와 함께 가열되는 거의 찻잔 받침과 같은 금속 판이 들어 있습니다.
일반적으로 작은 계량 오리피스 밸브인 연료 노즐이 연료를 열구로 떨어뜨렸습니다. 연료는 금속판에 부딪혀 기화하고 공기와 혼합되어 점화됩니다. 전구와 실린더를 연결하는 좁은 통로. 팽창하는 가스는 작은 통로를 격추시키고 실린더의 피스톤을 움직입니다.
가스 엔진은 전기를 사용하여 점화 플러그를 점화하고 크랭크축을 회전시켜 엔진을 작동시킵니다. 전구 엔진에는 이러한 사치가 없습니다. 화씨 60도(섭씨 15.6도) 정도의 온화한 날에는 전구를 2~5분 동안 가열해야 하며 추운 날이나 대형 엔진에서는 최대 30분 동안 가열해야 합니다. 초기에는 블로우 토치로, 나중에는 코일과 점화 플러그를 통해 발전된 이 초기 열이 연료의 첫 번째 충전을 기화시킵니다.
작업자는 연소 과정이 진행되고 엔진이 가동될 때까지 전체 어셈블리에서 가장 크고 무거운 부분인 엔진의 플라이휠(종종 소형 엔진의 경우에도 수백 파운드 무게)을 손으로 돌렸습니다.
일단 엔진이 가동되고 작동되면 연소열은 전구를 계속 뜨겁게 유지하여 연료를 기화하게 하고 엔진은 대체로 자급자족할 수 있습니다. 그러나 엔진의 부하가 떨어지거나 매우 추운 환경에서 사용된 경우 전구를 주기적으로 또는 지속적으로 가열해야 합니다. 겉보기에는 단순하고 신뢰할 수 있는 것처럼 보이지만, 열구 엔진은 변덕스러울 수 있으며 기발하고 도전적인 부분이 많습니다. 다음 페이지에서는 이러한 특성 중 일부에 대해 설명합니다.
최초의 열기구 엔진영국 발명가 허버트 아크로이드 스튜어트(Herbert Akroyd Stuart)는 1800년대 후반에 열구 엔진에 대한 아이디어를 확립했습니다. 첫 번째 프로토타입은 1886년에 제작되었습니다. 이 아이디어는 영국 엔진 제조업체인 Richard Hornsby &Sons가 채택했습니다. 엔진의 생산은 1891년 "Hornsby Akroyd Patent Oil Engine"으로 시작되었습니다. Hornsby Akroyd 엔진은 4행정 모델이었습니다. 미국에서 두 명의 독일 이민자인 Meitz와 Weiss가 Joseph과 함께 2행정 열구 생산을 시작했습니다. 하루.
20세기로 접어들면서 엔진은 최고의 인기를 얻었고 수백 개의 제조업체에서 생산되었습니다. 이것은 또한 발전이 붐을 일으키고 엔진이 발전기에 동력을 공급하는 데 사용되던 때였습니다. 스웨덴은 70개 이상의 제조업체가 있는 엔진(주로 어선용)을 많이 사용하여 1920년까지 시장 점유율의 약 80%를 차지했습니다.
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열구 엔진의 가장 큰 장점 중 하나는 모든 유형의 원유를 사용할 수 있다는 것입니다. 기본적으로 연료가 파이프를 통해 흐를 수 있고 연소할 경우 열전구 엔진이 작동할 수 있습니다.
이러한 특성으로 인해 엔진은 정제되지 않은 연료를 즉시 공급할 수 있는 고립된 송유관을 따라 널리 사용되었습니다. 추진을 위해 열구 엔진을 사용하는 골동품 트랙터가 몇 대 있었지만 기계는 주로 고정되어 있었습니다. 고정 전원으로 기계는 소규모 작업장을 운영하든 소규모 제재소를 운영하든 상관없이 산업용으로 이상적이어서 저렴한 가격에 안정적인 전원을 제공했습니다. 그러나 크기에 비해 출력이 낮기 때문에(농장용 트랙터가 작동하려면 약 20리터의 열전구 엔진이 필요합니다.) 이 엔진은 제분소에 동력을 공급하는 것과 같은 대규모 산업 분야에서는 사용되지 않았습니다.
Coolspring Power Museum의 컬렉션 큐레이터이자 전문 골동품 엔진 복원 전문가인 Preston Foster는 뜨거운 전구 엔진이 시대와 장소에 이상적이지만 몇 가지 단점이 있다고 말했습니다.
예를 들어, 열구 엔진은 가스나 디젤과 같은 더 정제된 연료에서 잘 작동하지 않았습니다. Foster는 "대부분 등유와 덜 정제된 연료였습니다."라고 말했습니다.
엔진, 특히 2행정 유형은 또한 역주행 경향이 있어 연료로 압도되어 주지사가 따라잡기 전에 거의 통제 불능 상태가 되었습니다. Foster는 엔진 부품이 엔진 야금술과 기계 가공이 상대적으로 미숙했던 시기에 만들어졌으며 부품이 쉽게 부러질 수 있고 교체품을 찾기가 어려웠다고 말했습니다.
미국산 2행정 모델에서 엔진은 크랭크케이스에서 연료로 사용하기 위해 때때로 오일을 제거하여 윤활을 빼앗았습니다.
이러한 단점이 야금술 및 기계가공의 개선으로 인해 열전구 엔진의 몰락으로 이어졌습니다.
되든 안되든열전구 엔진의 점화 시기는 승패를 가리지 않는 문제이므로 무거운 플라이휠이 필요합니다. 타이밍은 일반적으로 엔진 온도와 부하에 의해 설정되었습니다.
1910년 이전에는 흡기 행정의 초기에 연료가 기화기에 주입되었습니다. 이로 인해 연소 시작이 크랭크 샤프트 각도와 동기화되지 않았습니다. 이것은 차례로 엔진이 한 세트의 회전 또는 한 가지 유형의 부하에서만 원활하게 작동한다는 것을 의미했습니다. 부하 또는 회전수를 높이면(엔진은 50에서 300rpm 사이에서 가장 잘 작동함) 전구의 온도가 증가하고 점화 시간이 감소합니다. 이로 인해 사전 점화 및 뇌졸중 누락이 발생했습니다. 많은 엔진이 물방울을 사용하여 기화기를 냉각시키고 최악의 사전 점화를 방지했습니다.
1910년 이후 엔진 기술이 향상되어 가압 연료 분사, 펌프 및 정확한 전달을 통합하기 시작했습니다. 타이밍이 더 좋아졌고 엔진도 더 안정적이고 조금 더 다양해졌습니다.
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20세기 초까지 효율적이고 강력한 가스 및 디젤 엔진을 가공하는 것과 관련된 대부분의 문제가 해결되었습니다. 엔지니어들은 또한 스파크 점화, 압축 점화, 타이밍 및 엔진 속도 및 출력 제어와 관련된 문제를 해결했습니다. 더 정제되고 따라서 더 효율적인 연료에 대한 접근성도 증가했습니다. 이러한 모든 요인이 전구 엔진의 느린 죽음으로 이어졌습니다.
뜨거운 전구 엔진 뒤에 있는 힘을 고려하십시오. 60마력을 낼 수 있을 만큼 충분히 크게 제작되었지만 압축비는 약 5:1로 작게 유지되었습니다. 조잡한 디젤 엔진이라도 약 15:1의 압축비를 생성할 수 있습니다. 더 편리한 패키지.
열구 엔진은 1930년대까지 스칸디나비아에서 사용되었으며 드물게 영국의 운하 보트에서 여전히 볼 수 있습니다. 그러나 대부분의 경우 열전구 엔진은 이제 유용한 도구라기보다는 호기심이 많습니다.
"그것은 시간과 장소에 대한 훌륭한 소스였습니다."라고 Foster가 말했습니다. 핫 전구 엔진을 추가하는 것은 단순히 기술의 변화에 보조를 맞출 수 없었습니다. "첫 번째 엔진과 최신 엔진 사이의 연결이 누락되었다고 말할 수 있을 것 같습니다."라고 그는 말했습니다.
