Quando il vapore era il re e i motori a gas e diesel erano ancora nella loro infanzia, i motori a bulbo caldo erano di gran moda. Potevano bruciare qualsiasi combustibile liquido, potevano funzionare senza l'accensione della batteria - a volte per giorni - ed erano efficienti, semplici e robusti. Per un agricoltore, un pescatore o un operatore di segheria, dove robustezza e affidabilità erano le chiavi della sopravvivenza, un motore a bulbo caldo aveva tutto.
Ma non aveva tutto. Funzionava in un intervallo di giri ristretto, da 50 a 300 circa, e quindi aveva un uso limitato. Era meglio come motore fermo, anche se c'erano trattori che utilizzavano la tecnologia per muoversi, anche se lentamente. Il motore era difficile da avviare e difficile da andare avanti.
Eppure, nonostante queste sfide, i motori a bulbo caldo rimasero in uso negli anni '50 e negli anni '60 in alcune profonde aree rurali. Oggi i motori sono un pilastro per i collezionisti seri e rappresentano uno dei punti di riferimento storici nell'evoluzione dei motori a gas. La capacità del motore di funzionare con una serie di combustibili può anche aiutare gli ingegneri a produrre un motore moderno migliore per gestire un'ampia gamma di combustibili alternativi.
Continua a leggere per saperne di più sul funzionamento dei motori a bulbo caldo.
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I motori a bulbo caldo condividono gli stessi componenti di base della stragrande maggioranza degli altri motori a combustione interna. La detonazione, o combustione dei gas, spinge un pistone alloggiato all'interno di un cilindro. Il pistone è collegato a un volano tramite un albero a gomiti e una biella. Ciò consente al motore di convertire l'energia termica (la combustione) in energia meccanica al volano. Il volano quindi aziona qualsiasi componente meccanico ad esso collegato.
A differenza dei motori a benzina e diesel, la combustione in un motore a bulbo caldo avviene in una camera separata denominata "bulbo caldo" o "vaporizzatore". In sostanza, il bulbo caldo si estende orizzontalmente dalla parte anteriore del motore, di solito più vicino al cilindro. La maggior parte delle lampadine calde assomigliava a un fungo da rammendo. Il bulbo contiene un piatto di metallo, quasi come un piattino per una tazza da tè, che si riscalderebbe insieme al bulbo.
Un ugello del carburante, di solito un piccolo orifizio dosato, gocciolava carburante nel bulbo caldo. Il carburante colpirebbe la piastra metallica, vaporizzerebbe, si mescolerebbe con l'aria e si accenderebbe. Uno stretto passaggio collegava il bulbo e il cilindro. I gas in espansione abbatterebbero il piccolo passaggio e sposterebbero il pistone nel cilindro.
I motori a gas utilizzano l'elettricità per accendere una candela e ruotare l'albero a gomiti per far funzionare il motore. I motori a bulbo caldo non hanno questo lusso. In una giornata mite - circa 60 gradi Fahrenheit (15,6 gradi Celsius) - il bulbo deve essere riscaldato da due a cinque minuti e fino a mezz'ora nei giorni freddi o su motori più grandi. Questo calore iniziale, sviluppato con una fiamma ossidrica nei primi giorni e successivamente attraverso la bobina e le candele, vaporizza la prima carica di carburante.
Un operatore ha fatto girare manualmente il volano del motore, la parte più grande e pesante dell'intero gruppo (spesso con un peso di centinaia di libbre anche sui motori piccoli), fino a quando il processo di combustione non è iniziato e il motore è stato avviato e funzionante.
Una volta che il motore fosse acceso e funzionante, il calore della combustione manterrebbe il bulbo abbastanza caldo da continuare a vaporizzare il carburante e il motore sarebbe in gran parte autosufficiente. Tuttavia, se il carico sul motore è diminuito o è stato utilizzato in un ambiente molto freddo, il bulbo avrebbe bisogno di un riscaldamento periodico o addirittura costante. Sebbene apparentemente semplici e affidabili, i motori a bulbo caldo potrebbero essere capricciosi e avere la loro giusta dose di stranezze e sfide. La prossima pagina discuterà alcuni di questi tratti.
Il primo motore a bulbo caldoL'inventore britannico Herbert Akroyd Stuart ha stabilito l'idea del motore a bulbo caldo alla fine del 1800. I primi prototipi furono costruiti nel 1886. L'idea fu ripresa dai produttori di motori inglesi Richard Hornsby &Sons. La produzione dei motori iniziò nel 1891 come "Hornsby Akroyd Patent Oil Engine. Il motore Hornsby Akroyd era un modello a quattro tempi. Negli Stati Uniti due immigrati tedeschi, Meitz e Weiss, iniziarono la produzione di una lampadina calda a due tempi con Joseph Giorno.
All'inizio del XX secolo i motori avevano raggiunto il loro apice di popolarità e furono prodotti da centinaia di produttori. Questo era anche il periodo in cui la produzione di elettricità era in pieno boom e i motori venivano usati per alimentare le dinamo. La Svezia era un forte utilizzatore di motori (principalmente per i pescherecci), con più di 70 produttori, che alla fine conquistavano circa l'80% della quota di mercato entro il 1920.
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Uno dei maggiori vantaggi dei motori a bulbo caldo era la loro capacità di utilizzare qualsiasi tipo di combustibile grezzo. Fondamentalmente, se il carburante potesse fluire attraverso un tubo e se bruciasse, probabilmente potrebbe funzionare un motore a bulbo caldo.
Questo aspetto della loro natura rese popolari i motori lungo tratti isolati di oleodotti, che offrivano una pronta fornitura di carburante non raffinato. Le macchine erano principalmente fisse, sebbene esistessero alcuni trattori antichi che utilizzavano motori a bulbo caldo per la propulsione. Come fonte di energia fissa, le macchine erano ideali per l'uso industriale, sia che gestissero un piccolo negozio o una piccola segheria, fornivano energia costante a un prezzo economico. Tuttavia, a causa della loro bassa potenza rispetto alle dimensioni (un trattore agricolo necessitava di un motore a bulbo caldo di circa 20 litri per funzionare), i motori non venivano utilizzati in applicazioni industriali più grandi come l'alimentazione di un mulino.
Preston Foster, curatore delle collezioni del Coolspring Power Museum e specialista professionista nel restauro di motori antichi, ha affermato che i motori a bulbo caldo erano ideali per il loro tempo e luogo, ma presentavano alcuni inconvenienti.
Ad esempio, i motori a bulbo caldo non funzionavano bene con combustibili più raffinati, come gas o diesel. "Era principalmente cherosene e altri combustibili meno raffinati", ha detto Foster.
Anche i motori, in particolare la varietà a due tempi, erano inclini a correre all'indietro, a essere sopraffatti dal carburante ea funzionare quasi fuori controllo prima che il governatore potesse recuperare il ritardo. Foster ha affermato che i componenti del motore sono stati realizzati in un'epoca in cui la metallurgia e la lavorazione del motore erano relativamente grezze, le parti potevano rompersi facilmente e trovare sostituzioni era difficile.
Sui modelli a due tempi di fabbricazione americana, il motore aspirava occasionalmente l'olio dal basamento da utilizzare come carburante, privandosi della lubrificazione.
Sono stati questi inconvenienti, aggravati da miglioramenti nella metallurgia e nella lavorazione, che hanno portato alla caduta del motore a bulbo caldo.
Hit o MissLa fasatura dell'accensione nei motori a bulbo caldo è un affare incostante, da qui la necessità di un volano pesante. La fasatura era generalmente stabilita dalla temperatura e dal carico del motore.
Prima del 1910 il carburante veniva iniettato nel vaporizzatore all'inizio della corsa di aspirazione. Ciò ha comportato che l'inizio della combustione non fosse sincronizzato con l'angolo dell'albero motore. Ciò, a sua volta, significava che il motore avrebbe funzionato senza intoppi solo a una serie di giri o sotto un tipo di carico. L'aumento del carico o dei giri (i motori funzionavano meglio tra 50 e 300 giri / min) aumenterebbe la temperatura del bulbo e diminuirebbe il tempo di accensione. Ciò ha portato a pre-accensione e colpi mancati. Molti motori utilizzavano una goccia d'acqua per raffreddare il vaporizzatore e arginare alcune delle peggiori pre-accensione.
Dopo il 1910 la tecnologia del motore migliorò e iniziò a incorporare iniezione di carburante pressurizzata, pompe e erogazione precisa. La tempistica è migliorata ei motori sono diventati più affidabili e anche un po' più variabili.
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All'inizio del XX secolo la maggior parte dei problemi con la lavorazione di motori a gas e diesel efficienti e potenti è stata risolta. Gli ingegneri hanno anche risolto i problemi associati all'accensione a scintilla, all'accensione per compressione, alla fasatura e al governo del regime e della potenza del motore. C'era anche una crescente accessibilità a carburante più raffinato e quindi più efficiente. Tutti questi fattori hanno portato alla lenta morte dei motori a bulbo caldo.
Considera la potenza dietro un motore a bulbo caldo. Sebbene siano stati costruiti abbastanza grandi da generare 60 cavalli, il loro rapporto di compressione è rimasto piccolo, circa 5 a 1. Anche un motore diesel grezzo potrebbe generare un rapporto di compressione di circa 15 a 1. Ciò significava più potenza e più coppia, il tutto in un più piccolo, pacchetto più conveniente.
I motori a bulbo caldo sono stati utilizzati in Scandinavia fino agli anni '30 e si vedono ancora, anche se raramente, sui battelli in Inghilterra. Tuttavia, per la maggior parte, i motori a bulbo caldo ora sono più curiosità che strumenti utili.
"Era un'ottima fonte per il suo tempo e il suo luogo", ha detto Foster, aggiungendo che i motori a bulbo caldo semplicemente non potevano tenere il passo con i cambiamenti nella tecnologia. "Penso che si possa dire che era l'anello mancante tra i primi motori e i motori moderni", ha detto.
