2.17 热球式内燃机

19世纪末和20世纪初，在汽（煤）油发动机取代蒸汽机作为拖拉机动力的过程中，有另一位“同路人”，那就是热球式内燃机，它们一道逐渐取代蒸汽机。

热球式内燃机（hot bulb engine），又称重柴油发动机（heavy oil engine），是内燃机的一种，出现的比汽油机晚，比柴油机早。燃油进入热球并和它内部红热表面接触而点火。大多数热球式内燃机是单缸、低速、二冲程、曲轴箱扫气发动机（图2-31）。热球通常是指铸造在缸盖上的球状空腔。发动机起动之前，热球的外部由喷灯等加热，然后转动发动机起动。发动机运转起来之后，燃油燃烧释放的热量就可维持热球温度，喷灯或其他热源可以移走。热球式内燃机可以长时间自行运转，这使其成为发电机组、泵和船舶的理想动力。

图2-31 热球式内燃机

1—热球 2—气缸 3—活塞 4—曲轴

热球式内燃机是在19世纪末由赫伯特·斯图亚特（Herbert Stuart）发明的。第一批样机是由英国林肯郡的理查德霍恩斯比（Richard Hornsby）父子公司于1886年获得许可后制造的。热球式内燃机之所以吸引人是因为和当时的蒸汽机相比，它经济、简单、易于操作和安全。蒸汽机的热效率为6%左右，而热球式内燃机的热效率则可轻易达到12%。蒸汽机锅炉需要人员加水、加燃料、监控压力防止过压和爆炸，而热球式内燃机则可以数小时无须人照看。在当时，热球式内燃机是通过外部加热启动，对寒冷地区比较适合，这使得它们在加拿大和北欧较为流行，因为在那里蒸汽机不可行，早期的汽油机和柴油机也不能可靠起动。

热球式内燃机另一个更大的优势是它能够使用各种低质燃油，甚至是难燃的燃油，用过的机油或煤粉也能作为它的燃料，这使热球式内燃机的运转成本很低。此外，与蒸汽机、汽油机和柴油机相比，热球式内燃机既没有汽油机的电点火系统，也没有蒸汽机的外锅炉和蒸汽系统，由于其结构简单因而潜在问题较少。

有人把热球式内燃机归为一种特殊的柴油机，实际上赫伯特·斯图亚特的热球式内燃机显然和众所周知的鲁道夫·狄赛尔（Rudolf Diesel）的压燃式柴油机在压缩比和进气定时上均有所不同。热球式内燃机的压缩比初期大约为3:1，后期增至14:1，而典型的柴油机的压缩比在15:1和20:1之间。此外，热球式内燃机在进气阶段进行燃油喷射，不像柴油机在压缩行程末才喷射。热球式内燃机的最高转速较低，主要零件包括活塞等都是铸件，机器简单、粗糙、笨重，普通机器作坊即可生产。在20世纪10到50年代，热球式内燃机比柴油机的制造成本更经济。

理查德霍恩斯比父子公司不仅首次生产了热球式内燃机，并且是世界上19世纪末和20世纪初热球式内燃机的主要生产商。它为南欧直布罗陀海峡、印度泰姬陵、美国自由女神和许多灯塔的电力照明，以及马可尼第一次穿越大西洋的无线电联络，提供了动力源。

20世纪初，为了满足船用需求，欧洲有数百家热球式内燃机制造商。仅在瑞典就有70多家，其中以柏林德尔（Bolinder）公司最著名。小型渔船常用的热球式内燃机是挪威的萨卜（SABB），它们很多仍在工作。在美国，许多公司也制造热球式内燃机。

当时，热球式内燃机在农业、林业和航运上的应用较广，用来带动水泵和驱动磨粉机、锯木机和脱粒机械，同时也用在压路机和拖拉机上。热球式内燃机的转速通常是每分钟50到400转，不适合汽车使用，而对速度要求不高的拖拉机较适合。

从1912年开始，瑞典在摩托犁上使用热球式内燃机，从1913年开始在拖拉机上使用热球式内燃机。德国的兰兹（Lanz）公司1921年在牛头犬HL型拖拉机上开始使用热球式内燃机。其他使用热球式内燃机的知名拖拉机制造商有意大利的兰迪尼（Landini）、Bubba、Gambino、Orsi、波兰的乌尔苏斯（Ursus）、英国的马歇尔（Marshall）、匈牙利的HSCS以及法国的SFV等。

20世纪50年代，在我国国营农场的机务队里，常常配备一台波兰乌尔苏斯拖拉机。这类单缸拖拉机冒着黑烟，发出“通通通”的响声，它们的发动机正是热球式内燃机，它可以烧废柴油，甚至可以烧废机油，这样避免了机器保养用油的浪费。今天由于环保原因我国已不再使用这种拖拉机，不过某些发展中国家对热球式内燃机尚有兴趣，因为它们不仅可使用低档石油类燃油，也能使用当地的各种生物类油作燃料。