熱球エンジン

熱球エンジンはセミディーゼル^[1]またはアクロイドエンジンとも呼ばれ、燃料がバルブ内の赤熱した金属表面と接触することで発火し、続いてピストンの上昇によって圧縮された空気（酸素）が熱球チャンバーに導入されるタイプの内燃機関です。燃料が導入されるといくらかの点火がありますが、バルブ内の利用可能な酸素はすぐに使い果たされます。エンジンの圧縮行程で熱球チャンバーに十分な酸素が供給された場合にのみ、活発な点火が起こります。

ほとんどのホットバルブエンジンは、1気筒または2気筒の低速2ストローク クランクケース 掃気ユニットとして製造されました。^[1]

このエンジンのコンセプトは、イギリスの発明家ハーバート・アクロイド・スチュアートによって確立されました。最初のプロトタイプは1886年に作られ、1891年にイギリスのリンカンシャー州グランサムのリチャード・ホーンズビー＆サンズによって、ホーンズビー・アクロイド特許石油エンジンのライセンスを受けて生産が開始されました。^{[2] [3]}

数年後、アクロイド・スチュアートの設計は、米国でドイツ移民のミーツとヴァイスによってさらに発展しました。彼らは、熱球エンジンと、ジョセフ・デイによって開発された2ストローク 掃気原理を組み合わせ、同サイズの4ストロークエンジンに比べてほぼ2倍のパワーを実現しました。農業用および船舶用の同様のエンジンは、J. V. スヴェンソン・モーターファブリック、ボリンダース、リセキルス・メカニスカ・ヴェルクスタッド、AB ピタゴラス、およびスウェーデンのその他の多くの工場で製造されました。

アクロイド・スチュアートのエンジンは、加圧燃料噴射システムを採用した最初の内燃機関であり^[4] 、独立した気化燃焼室を採用した最初のエンジンでもありました。これは、前室噴射式 ディーゼルエンジンの前身と考えられているすべての熱球エンジンの先駆けです。

ホーンズビー・アクロイドのオイルエンジンやその他の熱球エンジンは、圧縮熱のみで点火するルドルフ・ディーゼルの設計とは異なります。アクロイドエンジンの圧縮比は3:1から5:1ですが、一般的なディーゼルエンジンの圧縮比ははるかに高く、通常は15:1から20:1で、より効率的です。アクロイドエンジンでは、燃料はディーゼルエンジンのように圧縮のピーク時（15°BTDC）ではなく、吸気行程の早い段階（140°BTDC）に噴射されます。 [ ^5]

ホットバルブエンジンは、シリンダー内のピストンがコネクティングロッドとクランクシャフトによってフライホイールに接続されているという点で、他のほぼすべての内燃機関と基本的なレイアウトを共有しています。アクロイド・スチュアートの元のエンジンは4ストロークサイクル（吸気、圧縮、出力、排気）で動作し、ホーンズビーは、ブラックストーンやクロスリーなど他のいくつかの英国のメーカーと同様に、この設計のエンジンを製造し続けました。ヨーロッパ、スカンジナビア、米国のメーカー（およびペッター、ガードナー、アレンなどの一部の英国企業）は、クランクケース掃気を備えた2ストロークサイクルで動作するエンジンを製造しました。後者のタイプは、ホットバルブエンジン生産の大部分を占めていました。エンジンを通るガスの流れは、4ストロークエンジンではバルブによって、2ストロークではシリンダー壁のポートをピストンが開閉することによって制御されます。

熱球エンジンでは、通常はシリンダー ヘッドに取り付けられた「気化器」(「熱球」とも呼ばれる) と呼ばれる独立した燃焼室で燃焼が行われ、その中に燃料が噴霧されます。気化器は狭い通路でシリンダーに接続されており、運転中に燃焼ガスによって加熱されます。始動には、トーチやゆっくり燃える芯などの外部炎が使用されます。後期モデルでは、電気加熱や花火が使用されることがありました。別の方法として、スパーク プラグとバイブレーター コイル点火が組み込まれました。エンジンはガソリンで始動し、運転温度まで温まったらオイルに切り替えます。

予熱時間はエンジンの設計、使用される加熱の種類、および周囲温度によって異なりますが、温暖な気候のほとんどのエンジンでは、通常 2 ～ 5 分ですが、極寒で運転する場合やエンジンが特に大きい場合は 30 分ほどかかります。その後、エンジンは、通常は手動で回転しますが、圧縮空気または電動モーターで回転する場合もあります。

エンジンが始動すると、圧縮熱と点火熱によって熱球が必要な温度に維持され、ブローランプやその他の熱源を取り除くことができます。その後、エンジンは外部からの熱を必要とせず、作動するために空気、燃料油、潤滑油の供給のみを必要とします。ただし、低出力では、熱球が冷えすぎる可能性があります。エンジンの負荷が低い場合、燃焼温度が熱球の温度を維持するのに十分でない可能性があります。このため、多くの熱球エンジンは、補助加熱なしでは無負荷で作動できません。一部のエンジンでは、軽負荷および/または低速で作動しているときに余分な冷気の供給を減らすために、空気取り入れ口にスロットル バルブが装備されていました。また、長時間の低負荷運転またはアイドリング状態で自己燃焼を維持するために、通常の広範囲に噴霧する燃料ではなく、高温になる熱球の中心部に燃料油の強力なジェットを噴射するように調整可能な燃料噴霧ノズルが装備されているものもあります。同様に、エンジンの負荷が増加すると、熱球の温度も上昇します。これにより燃焼の開始が早まり（サイクルの早い段階で起こる）、出力と効率が低下します。燃焼が早まりすぎると、有害な早期点火が発生する可能性があります。これはホットバルブエンジンの出力を制限する要因であり、この制限を回避するために、一部のホットバルブエンジンには、空気吸入口に水を滴下して空気の温度を下げ、早期点火を打ち消すシステムが搭載されており、これにより出力が向上します。^[6]

エンジンは作動中に長時間放置することができるため、農業用トラクター、発電機、ポンプ、運河船の推進など、安定した出力を必要とする用途では、ホットバルブエンジンが人気のある選択肢となりました。

ピストンが下降すると（吸気行程）、空気が吸気バルブからシリンダー内に吸い込まれます。同じ行程で、機械式（ジャーク型）燃料ポンプ^[7]によってノズルから燃料が気化器内に噴射されます。噴射された燃料は気化器の高温の内部と接触して気化しますが、その熱は点火を引き起こすほどではありません。次に、ピストンが上昇すると（圧縮行程）、シリンダー内の空気は開口部から気化器内に押し出され、軽く圧縮されます（約 3:1 の比率）。これは、空気充填量が大幅に上昇するほどではありません。温度上昇は主に、熱いバルブ（始動前に加えられた外部加熱による赤熱、またはエンジン作動中の燃焼熱の維持による）の内面との接触によって空気が加熱されることによって引き起こされます。圧縮行程は主に、シリンダーから気化器への空気の乱流運動を作り出し、それが事前に気化した燃料油と混合されるようにする役割を果たします。この混合と、空気が気化器に軽く圧縮されるにつれて酸素含有量が増加すると、燃料油蒸気が自然発火します。^[8]燃料充填の燃焼は高温バルブ内で完了しますが、排気ガスと過熱空気の膨張充填が発生します。結果として生じる圧力がピストンを押し下げます（パワーストローク）。ピストンの動きは、クランクシャフトフライホイールアセンブリによって回転運動に変換され、これに作業を実行するための機器を取り付けることができます。フライホイールは運動量を蓄え、その一部は、電力が生成されていないときにエンジンを回転させるために使用されます。ピストンが上昇し、排気バルブから排気ガスを排出します（排気ストローク）。その後、サイクルが再び始まります。

燃料噴射と燃焼の基本的な動作は、4 ストロークでも 2 ストロークでも、すべてのホットバルブ エンジンに共通です。サイクルは、ピストンがストロークの最下部にあるところから始まります。ピストンが上昇すると、吸気ポートからクランクケースに空気が引き込まれます。同時に、燃料が気化器に噴射されます。ピストン上部の空気は気化器に送り込まれ、霧状の燃料と混合されて燃焼が起こります。ピストンはシリンダー内を下降します。ピストンが下降すると、まず排気ポートが開きます。加圧された排気ガスがシリンダーから流れ出ます。排気ポートが開いてからしばらくすると、下降するピストンがトランスファー ポートを開きます。ピストンはクランクケース内の空気を加圧し、トランスファー ポートを通ってピストン上部の空間に押し出されます。流入する空気の一部は、まだ開いている排気ポートから失われ、すべての排気ガスがシリンダーから確実に排出されます。このプロセスは「掃気」と呼ばれます。その後、ピストンはストロークの底部に到達し、再び上昇を開始し、クランクケースに新鮮な空気を吸い込んでサイクルを完了します。上昇ストロークで吸入と圧縮が行われ、下降ストロークで動力と排気が発生します。

クランクケースに潤滑油を供給して、クランクシャフト ベアリングに供給する必要があります。クランクケースはエンジンに空気を供給するためにも使用されるため、エンジンの潤滑油は空気充填とともにシリンダーに運ばれ、燃焼中に燃焼して排気口から排出されます。クランクケースからシリンダーに運ばれたオイルは、ピストンの潤滑に使用されます。つまり、2 ストローク熱球エンジンは徐々に潤滑油を燃焼させることになります。この設計は「全損失」潤滑システムとして知られています。また、クランクケースからオイルを排出して潤滑油リザーバーに戻すために、スカベンジ ポンプなどを採用した設計もありました。ランツ熱球トラクターとその多くの模倣機にはこの機能があり、オイル消費を大幅に削減しました。

さらに、始動時にクランクケース オイルが過剰に存在すると、エンジンが始動して制御不能に加速し、回転および往復部品の速度制限をはるかに超える危険があります。これにより、エンジンが破損する可能性があります。通常、始動前にクランクケースからオイルを排出できる栓またはストップコックがあります。

バルブがなく、動作サイクルが 2 倍になっているため、2 ストローク ホット バルブ エンジンはどちらの方向でも同じように作動します。小型の 2 ストローク エンジンの一般的な始動方法は、エンジンを通常の回転方向と反対に回すことです。ピストンは、圧縮フェーズで十分な力で「跳ね返り」、エンジンを正しい方向に回転させて始動します。この双方向の動作は、船舶用途では有利でした。蒸気エンジンのように、ギアボックスを必要とせずに船を前進または後進させることができたからです。方向を逆転させるには、エンジンを停止して反対方向に再度始動するか、オペレーターの十分なスキルとタイミングがあれば、エンジンが圧縮に反発して反対方向に作動するのに十分な運動量になるまでエンジンを減速します。燃料噴射は圧縮前に行われ、燃焼はエンジンの回転の特定のポイントに直接関連していないため (ディーゼル エンジンの噴射/燃焼や火花点火エンジンの点火/燃焼のように)、2 ストローク ホット バルブ エンジンの燃料供給を設定して、ピストンが上死点に達する直前に燃焼が起こり、エンジンの回転方向が逆転し、次にピストンが上死点に近づくと燃焼が起こり、再び回転が逆転するようにすることもできます。このようにして、エンジンはクランクシャフトが完全に回転することなく、無期限に稼働できます。ホット バルブ エンジンは、内燃機関の中では「毎分回転数ゼロ」で稼働できる点で独特です。これは、船舶用エンジンの魅力的な特性でもありました。エンジンは、意味のある推力を生成せずに「稼働」したままにしておくことができ、エンジンを停止して後で時間のかかる始動手順を実行する必要がなくなるためです。

エンジンの双方向回転機能は、ギアボックスを備えた熱電球駆動のトラクターでは望ましくない特性でした。エンジン回転数が非常に低い場合、エンジンは音や走行品質にほとんど変化がなく、トラクターが意図した方向とは逆方向に動くまでドライバーが気付かないまま逆方向に回転することがありました。ランツ ブルドッグトラクターには、エンジンによって機械的に駆動される回転矢印を示すダイヤルが装備されていました。矢印は通常のエンジン回転方向を指しており、ダイヤルが反対方向に回転すると、エンジンが逆方向に回転したことになります。

熱球エンジンが発明された当時、その大きな魅力は、当時産業の動力源として主流だった蒸気エンジンに比べて、効率性、シンプルさ、操作のしやすさでした。凝縮器のない蒸気エンジンは、平均熱効率（発生した熱のうち実際に有用な仕事に変換される熱の割合）が約6％でした。^[9] 熱球エンジンは、12％の熱効率を簡単に達成できました。

1910 年代から 1950 年代にかけて、熱球エンジンは低圧原油噴射により製造コストが低く、ディーゼルの圧縮着火エンジンよりも圧縮比が低かった。

熱球エンジンは、蒸気エンジンよりも組み立てや操作がはるかに簡単です。ボイラーには、必要に応じて水と燃料を追加し、過圧とそれに伴う爆発を防ぐために圧力を監視する人が少なくとも 1 人必要です。自動潤滑システムとエンジン速度を制御する調速機を装備すれば、熱球エンジンは一度に何時間も無人で稼働させることができます。

もう一つの魅力は安全性でした。蒸気機関は火が露出しており、ボイラー、蒸気管、作動シリンダーが高温であるため、軍需工場や燃料精製所などの可燃性環境では使用できませんでした。また、熱球エンジンは排気ガスもクリーンでした。蒸気機関の大きな危険性は、ボイラー圧力が高くなりすぎて安全弁が故障すると、非常に危険な爆発が発生する可能性があることですが、熱球エンジンが発明された頃には、これは比較的まれな出来事でした。より一般的な問題は、蒸気機関のボイラーの水位が低くなりすぎると、炉の頂部の鉛栓が溶けて火が消えてしまうことです。熱球エンジンは燃料がなくなると、単に停止し、すぐに燃料を追加して再始動できます。水冷は通常、閉回路であるため、漏れがない限り水が失われることはありません。冷却水が少なくなると、エンジンは過熱して停止しますが、これは大きな問題ですが、爆発の危険はありません。ランツ ブルドッグトラクターに使用されているエンジンを含む一部のエンジンには、高温のバルブに可溶性プラグが取り付けられていました。エンジンが過熱するとプラグが溶けて圧縮と燃焼が防止され、大きな損傷が発生する前にエンジンが停止します。これは、無人で稼働するエンジンには特に望ましい機能です。

蒸気、ガソリン (オットーサイクル)、圧縮点火 (ディーゼルサイクル) エンジンと比較すると、熱球エンジンはより単純なため、潜在的な問題が少なくなります。ガソリン エンジンにあるような電気システムはなく、蒸気エンジンにあるような外部ボイラーや蒸気システムもありません。

ホットバルブエンジンのもう一つの大きな魅力は、幅広い燃料で稼働できることです。気化器と圧縮着火を組み合わせることで、燃えにくい燃料でも燃焼させることができるため、燃焼しにくい燃料でも使用できます。通常の燃料は現代のディーゼル燃料に似た燃料油ですが、天然ガス、灯油、原油、植物油、クレオソートも使用できます。これにより、ホットバルブエンジンはすぐに入手できる燃料で稼働できるため、非常に安価に稼働できます。一部のオペレーターは、使用済みのエンジンオイルでエンジンを稼働させ、ほぼ無料で電力を供給しました。最近、^{[いつ? ]}この多燃料機能により、ホットバルブエンジンを現地で生産されたバイオ燃料で稼働させることができる発展途上国での使用に関心が集まっています。^[10]

予熱時間が長いため、熱球エンジンは、極寒の環境でも始動しやすい。そのため、カナダやスカンジナビアなどの寒冷地域では、蒸気エンジンが利用できず、初期のガソリンエンジンやディーゼルエンジンの動作が期待できないため、熱球エンジンが人気だった。しかし、このため、特に自動車では、短時間の運転には適していない。

熱球エンジンは信頼性が高く、多くの燃料で稼働でき、一度に何時間も何日間も稼働させておくことができるため、農業、林業、海洋の分野で非常に人気があり、ポンプや製粉、製材、脱穀機の動力として使われました。熱球エンジンはロードローラーやトラクターにも使用されました。

スウェーデン のストックホルムにあるアウグステンダールの JV Svenssons Motorfabrik社は、1912 年から 1925 年まで製造された Typ 1 モーター プラウにホット バルブ エンジンを使用していました。スウェーデンのエスキルストゥーナにあるMunktells Mekaniska Verkstads ABは、1913 年以降、ホット バルブ エンジンを搭載した農業用トラクターを製造していました。 ドイツのマンハイムにあるHeinrich Lanz AG は、1921 年にLanz HLトラクターでホット バルブ エンジンを使い始めました。バルブ エンジンを使用していた他の有名なトラクター製造業者には、イタリアのBubba、Gambino、 Landini 、 Orsi、ハンガリーの HSCS 、フランスの SFV 、およびポーランドのUrsus (第二次世界大戦後に、1934 年のLanz Bulldog D 9506の直接のコピーであるUrsus C-45 を製造) があります。

20 世紀初頭、ヨーロッパには船舶用の熱球エンジンを製造する会社が数百社ありました。スウェーデンだけでも 70 社を超える製造会社があり、その中で最も有名なのはボリンダー社です。1920 年代には世界市場の約 80% を占めていました。ノルウェーのサブ社は小型漁船用の非常に人気の高い熱球エンジンで、その多くが現在でも稼働しています。アメリカでは、スタンダード、ウェーバー、リード、スティックニー、オイル シティ、フェアバンクス モースが熱球エンジンを製造しました。

エンジンの設計上の制限は、非常に狭い（そして低い）速度帯域、通常 50 ～ 300 rpmでしか動作できないことでした。このため、速度がそれほど要求されないトラクターなどの車両以外では、ホット バルブ エンジンを自動車用途に適応させることは困難でした。この制限は、ホット バルブ エンジンが非常に人気があった定置用途ではほとんど問題になりませんでした。

予熱時間が長いため、熱球エンジンは、予熱プロセスが全体の運転時間のわずかな割合を占めるだけの、エンジンを長時間運転する必要があるユーザーにのみ好まれました。これには、海洋での使用（特に漁船）や、ポンプや排水の作業が含まれます。

熱球エンジンは、ダイナモや電灯システムが完成したのと同時期に発明され、発電が熱球エンジンの主な用途の 1 つでした。このエンジンは標準的な往復蒸気エンジンよりも高い RPM を達成できましたが、高速蒸気エンジンは 1890 年代に開発され、燃料とメンテナンスの要件が低く、1 人だけで操作およびメンテナンスできることなどから、小規模発電に最適でした。熱球エンジンで駆動する発電機セットは、ヨーロッパの多くの大きな家屋、特に田舎の地域に設置されたほか、工場、劇場、灯台、ラジオ局、および集中型電力網が利用できない他の多くの場所に設置されました。通常、ダイナモまたはオルタネーターは、エンジンのフライホイールから平ベルトで駆動され、必要な「ギアアップ」が可能になり、発電機がエンジンよりも高速で回転します。アームストロング・ウィットワースやボールトン・ポールなどの企業は、1900年代から1920年代後半にかけて、エンジンと発電機の両方を含む完全な発電セットを製造し、供給していました。この時期には、世界中で国家送電網システムが形成され、熱球エンジンがディーゼルエンジンに置き換えられたため、需要が減少しました。

蒸気機関の火災が許容できない火災リスクとなる地域でも、この機関車は使用されました。アクロイド・スチュアートは、ウーリッジの王立兵器廠向けに、世界初の熱球油エンジン「ラケシス」を開発した。この機関車は、リスクのためこれまで機関車の使用が不可能であった。熱球エンジンは、20世紀初頭に産業用エンジンとして非常に人気があったが、より大きなものに使用するにはパワーが足りなかった。

1910 年頃からディーゼル エンジンは劇的に改良され、熱球エンジンよりも高い効率でより多くのパワーが得られるようになりました。ディーゼル エンジンは、最大限の経済性を考慮して設計すれば 50% を超える効率を達成できます^[要出典]。また、より効率的な燃焼方法により、一定のエンジン サイズでより大きなパワーが得られます。熱球がなく、完全に圧縮着火に依存しており、予熱が不要なため、より使いやすくなっています。

ホットバルブ エンジンは、速度と全体的な出力対サイズ比の点でその範囲が限られていました。ホットバルブ エンジンを船舶や機関車に動力を供給できるようにするには、法外な大きさと重量が必要でした。ランディーニ トラクターに使用されたホットバルブ エンジンは、比較的低い出力に対して 20 リットルもの容量がありました。ホットバルブ エンジンの出力と速度の主な制限は、その燃焼方法でした。ディーゼル エンジンでは、圧縮空気に燃料を噴射することで燃焼を制御します。燃料が噴射されるまで燃焼は起こらないため、燃焼のタイミングと期間は厳密に制御できます。ホットバルブ エンジンでは、圧縮が始まる前に燃料がシリンダーに噴射され、圧縮行程中にホットバルブ内の気化した燃料と空気の充填が出会うと燃焼が始まります。つまり、燃焼をいかなる精度でも制御するのは困難でした。ホットバルブ全体の燃料充填の一部は、ピストンが圧縮行程を完了する前に、異なるタイミングで点火します。これは、従来の火花点火エンジンの早期着火と同じで、エンジンの内部部品、特にピストンに不均一な力と高い熱および物理的ストレスをもたらします。ホットバルブエンジンでは、エンジン全体の回転数を低く抑え、サイクルごとに噴射される燃料の量を少なくし、エンジンの部品を非常に頑丈にすることでしか、この問題を克服できませんでした。その結果、非常に耐久性の高いエンジンが生まれましたが、出力は比較的低く、大きくて重くなりました。水噴射（早期着火を減らすため）や「ホットチューブ」エンジン（気化器の容積をエンジン速度に合わせて変え、全体の圧縮比を変える）などのアイデアは、複雑さとコストを増大させ、急速に発展しているディーゼルエンジンと同等のパワーウェイトレシオを提供できませんでした。

多気筒エンジンの複数のホットバルブ全体で均一な燃焼を起こすのは困難です。ホットバルブ エンジンはディーゼル エンジンに比べて圧縮比が低いため、効率、出力、速度が制限されていました。ほとんどのホットバルブ エンジンは最高速度約 100 rpm で動作しましたが、1930 年代までには 2,000 rpm が可能な高速ディーゼル エンジンが製造されました。また、ホットバルブの設計とインジェクター システムに関する現在の技術の制限により、ほとんどのホットバルブ エンジンは単速エンジンであり、固定速度または非常に狭い速度範囲で動作していました。ディーゼル エンジンははるかに広い速度範囲で動作するように設計できるため、より汎用性があります。このため、これらの中型ディーゼルは発電機セットでの使用に非常に人気があり、小規模発電用のエンジンとしてホットバルブ エンジンに取って代わりました。

1930年代から1940年代にかけての小容量の高速ディーゼルエンジンの開発により、熱球エンジンは急速に人気を失っていった。最後の大規模熱球エンジン製造業者は1950年代に生産を中止し、現在では発展途上国の非常に辺鄙な地域を除いて、商業的に使用されることは事実上絶滅している。例外は海洋での使用で、熱球エンジンはヨーロッパの内陸の荷船やナローボートに広く装備されていた。英国初の2隻の自走式「モーター」ナローボート、 1911年のキャドバリー社の Bournville  IとBournville II ^[11]は、15馬力のボリンダー単気筒熱球エンジンを搭載しており、^[11]このタイプは1920年代から1950年代にかけて一般的になった。ホットバルブエンジンは一般的に寿命が長く、このような用途に最適であるため、今日でもオリジナルのホットバルブエンジンを搭載した船舶が見られることは珍しくありません。

模型グロープラグエンジンはホットバルブエンジンのバリエーションであるという誤解がよくありますが、これは事実ではありません。 ^[要出典]模型グローエンジンは触媒点火エンジンです。グロープラグコイル内のプラチナとメチルアルコール蒸気の反応を利用しており、特定の温度と圧力でプラチナが蒸気と接触して発光します。

ホットバルブエンジンはディーゼルエンジンとよく混同されますが、^[12]この2つのエンジンは非常によく似ています。ホットバルブエンジンには目立つホットバルブ気化器が付いていますが、ディーゼルエンジンには付いていません。その他の重要な違いは次のとおりです。

• ホットバルブエンジンは、気化器に蓄えられた熱を主に再利用して燃料を点火し、約12％の効率を達成します。^[12]
• ディーゼル エンジンは、燃料を点火するために圧縮のみを使用します。熱球エンジンよりも何倍も高い圧力で作動するため、大型ディーゼルでは 50% を超える効率が得られます。
• ホットバルブエンジンでは、始動前にホットバルブをトーチで約 15 分間予熱する必要があります。

燃料噴射プロセスのタイミングにも重要な違いがあります。

• 1910年以前のホットバルブエンジンでは、燃料は（吸気行程中に）早めに気化器に噴射されていました。これにより、燃焼の開始がクランク角と同期しなくなり、エンジンは1つの低速または負荷でのみスムーズに作動することになります。^{[2] [13]}エンジンの負荷が増加すると、バルブの温度も上昇し、点火期間が早まり、早期点火を引き起こします。早期点火に対抗するために、空気取り入れ口に水を滴下して、ある程度の柔軟性を持たせました。^{[6] : 664}
• ディーゼルエンジンでは、圧縮行程の上死点に達する直前に、エンジン速度と負荷に応じて調整されたタイミングで燃料がシリンダー内に噴射されます。

燃料噴射方法にも細かい違いがもうひとつあります。

• ホットバルブエンジンは、中圧ポンプを使用して、シンプルなノズルを通じてシリンダーに燃料を送ります。
• オリジナルのディーゼル エンジンでは、燃料は高圧の圧縮空気によってインジェクターを通じてシリンダー内に噴射されていました。カムシャフトがバネ仕掛けのピンを持ち上げて、ノズルから燃料の供給を開始しました。

第一次世界大戦以前は、石油エンジンが 150 rpm より速く回転できるほど技術が進歩していませんでした。これらのエンジンの構造は蒸気エンジンに似ており、圧力給油式潤滑装置はありませんでした。

ホットバルブエンジンでは、より経済的で信頼性が高く、よりシンプルな構成を使用して、低圧で燃料が噴射されます。ただし、圧縮空気噴射を使用しないため、効率は低くなります。

この時期のディーゼルエンジンとホットバルブエンジンは4ストロークでした。^[13] 1902年にF. ランドロフは2ストローククランクケース掃気エンジンを発明し、これがホットバルブ型エンジンとして普及しました。

小型の直噴ディーゼルエンジンはまだ実用的ではなく^[12] 、予燃焼室付き間接噴射エンジンが発明され、始動にはグロープラグの使用が必要になりました。 ^{[14] [15]}ロバート・ボッシュ社が開発した技術により、ポンプとインジェクターのシステムははるかに高い圧力で動作するように構築できるようになりました。高精度のインジェクターと組み合わせることで、1927年から高速ディーゼルが生産されました。

熱いバルブはひび割れや破損を起こし始め、徐々に平坦なホットスポットを持つ水冷シリンダーヘッドに置き換えられました。^[16]時間の経過とともに、圧縮比は3:1から14:1に増加しました。燃料噴射は上死点前135度から低圧縮で上死点前20度まで下がり、後に高圧縮エンジンが点火のための熱風係数^{[12] [17]を増やし、}燃料効率を高めました。^[12]最終的にグロープラグがトーチ方式による予熱に取って代わり、エンジン速度が上昇し、現在では間接噴射ディーゼルとして分類されるようになりました。^[12]

熱球式エンジンや予燃焼室式エンジンは、常に製造が容易で、^[12]信頼性が高く、直接噴射式の「純粋な」ディーゼルエンジンよりも小型のエンジンで少量の燃料を扱うことができました。^[12]

熱球エンジンは多数のメーカーによって、通常は小規模なシリーズで製造された。これらのエンジンは回転速度が遅く（300～400 rpm）、ピストンを含む部品は鋳鉄製がほとんどだった。燃料ポンプは通常、真鍮製のハウジングと鋼鉄製のプランジャーで構成され、ストローク長が可変であった。その結果、シンプルで頑丈な重いエンジンが生まれた。そのため、特別な工具を使わずに、平均的な機械工場で機械加工することができた。^{[18] [19]}

スウェーデンのノルテリエにあるピタゴラスエンジン工場は博物館（ピタゴラス機械工房博物館）として保存されており、稼働中の生産ラインと膨大な工場アーカイブを所蔵しています。

• 原油エンジン
• ヘッセルマンエンジン
• 燃料噴射
• ガソリン直噴
• プロスパー・ロランジュ

• 米国特許 845140 燃焼エンジン、日付 1907 年 2 月 26 日。
• 米国特許 502837 ガスまたは炭化水素蒸気と空気の混合物の爆発によって作動するエンジン、日付 1893 年 8 月 8 日。
• 米国特許 439702 石油エンジンまたはモーター、日付 1890 年 11 月 4 日。

ウィキメディア・コモンズには、熱球エンジンに関連するメディアがあります。

• スウェーデン固定エンジンクラブ
• ディーゼルエンジンの歴史に関するビデオ。ホットバルブエンジンの動作サイクルのデモンストレーションとイラストも含まれています。
• ガスエンジンマガジンのMietz & Weissホットバルブエンジンに関する記事
• ノルウェー製のセミディーゼルエンジン。最後のセミディーゼルサブは1969年に生産終了となった。
• 固定式熱電球と原油エンジン博物館