Wie funktioniert ein Glühkopfmotor? | EngineDIY
1.Geschichte
Was ist ein Glühkopfmotor?
Der Glühkopfmotor ist ein Verbrennungsmotor, bei dem sich Kraftstoff durch Kontakt mit einer glühenden Metalloberfläche in einem Kolben entzündet. Anschließend wird durch den aufsteigenden Kolben komprimierte Luft (Sauerstoff) in die Glühkopfkammer eingeleitet. Beim Einleiten des Kraftstoffs kommt es zu einer leichten Zündung, die jedoch den vorhandenen Sauerstoff im Kolben schnell verbraucht. Eine kräftige Zündung erfolgt nur, wenn im Kompressionstakt des Motors ausreichend Sauerstoff in die Glühkopfkammer gelangt.
Die meisten Glühkopfmotoren wurden als Ein- oder Zweizylinder - Zweitaktmotoren mit niedriger Drehzahl und Kurbelgehäusespülung hergestellt.
Mietz und Weiss Heißoberflächenzündungsmotor, circa 1897
Frühe Dieselmotoren waren verschiedene Arten von Glühkopf- oder Wärmerohrmotoren. Diese Motoren sind auf erhitzte Oberflächen im Verbrennungssystem angewiesen, um die Kraftstoffverdampfung und Selbstzündung zu unterstützen. Anders als Dieselmotoren sind diese Motoren daher für die Zündung nicht allein auf die Kompressionswärme angewiesen. Im Jahr 2002 veröffentlichte die Society of Automotive Engineers (SAE) am 15.01.2002 das Dokument „Early Swedish Hot Bulb Engines – Efficiency and Performance Comparison with Contemporary Gasoline and Diesel Engines“ von Olof Erlandsson, Lund Institute of Technology. Technische Zusammenfassung. Ein Vergleich eines Glühkopfmotors und eines Dieselmotors aus demselben Zeitraum. Bei diesen Motoren handelt es sich hauptsächlich um Zweitaktmotoren, es gibt jedoch auch Viertaktmotoren. Der Hornsby-Akroyd-Motor ist ein sehr erfolgreiches Beispiel.
Die Vorteile eines Zweitaktmotors liegen in relativ hohen Zyklustemperaturen und kurzen Oberflächenabkühlzeiten zwischen den Zündungen. Zudem wird die Restwärme großer Mengen heißer Luft nicht abgeführt, was die Selbstentzündung fördert. Die allgemeine Einfachheit der frühen Zweitaktmotoren wirkte sich ebenfalls positiv auf die Zweitaktkonstruktion aus. Diese Motoren verwenden typischerweise ein Niederdruck-Kraftstoffeinspritz-/Dosiersystem, um den Kraftstoff in den Brennraum zu leiten und nutzen die Wärme der Brennraumoberfläche zur Verdampfung. Ein Teil des Verbrennungssystems oder Brenners wird extern erhitzt, typischerweise durch einen Brenner oder eine Fackel, um heiße Brennerwände zu erzeugen, die Verdampfung und Selbstzündung fördern. Während des Betriebs bleibt der Brennraum heiß, und die Wärme wird nach außen abgeleitet. Im Vergleich zu einem echten Dieselmotor reduziert das niedrigere Verdichtungsverhältnis die Strukturspannung, was das Motorgewicht und die innere Reibung reduziert. Das Verdichtungsverhältnis liegt üblicherweise zwischen 6:1 und 12:1 . Diese Motoren werden in langsam laufenden Stationärmotoren oder landwirtschaftlichen Traktoren eingesetzt. Die meisten sind Einzylindermotoren. Diese Motoren waren im Allgemeinen effizienter als die damaligen Benzinmotoren und konkurrierten mit früheren Dieselmotoren. Der Glühkopfmotor wird oft als Vorläufer des Dieselmotors mit Vorwärmkammer angesehen.
Der Einspritzzeitpunkt eines Heißventilmotors ist in der Regel deutlich schneller als bei einem Dieselmotor. Dadurch hat der Kraftstoff Zeit zu verdampfen und sich mit der in die heiße Kammer einströmenden Luft nahe dem oberen Totpunkt (OT) zu vermischen. Die Verbrennung erfolgt daher hauptsächlich durch Selbstentzündung des Gemisches nahe der heißen Oberfläche des „Glühkolbens“. Der Rest der Verbrennung erfolgt durch Selbstzündung durch eine allmähliche Flammenfront und/oder Temperaturanstieg.
2.Arbeit
Wie funktioniert ein Glühkopfmotor?
Die Zuverlässigkeit von Glühkopfmotoren, ihre Fähigkeit, mit einer Vielzahl von Kraftstoffen zu laufen, und ihre stunden- oder tagelange Betriebsdauer machen sie in der Land- und Forstwirtschaft sowie in der Schifffahrt sehr beliebt. Dort werden sie zum Pumpen und Antrieb von Fräs-, Säge- und Dreschmaschinen eingesetzt. Glühkopfmotoren kommen auch in Straßenwalzen und Traktoren zum Einsatz.
Benzinmotoren nutzen Strom , um die Zündkerzen zu zünden und die Kurbelwelle zum Starten des Motors zu drehen. Heißventilmotoren haben diesen Luxus nicht. An warmen Tagen (ca. 15,6 Grad Celsius) muss die Glühbirne zwei bis fünf Minuten lang aufgeheizt werden, an kalten Tagen oder bei größeren Motoren bis zu 30 Minuten. Diese anfängliche Hitze wird in den ersten Tagen im Brenner und anschließend in den Zündspulen und Zündkerzen erzeugt, um die erste Kraftstoffladung zu verdampfen.
Der Bediener drehte das Schwungrad des Motors, das größte und schwerste Teil der gesamten Baugruppe (selbst kleine Motoren wiegen oft mehrere hundert Pfund), von Hand, bis der Verbrennungsvorgang begann und der Motor lief.
Sobald der Motor lief, hielt die Verbrennungswärme die Kolben ausreichend heiß, und der Kraftstoff verdampfte weiter, sodass der Motor fast vollständig autark betrieben werden konnte. Wird die Motorlast jedoch reduziert oder der Motor in sehr kalten Umgebungen eingesetzt, müssen die Ventile regelmäßig oder kontinuierlich beheizt werden. Obwohl scheinbar einfach und zuverlässig, waren Glühkopfmotoren unzuverlässig und hatten Macken und Probleme.
3. Vorteile
Wofür wird ein Glühkopfmotor verwendet?
Als der Glühkopfmotor erfunden wurde, lagen seine größten Vorteile in seiner Effizienz, Einfachheit und Bedienerfreundlichkeit im Vergleich zu den Dampfmaschinen waren damals die dominierende Energiequelle in der Industrie. Kondensatorlose Dampfmaschinen erreichten einen durchschnittlichen thermischen Wirkungsgrad (der Anteil der erzeugten Wärme, der tatsächlich in Nutzarbeit umgewandelt wird) von etwa 6 % . Glühkopfmaschinen konnten problemlos einen thermischen Wirkungsgrad von 12 % erreichen.
Was ist ein Glühkopfschlepper?
Von den 1910er bis in die 1950er Jahre waren Glühkopfmotoren mit ihrer Niederdruck-Rohöleinspritzung wirtschaftlicher in der Herstellung und hatten ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis als Dieselmotoren mit Kompressionszündung.
Der Glühkopfmotor ist wesentlich einfacher zu konstruieren und zu bedienen als die Dampfmaschine. Kessel benötigen mindestens eine Person, die bei Bedarf Wasser und Brennstoff nachfüllt und den Druck überwacht, um Überdruck und eine daraus resultierende Explosion zu vermeiden. Ausgestattet mit automatischen Schmiersystemen und einem Gouverneur Um die Motordrehzahl zu regeln, konnte ein Glühkopfmotor stundenlang unbeaufsichtigt laufen.
von KaHe
Ein weiterer Vorteil war ihre Sicherheit. Eine Dampfmaschine mit ihrem offenen Feuer, dem heißen Kessel, den Dampfleitungen und dem Arbeitszylinder durfte nicht in entflammbaren Umgebungen wie Munitionsfabriken oder Treibstoffraffinerien eingesetzt werden. Glühkopfmaschinen produzierten zudem sauberere Abgase. Eine große Gefahr bei der Dampfmaschine bestand darin, dass bei zu hohem Kesseldruck und Versagen des Sicherheitsventils eine hochgefährliche Explosion auftreten konnte, obwohl dies zum Zeitpunkt der Erfindung der Glühkopfmaschine relativ selten vorkam. Ein häufigeres Problem war, dass bei zu niedrigem Wasserstand im Kessel einer Dampfmaschine der Bleistopfen im Ofenkopf schmolz und das Feuer löschte. Wenn einer Glühkopfmaschine der Brennstoff ausging, blieb sie einfach stehen und konnte sofort mit mehr Brennstoff wieder gestartet werden. Die Wasserkühlung erfolgte üblicherweise über einen geschlossenen Kreislauf, sodass kein Wasserverlust auftrat, es sei denn, es gab ein Leck. Bei zu niedrigem Kühlwasserstand blockierte die Maschine durch Überhitzung – ein großes Problem, das jedoch keine Explosionsgefahr darstellte.
Im Vergleich zu Dampf-, Benzin- (Otto-Kreis) und Kompressionszündungsmotoren (Diesel-Kreis) sind Glühkopfmotoren einfacher und weisen daher weniger potenzielle Probleme auf. Es gibt kein elektrisches System wie bei einem Benzinmotor und kein externes Kessel- und Dampfsystem wie bei einer Dampfmaschine.
Ein weiterer großer Vorteil des Glühkopfmotors war seine Fähigkeit, mit einer Vielzahl von Kraftstoffen zu laufen. Selbst schwer brennbare Kraftstoffe konnten verwendet werden, da eine Kombination aus Verdampfer und Kompressionszündung die Verbrennung dieser Kraftstoffe ermöglichte. Der übliche Kraftstoff war Heizöl, ähnlich dem heutigen Dieselkraftstoff, aber auch Erdgas, Kerosin, Rohöl, Pflanzenöl oder Kreosot. Auch Glühkopfmotoren konnten eingesetzt werden. Dies machte den Betrieb des Glühkopfmotors sehr kostengünstig, da er mit leicht verfügbaren Kraftstoffen betrieben werden konnte. Einige Betreiber ließen ihre Motoren sogar mit Altöl laufen und lieferten so nahezu kostenlosen Strom. Diese Mehrkraftstofffähigkeit hat in jüngster Zeit zu einem Interesse an der Nutzung von Glühkopfmotoren in Entwicklungsländern geführt, wo sie mit lokal produziertem Biokraftstoff betrieben werden können. [2]
Aufgrund der langen Vorwärmzeit sprangen Glühkopfmotoren in der Regel auch bei extremer Kälte problemlos an. Dies machte sie in kalten Regionen wie Kanada und Skandinavien beliebt, wo Dampfmaschinen nicht einsetzbar waren und die frühen Benzin- und Dieselmotoren nicht zuverlässig funktionierten. Für den kurzzeitigen Einsatz, insbesondere im Automobil, sind sie daher jedoch ungeeignet.
Quelle:
1. "Archivierte Kopie". Archiviert vom Original am 10.10.2010. Abgerufen am 04.12.2008. [1]2. „Energiesparen jetzt!“. Archiviert vom Original am 27.05.2006. Abgerufen am 28.05.2006. [2]
3. https://auto.howstuffworks.com/hot-bulb-engine.htm
4. https://dieselbobllc.com/2021/02/07/como-comet-2-stroke-diesel-premixed-diesel-combustion-part-i/
5. https://www.youtube.com/watch?v=SVOgWrhM67A
6. https://www.youtube.com/watch?v=tR-5ZtdXPrw
7. https://www.youtube.com/watch?v=UGksYSwFucI5
8. https://www.youtube.com/watch?v=Hp74COkuRqU
Holen Sie sich den Glühkopfmotor hier:
https://www.enginediy.com/products/hot-bulb-engine
Sehen Sie sich hier das Video an
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