Was ist eine Hit-and-Miss-Engine?

Ein Hit-and-Miss-Motor ist eine Art Viertakt-Verbrennungsmotor, der von einem Regler so gesteuert wird, dass er mit einer festgelegten Drehzahl arbeitet. Es wurde Ende des 19. Jahrhunderts konzipiert und von den 1890er bis ungefähr in die 1940er Jahre von verschiedenen Unternehmen hergestellt. Der Name kommt von der Geschwindigkeitsregelung dieser Motoren: Sie feuern ("schlagen") nur, wenn sie mit oder unter einer eingestellten Geschwindigkeit arbeiten, und fahren ohne Zündung ("fehlen"), wenn sie ihre eingestellte Geschwindigkeit überschreiten. Dies steht im Vergleich zur "drosselgesteuerten" Methode der Geschwindigkeitsregelung. Das Geräusch, das entsteht, wenn der Motor ohne Last läuft, ist ein charakteristisches "POP whoosh whoosh whoosh whoosh POP", wenn der Motor zündet und dann ausrollt, bis die Geschwindigkeit abnimmt, und er erneut zündet, um seine Durchschnittsgeschwindigkeit beizubehalten.

Viele Motorenhersteller stellten während ihrer Spitzennutzung Hit-and-Miss-Motoren her - von etwa 1910 bis in die frühen 1930er Jahre, als modernere Konstruktionen begannen, sie zu ersetzen. Einige der größten Motorenhersteller waren Stover, Hercules, International Harvester (McCormick Deering), John Deere und Fairbanks Morse.

Konstruktion

Dies ist eine Videomontage der Otto-Motoren, die bei der Western Minnesota Steam Threshers Reunion (WMSTR) in Rollag, Minnesota, laufen. Es ist eine Art Hit-and-Miss-Engine. (2min 16sec, 320x240, 340kbit/s Video)

Ein Hit-and-Miss-Motor ist eine Art Schwungradmotor. Ein Schwungradmotor ist ein Motor, der ein großes Schwungrad oder einen Satz Schwungräder hat, die mit der Kurbelwelle verbunden sind. Die Schwungräder halten die Motordrehzahl während Motorzyklen aufrecht, die keine mechanischen Antriebskräfte erzeugen. Die Schwungräder speichern Energie beim Verbrennungstakt und liefern die gespeicherte Energie an die mechanische Last bei den anderen drei Takten des Kolbens. Als diese Motoren konstruiert wurden, war die Technologie weniger fortgeschritten und die Hersteller machten alle Teile sehr groß. Ein typischer Motor mit 6 PS (4,5 kW) wiegt etwa 1000 Pfund (454 kg). Typischerweise war das Material für alle wichtigen Motorteile Gusseisen. Kleine Funktionsteile wurden aus Stahl hergestellt und auf Toleranz bearbeitet.

Das Kraftstoffsystem eines Hit-and-Miss-Motors besteht aus einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffleitung, einem Rückschlagventil und einem Kraftstoffmischer. Der Kraftstofftank enthält in der Regel Benzin, aber viele Benutzer starteten die Motoren mit Benzin und wechselten dann zu einem billigeren Kraftstoff wie Kerosin oder Diesel. Die Kraftstoffleitung verbindet den Kraftstofftank mit dem Mischer. Entlang der Kraftstoffleitung verhindert ein Rückschlagventil, dass der Kraftstoff zwischen den Verbrennungstakten in den Tank zurückfließt. Der Mischer erzeugt das richtige Kraftstoff-Luft-Gemisch mithilfe eines Nadelventils, das an einem gewichteten oder federbelasteten Kolben befestigt ist, normalerweise in Verbindung mit einem ölgedämpften Dämpfer.

Der Betrieb des Mischers ist einfach, er enthält nur ein bewegliches Teil, nämlich das Nadelventil. Obwohl es Ausnahmen gibt, speichert ein Mixer keinen Kraftstoff in irgendeiner Schüssel. Der Kraftstoff wird einfach dem Mischer zugeführt, wo er aufgrund der Wirkung des Bernoulli-Prinzips in dem unter dem gewichteten Kolben durch die Wirkung des angebrachten Nadelventils erzeugten Venturi selbstdosiert wird, die Methode, die bis heute im SU-Vergaser verwendet wird.

Funken zum Zünden des Kraftstoffgemisches werden entweder durch eine Zündkerze oder ein Gerät namens Zünder erzeugt. Wenn eine Zündkerze verwendet wird, wurde der Funke entweder von einem Magnetzünder oder einer Zitter- (oder „Buzz“-)Spule erzeugt. Eine Summenspule verwendet Batteriestrom, um eine kontinuierliche Reihe von Hochspannungsimpulsen zu erzeugen, die der Zündkerze zugeführt werden. Für die Zündung des Zünders werden entweder eine Batterie und eine Spule oder ein Magnetzünder mit "niedriger Spannung" verwendet. Bei der Batterie- und Spulenzündung wird eine Batterie mit einer Drahtspule und den Zündkontakten in Reihe geschaltet. Wenn die Kontakte des Zünders geschlossen sind (die Kontakte befinden sich in der Brennkammer), fließt Strom durch den Stromkreis. Wenn die Kontakte vom Zeitsteuermechanismus geöffnet werden, wird über den Kontakten ein Funke erzeugt, der das Gemisch entzündet. Wenn ein Niederspannungs-Magnetzünder (eigentlich ein Niederspannungs-Hochstromgenerator) verwendet wird, wird der Ausgang des Magnetzünders direkt zu den Zündpunkten geleitet und der Funke wird wie bei einer Batterie und Spule erzeugt.

Abgesehen von sehr großen Beispielen war die Schmierung fast immer manuell. Hauptkurbelwellenlager und das Pleuellager auf der Kurbelwelle haben im Allgemeinen eine Schmierschale – einen kleinen Behälter (Schale) gefüllt mit Fett und einen aufgeschraubten Deckel.

Ein typischer Motoröler.
Dies ist eine von Lunkenheimer

Wenn der Deckel fester angeschraubt wird, wird Fett aus dem Boden des Bechers in das Lager gedrückt. Einige frühe Motoren haben nur ein Loch in der Lagergusskappe, in das ein Bediener Schmieröl spritzt, während der Motor läuft. Der Kolben wird durch einen Tropföler geschmiert, der kontinuierlich Öltropfen auf den Kolben aufbringt. Das überschüssige Öl aus dem Kolben läuft aus dem Zylinder auf den Motor und schließlich auf den Boden. Der Tropföler kann so eingestellt werden, dass er schneller oder langsamer tropft, je nachdem, wie stark der Motor arbeitet, je nach Bedarf an Schmierung. Der Rest der beweglichen Motorkomponenten wurde alle mit Öl geschmiert, das der Motorbediener regelmäßig auftragen musste, während der Motor lief.

Praktisch alle Hit-and-Miss-Motoren sind vom Typ "Open Crank", dh es gibt kein geschlossenes Kurbelgehäuse. Kurbelwelle, Pleuel, Nockenwelle, Zahnräder, Regler usw. sind vollständig freigelegt und können bei laufendem Motor im Betrieb besichtigt werden. Dies sorgt für eine unordentliche Umgebung, da Öl und manchmal Fett aus dem Motor geschleudert werden und Öl auf den Boden läuft. Ein weiterer Nachteil ist, dass Schmutz und Staub auf alle beweglichen Motorteile gelangen können, was zu übermäßigem Verschleiß und Motorstörungen führen kann. Daher ist eine häufige Reinigung des Motors erforderlich, um ihn in einem ordnungsgemäßen Betriebszustand zu halten.

Die Kühlung der meisten Hit-and-Miss-Motoren erfolgt durch Trichterkühlung mit Wasser in einem offenen Reservoir. Es gab einen kleinen Teil von kleinen und kleinen PS-Motoren, die mit Hilfe eines eingebauten Lüfters luftgekühlt wurden. Der wassergekühlte Motor hat einen eingebauten Vorratsbehälter (größere Motoren haben normalerweise keinen Vorratsbehälter und müssen über Rohranschlüsse am Zylinder an einen großen externen Tank für Kühlwasser angeschlossen werden). Das Wasserreservoir umfasst den Bereich um den Zylinder sowie (meistens) den Zylinderkopf und einen oberhalb des Zylinders montierten oder angegossenen Tank. Wenn der Motor läuft, erwärmt er das Wasser. Die Kühlung erfolgt, indem das Wasser abdampft und dem Motor Wärme entzieht. Wenn ein Motor eine Zeit lang unter Last läuft, ist es üblich, dass das Wasser im Reservoir kocht. Von Zeit zu Zeit muss verloren gegangenes Wasser ersetzt werden. Eine Gefahr des wassergekühlten Designs ist das Einfrieren bei kaltem Wetter. Viele Motoren wurden ruiniert, als ein vergesslicher Bediener es versäumte, das Wasser abzulassen, wenn der Motor nicht in Betrieb war, und das Wasser gefror und die gusseisernen Motorteile zerbrach. New Holland patentierte jedoch einen v-förmigen Behälter, sodass sich ausdehnendes Eis nach oben und in einen größeren Raum drückte, anstatt den Behälter zu beschädigen. Wassermantelreparaturen sind bei vielen der noch existierenden Motoren üblich.

Entwurf

Dies waren einfache Motoren im Vergleich zum modernen Motorendesign. Sie enthalten jedoch einige innovative Designs in mehreren Bereichen, oft in dem Versuch, Patentverletzungen für eine bestimmte Komponente zu umgehen. Dies gilt insbesondere für den Gouverneur. Regler sind Fliehkraftregler, Schwenkarm, Schwenkarm und viele andere. Der Aktuatormechanismus zur Geschwindigkeitsregelung wird ebenfalls in Abhängigkeit von bestehenden Patenten und dem verwendeten Regler variiert. Siehe zum Beispiel die US-Patente 543.157 von 1895 oder 980.658 von 1911. Wie auch immer ausgeführt, der Regler hat eine Aufgabe – die Drehzahl des Motors zu steuern. Bei modernen Motoren wird die Leistungsabgabe durch Drosseln des Luftstroms durch den Einlass mittels einer Drosselklappe gesteuert; die einzige Ausnahme bilden Diesel- und Valvetronic-Benzinmotoren.

Funktionsweise von Hit-and-Miss-Motoren: Das Einlassventil von Hit-and-Miss-Motoren hat keinen Aktuator; Stattdessen hält eine leichte Feder das Einlassventil geschlossen, es sei denn, ein Vakuum im Zylinder zieht es auf. Dieser Unterdruck entsteht nur, wenn das Auslassventil während des Abwärtshubs des Kolbens geschlossen ist. Wenn der Hit-and-Miss-Motor über seiner eingestellten Drehzahl läuft, hält der Regler das Auslassventil offen, verhindert ein Vakuum im Zylinder und bewirkt, dass das Einlassventil geschlossen bleibt, wodurch der Zündmechanismus des Otto-Zyklus unterbrochen wird. Wenn der Motor bei oder unter seiner eingestellten Drehzahl läuft, lässt der Regler das Auslassventil schließen. Beim nächsten Abwärtshub öffnet ein Unterdruck im Zylinder das Einlassventil und lässt das Kraftstoff-Luft-Gemisch eintreten. Dieser Mechanismus verhindert den Kraftstoffverbrauch während des Ansaughubs von "fehlgeschlagenen" Zyklen.

Verwendungszweck

Eine Jaeger Schmutzwasserpumpe zum Pumpen von schmutzigem (schmutzigem) Wasser. Es hat einen Hercules-Motor mit 2½ PS (1,9 kW). Dies ist ein Beispiel für eine integrierte Funktion von Hit-and-Miss-Motoren (dh nicht angeschnallt)

Hit-and-Miss-Motoren erzeugten Leistungen von 1 bis ungefähr 100 PS (0,75 - 75 kW). Diese Motoren laufen langsam – typischerweise von 250 Umdrehungen pro Minute (U/min) für große PS-Motoren bis 600 U/min für kleine PS-Motoren. Sie trieben Pumpen für den Anbau, Sägen zum Schneiden von Holz, Generatoren für Strom in ländlichen Gebieten, landwirtschaftliche Geräte und viele andere stationäre Anwendungen an. Einige wurden auf Betonmischern montiert. Diese Motoren trieben auch einige frühe Waschmaschinen an. Sie waren ein arbeitssparendes Gerät in landwirtschaftlichen Betrieben und halfen den Landwirten, viel mehr zu erreichen, als sie zuvor konnten.

Der Motor wurde normalerweise mit einem breiten Flachriemen, der normalerweise 5 bis 15 cm breit war, mit dem Gerät verbunden, das angetrieben wurde. Der Flachriemen wurde von einer Riemenscheibe am Motor angetrieben, die entweder an einem Schwungrad oder an der Kurbelwelle befestigt war. Die Riemenscheibe wurde speziell so hergestellt, dass sie einen Umfang hat, der sich von der Mitte zu jeder Kante leicht verjüngt (wie ein zu stark aufgepumpter Autoreifen), so dass die Mitte der Riemenscheibe einen etwas größeren Durchmesser hatte. Dadurch blieb der Flachriemen in der Mitte der Riemenscheibe.

Spätere Geschichte

In den 1930er Jahren wurden fortschrittlichere Motoren üblich. Schwungradmotoren waren und sind für die erzeugte Leistung extrem schwer und laufen mit sehr langsamen Drehzahlen. Ältere Motoren waren wartungsintensiv und ließen sich nicht ohne Weiteres in mobile Anwendungen integrieren.

In den späten 1920er Jahren hatte International Harvester bereits den Modell-M-Motor, der eine geschlossene Version eines Schwungradmotors war. Ihr nächster Schritt war das Modell LA, das ein vollständig geschlossener Motor (mit Ausnahme des Ventilsystems) mit Selbstschmierung (Öl im Kurbelgehäuse), zuverlässiger Zündkerzenzündung und schnellerem Betrieb (bis zu etwa 750-800 U / min) war. und vor allem leicht im Vergleich zu früheren Generationen. Das Modell LA mit 1,5 PS (1,1 kW) wog zwar immer noch etwa 68 kg, war aber weitaus leichter als das Modell M mit 1,5 PS, das zwischen 136 und 159 kg wiegt. Später wurde ein leicht verbesserter LA, der LB, produziert. Die Modelle M, LA und LB sind drosselgesteuert. Im Laufe der Zeit wechselten immer mehr Motorenhersteller zum Motor mit geschlossenem Kurbelgehäuse. Unternehmen wie Briggs und Stratton stellten auch leichte luftgekühlte Motoren im Bereich von 1/2 bis 2 PS (0,37 - 1,5 kW) her und verwendeten viel leichtere Materialien. Diese Motoren laufen auch mit viel höheren Drehzahlen (bis zu etwa 2.000–4.000 U/min) und erzeugen daher bei einer gegebenen Größe mehr Leistung als langsame Schwungradmotoren.

Die meisten Schwungradmotoren wurden in den 1940er Jahren eingestellt, aber moderne Motoren dieser Art werden weiterhin für Anwendungen verwendet, bei denen eine niedrige Drehzahl wünschenswert ist, hauptsächlich in Ölfeldanwendungen wie Pumpjacks. Die Wartung ist bei modernen Schwungradmotoren aufgrund ihrer geschlossenen Kurbelgehäuse und fortschrittlicheren Materialien weniger problematisch als bei älteren.

Erhaltung

Tausende ausrangierte Schwungradmotoren wurden in den Eisen- und Stahlantrieben des Zweiten Weltkriegs verschrottet – aber viele überlebten und wurden von Enthusiasten wieder funktionsfähig gemacht. Allerdings sind Motoren mit Originallackierung in den letzten Jahren bei vielen Sammlern begehrter geworden als nachlackierte Motoren. Zahlreiche gut erhaltene Hit-and-Miss-Lokomotiven sind auf Ausstellungen für antike Motoren (viele haben auch antike Traktoren) sowie im Bereich der stationären Motoren von Dampfmessen und Oldtimer-Rallyes in Aktion zu sehen.