Кто изобрел дизельный двигатель
Перейти к содержимому

Кто изобрел дизельный двигатель

  • автор:

Создатель дизельного двигателя Рудольф Дизель

Рудольф Дизель. Источник фото: cdn.fishki.net

Рудольф Кристиан Карл Дизель родился в Париже 18 марта 1858 года в семьеТеодора и Элизы Дизель. Отец Рудольфа был немецким иммигрантом, во французской столице у него была небольшая кожгалантерейная лавка. В 1870 году, когда началась франко-прусская война, семья Дизелей переехала в Лондон, но прокормить семью оказалось нелегко, из-за финансовых трудностей Теодор и Элиза отправили 12-летнего сына к тёте и дяде в Аугсбург, где его приняли со всей теплотой и любовью.

Дядя Рудольфа Дизеля был профессором, преподавал математику. Он владел большой библиотекой, а его племянник был только рад прочитать что-то из такой обширной коллекции. Через два года, в 14 лет, Рудольф Дизель написал родителям, что хочет стать инженером. Успехи в школе помогли ему получить стипендию в Королевском баварском политехническом институте в Мюнхене (ныне Политехнический университет). Он стал учиться там против воли родителей, которые хотели, чтобы он пошёл работать.

Рудольф Дизель с отличием завершил учёбу в университете в январе 1880 и вернулся в Париж. Его тяга к знаниям, настойчивость в отстаивании своих убеждений о пользе образования в последующие годы способствовала тому, что он начал получать патенты один за другим. 27 февраля 1892 года он подал заявку на получение патента на новый рациональный тепловой двигатель, уже на следующий год он зарегистрировал другой патент.

Изобретатель установил, что коэффициент полезного действия (КПД) двигателя внутреннего сгорания повышается от увеличения степени сжатия горючей смеси. Но если сильно сжать горючую смесь, то она начнёт самовоспламеняться раньше времени. Так почему бы не сжимать воздух? Под сильным давлением в цилиндр постепенно впрыскивалось жидкое топливо, а так как температура воздуха достигала 600-650 °C, то топливо самовоспламенялось, газы, расширяясь, двигали поршень.

Эта разработка сделала его известным сегодня на весь мир, но в своё время ему не удалось на этом сильно разбогатеть. Финансовый кризис 1913 года привел его к полному банкротству, а многочисленные патентные процессы, сами эксперименты подрывали и его здоровье. Так, однажды во время исследований тепловой и топливной эффективности с использованием паров аммиака двигатель взорвался, после чего Рудольф Дизель несколько месяцев пробыл в больнице.

Сегодня результаты работы Рудольфа Дизеля в усовершенствованном виде используют и в наше время, не беспокоясь при этом о взрывоопасности. Если сравнивать бензин с дизельным топливом, то «дизель» даже менее взрывоопасен, так как температура вспышки паров дизельного топлива составляет от 52 до 96 ºС, бензина — 43 ºС. На «выходе» дизельное топливо при сгорании даёт больше энергии на 15%. Это позволяет снизить расход топлива, что очень пригождается судам, тепловозам, автобусам и другим крупным транспортным средствам, а к концу XX века он стал распространён и на легковых автомобилях.

Материал подготовлен на основе информации из открытых источников.

Источник фото на главной странице: Популярная механика

Когда изобрели первый дизельный двигатель

Когда изобрели первый дизельный двигатель

В этот день, 28 января 1897 году был получен первый в мире дизельный двигатель, который был пригоден для серийного производства. Автором изобретения стал немецкий инженер Рудольф Дизель. Ему понадобилась семнадцать лет упорного труда для того, чтобы достигнуть успеха.

Этот работоспособный двигатель был принципиально нового типа — с воспламенением от сжатия. Инженер определил, что КПД двигателя внутреннего сгорания будет усиливаться от увеличения степени сжатия горючей смеси. При этом горючую смесь не нужно сильно сжимать, потому что в противном случае повышаются давление и температура, и она самовоспламеняется раньше времени. И изобретатель решил сжимать чистый воздух, а не горючую смесь.

Затем в цилиндр понемногу впрыскивалось жидкое топливо под сильным давлением. Так как температура сжатого воздуха достигала 600-650 °C, топливо самовоспламенялось, и газы, расширяясь, двигали поршень. Так инженер сумел значительно повысить КПД двигателя.

Читайте также:

Кстати, в России уже независимо от Дизеля на Путиловском заводе в Санкт-Петербурге русский инженер немецкого происхождения Густав Тринклер изобрёл первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления», то есть дизельный двигатель в его современном виде с форкамерой, который назвали «Тринклер-мотором».

Читайте нас в Одноклассниках

Просмотров

15225

Рекомендуемые материалы

Картаполов объяснил, кого призовут на военные сборы

Картаполов объяснил, кого призовут на военные сборы

У кого из медработников вырастет зарплата весной 2024 года

У кого из медработников вырастет зарплата весной 2024 года

В России обнаружили безнравственных психологов

В России обнаружили безнравственных психологов

В ФАС рассказали, как снизить расходы на электроэнергию

В ФАС рассказали, как снизить расходы на электроэнергию

Краткосрочное ОСАГО будет дешевле годового, но ненамного

Краткосрочное ОСАГО будет дешевле годового, но ненамного

Когда в российских школах появится безопасный интернет и Wi-Fi

Когда в российских школах появится безопасный интернет и Wi-Fi

Интересное за неделю

© «Парламентская газета», 2024 г.

Электронное периодическое издание «Парламентская газета» зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 05 августа 2011 года. 18+
Свидетельство о регистрации Эл № ФС77-46097
Учредитель — АНО «Парламентская газета»
Главный редактор — Коренников А.В.
Тел.: +7 (495) 637–69–79 E-mail: pg@pnp.ru

«Парламентская газета» — официальное еженедельное издание Федерального Собрания РФ. Издается с 1997 года. Учредители газеты — Государственная Дума и Совет Федерации РФ. Издание является официальным публикатором федеральных законов, постановлений, актов и других документов Федерального Собрания. «Парламентская газета» имеет пункты печати и представительства в десяти субъектах федерации. Распространяется по подписке и в розницу, в органах исполнительной и представительной власти федерального и регионального уровня, в поездах дальнего следования и «Сапсан», в самолетах Авиакомпании «Россия», а также региональных авиакомпаний.

Сайт «Парламентской газеты» — это оперативные новости и достоверная информация о принимаемых в стране законах и деятельности депутатов и сенаторов. При использовании материалов сайта «Парламентской газеты» активная ссылка на pnp.ru обязательна.

В рубрике «Деловая экспертиза» публикуются материалы на правах рекламы

На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии

120 лошадиных сил, которые изменили мир: история дизельного двигателя

Тепловозы, корабли, нефтяные бурильные установки, грузовая и военная техника, тракторы, легковые автомобили, электростанции — список техники, в которой применяются дизельные двигатели, можно долго продолжать.

В этом нет ничего удивительного — дизельный двигатель имеет несколько преимуществ в сравнении с тем же бензиновым ДВС. Например:

  • выше КПД за счет большей степени сжатия и больше мощность;
  • более неприхотлив к топливу — работает на бюджетной солярке (хотя для легковых авто дизельное топливо сейчас и стоит дороже АИ-92 — прим. автора);
  • надежнее из-за отсутствия системы принудительного воспламенения топливовоздушной смеси и так далее.

Много лет легковых автомобилей с дизельным двигателем в Европе было больше, чем с бензиновым. Сейчас доля снижается, экологи после «Дизельгейта» и фейла Фольксвагена вопят о выбросах оксидов азота (хотя до этого с точки зрения выхлопа CO2 дизель считался более экологичным — прим. автора), а правительства продолжают регулировать отрасль и пытаются пересадить всех на электромобили. Однако в остальных сферах вроде грузовых или морских перевозок разумной альтернативы дизелю нет и вряд ли появится в ближайшем будущем.

Давайте посмотрим на историю изобретения Рудольфа Дизеля и что было до него.

До изобретения

В XIX веке состоялась промышленная революция: в мире господствовали паровые машины, которым не требовался ветер или лошади. Первые устройства, работающие на пару, создали еще Ньюкомен и Северин в 1705 году. В 1769 году их конструкцию значительно улучшил Джеймс Уатт (конечно, и наш Иван Ползунов — причем на 3 года раньше, в 1766 году — прим. автора). В 1807 году первый пароход Фултона уже бороздил Гудзон, а в 1815 году паровоз «Блюхер» Стефенсона проходил первые испытания на железной дороге.

Преимущества паровых машин очевидны: для работы нужна только вода и любое топливо, выделяющее при сгорании энергию, достаточную для нагрева и парообразования в котле за заданное время.

Однако у паровых машин есть существенные ограничения. Например:

  • Если нам потребуется бОльшая мощность паровой машины, нужно будет увеличить размер цилиндров (площадь и ход поршня) и камеры сгорания. Из-за того, что она — внешняя, это приведет к существенному увеличению размеров.
  • Другой вариант увеличения мощности — поднять давление пара. Но корпус и арматура должны выдержать соответствующую нагрузку — в 19 веке технологии не позволяли «разойтись на полную».

Кроме этого, у паровых машин есть еще дополнительная проблема — низкая эффективность. Согласно теореме Карно, КПД любой тепловой машины, в том числе паровой, зависит только от начальной и конечной температур:

Грубо говоря, чем меньше температура пара на выходе, тем больше энергии остается внутри системы и может совершать полезную работу. Поэтому в паровые машины вносились существенные доработки: их конструкция усложнялась, а стоимость — увеличивалась. Например:

  • Вода при кипении в котле превращается в насыщенный пар — его давление зависитот температуры и имеет предел, соответствующий так называемой «критической точке» в 374 оС. Использование такого пара неэффективно, поэтому применяются пароперегреватели. Пар в них дополнительно «высушивается» и имеет значительно большую температуру при том же давлении.
  • При выбросе отработанного пара в атмосферу теряется огромное количество энергии. Поэтому используют дополнительные конденсаторы на выходе с принудительным охлаждением, как бы возвращая часть энергии в систему и повышая эффективность.

Однако КПД паровых машин того времени оставалось крайне низким — порядка 10%, вплоть до появления паровых турбин.

Инженеры и ученые искали способ, как получить более эффективный двигатель. Основная идея заключалась в том, чтобы отказаться от внешней камеры сгорания и совместить все внутри двигателя. Это значительно уменьшило бы габариты и снизило потери, связанные с передачей энергии, как было в паровых машинах.

В 1824 году Сади Карно, теорему которого мы упоминали выше, издал фундаментальную для термодинамику работу: «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». В ней он описал идеальную тепловую машину, хорошо подходящую под концепцию внутреннего сгорания.

Диаграмма Карно в PV координатах — площадь фигуры представляет собой совершенную работу

Она состоит из четырех циклов — кратко напомним:

  • АВ (изотермическое расширение). Газ с температурой Т1 получает некоторое количество теплоты Q1 — скажем, из-за воспламенения. При этом его температура не изменяется (T1=const), а объем — увеличивается. Вся переданная энергия полностью переходит в механическую работу перемещения поршня, а энтропия — возрастает.
  • BC (адиабатическое расширение). Газ перестает получать внешнюю энергию и расходует запасенную, продолжая двигать поршень. А раз так и его энтропия не изменяется, то температура логично уменьшится до Т2.
  • CD (изотермическое сжатие). Газ начинает сжиматься (скажем, под действием движущегося по инерции поршня), отдавая окружающей среде энергию Q2 при постоянной температуре Т2 — энтропия уменьшается.
  • DA (адиабатическое сжатие). Газ продолжает сжиматься, но уже не сообщаясь с окружающей средой — температура увеличивается до первоначальной Т1, и цикл повторяется.

Простыми словами цикл Карно — это идеальная инструкция, как тепловая энергия может максимально эффективно превратиться в механическую работу.

Разумеется, в реальности так не бывает из-за трения поршня, рассеяния тепла через стенки цилиндра и прочего. Более того, описанные процессы передачи тепла должны были бы происходить бесконечно долго (иначе невозможно было бы добиться изотермического процесса), а это значит — мощность (энергия в единицу времени) стремилась бы к нулю. Подробное объяснение здесь.

Однако это не мешало стремиться к совершенству и как можно более высокому КПД, что и делали разработчики разных двигателей внутреннего сгорания.

В 1859 году появился первый двигатель внутреннего сгорания, в котором использовался «светильный газ»: смесь водорода, метана и угарного газа, массово применяемая в те годы для освещения улиц. Конструктор двигателя — француз Жан Этьен Ленуар — придумал, как воспламенять этот газ при помощи высоковольтной свечи зажигания.

Устройство напоминало паровую машину: один цилиндр, работающий на прямом и обратном ходе, кривошипно-шатунный механизм и маховик. В крайнем положении в одну камеру поступает «светильный газ», а другая соединяется с атмосферой — через нее выбрасываются продукты сгорания. В определенном положении поршня подача газа прекращается: на свечу поступает разряд и смесь мгновенно воспламеняется, тут же толкая поршень в противоположную сторону. Дальше золотник переключает подачу и сброс — процесс зеркально повторяется.

Устройство газового двигателя внутреннего сгорания из патента Ленуара — очень напоминает конструкцию паровых машин того времени

При запуске маховик нужно было раскрутить вручную

Двигатель Ленуара был намного компактнее и проще в обслуживании, чем паровые машины, но имел такой же низкий КПД — около 3-4%, и мощность всего 2 л.с. при объеме цилиндра в 18 литров. Это было связано с тем, что двигатель имел всего два рабочих такта — отдельного сжатия смеси не происходило. Несмотря на некоторые преимущества вроде отсутствия шума и вибрации, Ленуар продал всего 500 двигателей.

В 1862 году немецкий инженер Николаус Август О́тто проводил исследования двигателя Ленуара в попытках сделать его более эффективным. В какой-то момент он обнаружил, что если поджигать смесь в процессе сжатия, то образуется намного большие давления и температура при тех же размерах. А следовательно, теоретически увеличивается и КПД.

Однако двигатель работал всего несколько минут, после чего цилиндр разрушался от взрывов. Нужно было найти способ, при котором бы внутри происходил «контролируемый сильный толчок», не приводящий к разрушению цилиндра. На такие исследования нужны были деньги.

Николаус Август О́тто

В 1867 вместе с инженером Ойгеном Лангеном они представили на Всемирной Парижской выставке новый двигатель оригинальной конструкции. Принцип работы заключался в том, что цилиндр двигался вертикально и передавал вращение на маховик через зубчатую рейку и специальную обгонную муфту.

В нижнем положении, когда тяжелый поршень опускался, внутрь подавался газ и поджигался. В тот момент, когда поршень взлетал вверх, вращающий момент на вал не передавался. Но когда он опускался под действием силы тяжести и вакуума в нижней части цилиндра, он входил в зацепление c шестерней и передавал вращающий момент на вал.

Мощность двигателя получилась всего 0,5 л.с., зато расход газа снизился в 2,6 раза по сравнению с двигателем Леграна, а КПД поднялся до 15%! Дополнительно повысилась надежность: вместо нестабильно работающих на тот момент высоковольтных свечей зажигания Отто использовал обычную и надежную газовую горелку.

Атмосферный двигатель Отто 1867 года — тут можно почитать более подробное описание

Удивительная конструкция, скопированная и доработанная современными энтузиастами

Успех двигателя — было продано больше 5000 штук — позволил найти деньги и продолжить исследовать процесс воспламенения смеси при сжатии.

В 1877 году, спустя 14 лет изысканий, Отто наконец-то получил патент на 4-тактный двигатель (хотя многие считают, что он украл идею у Альфонса Бо де Роше — прим. автора). Он нашел способ, как добиться более плавной подачи смеси «светильного газа» с воздухом в цилиндр, чтобы происходил не взрыв, а «толчок» (позже эту проблему решит бензиновый карбюратор — прим. автора).

Разумеется, происходящие в двигателе процессы намного сложнее — цикл Отто лишь показывает принцип действия

Ключевой момент: в цикле Отто не используются изотермические переходы, как в цикле Карно. Напомним для тех, кто забыл принцип работы современного ДВС:

Оригинальный четырехтактный двигатель Отто по-прежнему работал на «светильном газе»

  • Участок 1-2: адиабатное сжатие, при котором под действием вакуума открывается впускной клапан и газ поступает в камеру.
  • Участок 2-3: тот самый цикл, за который так бился Отто — поршень замирает в верхней точке при максимальном сжатии смеси. После чего происходит воспламенение смеси: давление и температура возрастают при постоянном объеме.
  • Участок 3-4: адиабатное расширение, или основной рабочий ход поршня.
  • Участок 4-1: на обратном ходе открывается выпускной клапан и отработанные газы сбрасываются в атмосферу — изохорное охлаждение.

В 1885 году инженеры Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах, работающие на Отто, уволились из-за разногласий с руководителем и серьезно доработали 4-тактный двигатель. На тот момент из-за спора с французским инженером Бо Де Рошем Отто потерял патентные права на свое изобретение, поэтому для уволившихся инженеров это не вызвало никаких проблем.

Например, их заслуга — массовое применение карбюратора, что дало возможность работать с бензином, а не дорогим и неудобным «светильным газом» (заводов для его получения в Европе оставалось уже не так много — прим. автора). А еще они придумали 2-тактный двигатель и использовали его на первом мотоцикле.

Запатентованная конструкция с карбюратором

Разумеется, технических сложностей в двигателях Отто хватало — нужно было решить вопросы:

  • с увеличением давления в цилиндрах для большой мощности и детонационной устойчивостью,
  • с охлаждением блока цилиндров,
  • с созданием надежной системы электрического зажигания,
  • с регулированием состава смеси в разных режимах работы, и много чем еще.

Конечно, с годами это удалось сделать: при степени сжатия от 1:8 до 1:12 в современных моделях ДВС с принудительным воспламенением КПД доходит до 30-35%.

Но в XIX веке итоговый КПД 4-тактного двигателя Отто едва дотягивал до 20%. И это было в несколько раз эффективнее, чем все, что использовалось до этого (и уж точно компактнее при той же мощности — прим. автора).

В целом, к концу XIX века паровые машины еще активно использовались для своих задач (промышленность потихоньку переходила на более эффективные паровые турбины — основной способ выработки электроэнергии сейчас — прим. автора), но газовые и особенно бензиновые 4-тактные двигатели внутреннего сгорания с принудительным зажиганием распространялись все быстрее. Было ясно, что за ними будущее.

Поэтому когда Рудольф Дизель поставил себе цель создать более простой двигатель без принудительного воспламенения, но с более высоким КПД, чем у двигателя Отто— это выглядело довольно странно.

История изобретения

В 1878 году Рудольф Дизель, будучи студентом политехнического университета Мюнхена, услышал про цикл Карно и эффективность тепловых двигателей. По его словам, это «зажгло в нем страстное желание создать идеальный двигатель». Дизель принялся за исследования.

Человек, придумавший дизельный двигатель — правда, не все современники считали так же

Идея была еще проще, чем в двигателях Отто. Для чего нужно дозированно подавать смесь и затем поджигать ее при небольшой степени сжатия? Вместо этого Дизель предлагал увеличить сжатие и температуру воздуха настолько сильно, чтобы впрыскиваемое топливо воспламенялось само.

В 1892 году Рудольф Дизель издает свою работу «Теория и конструкция рационального теплового двигателя». В ней он фактически описал двигатель, приближающийся по своим характеристикам к идеальному циклу Карно. По мнению автора, чтобы этого добиться, требовалось всего лишь повысить степень сжатия в 100 раз — в этом случае топливо сгорало бы очень быстро и эффективно. Причем системе не требовалось бы внешнее охлаждение — сам газ при обратном ходе поршня сильно охлаждался бы при расширении. Итоговый КПД в этом случае повысился бы до небывалых значений в 70%.

Дизель разослал работу в университеты и ждал волны хвалебных отзывов. Однако получил в ответ только критику, причем обоснованную:

  • При больших степенях сжатия давление смеси и температура без внешнего охлаждения будут огромными. Не существует материалов, способных выдержать подобный цикл работы.
  • На столь сильное сжатие смеси уходила бы так много энергии системы, что мощность двигателя и возможность совершать полезную работу была бы ничтожно малой.

Научное сообщество призывало Дизеля не гнаться за идеальным КПД цикла Карно, что и так невозможно, но стремиться к балансу и учитывать все факторы. Рудольф Дизель никого не послушал и в 1893 году получил патент, в котором его двигатель должен был работать по изотерме, как в цикле Карно.

«Моя конструкция более совершенная, чем все другие конструкции современных двигателей. Я горжусь, что я — первый в своей области!», — писал он жене.

Некоторые даже пытались обвинить Дизеля в краже и аннулировать патент. Якобы он использовал идею двигателя Брайтона, созданного еще в 1872 году. Правда, это вызывало вопросы: двигатель Брайтона был двухтактным и в нем использовалось два цилиндра — один нагнетал давление (как наддув), другой перемещался при сгорании смеси. Первоначально Дизель тоже хотел использовать нагнетательный цилиндр, но позже отказался от идеи. Поэтому все патентные претензии судом были отвергнуты.

Кстати, двигатель Брайтона какое-то время конкурировал с двигателями Отто и даже использовался на первой подводной лодке и в первом автомобиле Селдена (но как говорится в одной известной передаче, это уже «совсем другая история» — прим. автора).

Двигатель Брайтона, идею которого якобы украл Дизель

Вернемся к Дизелю. В 1893 году он заручился поддержкой крупного промышленника Фридриха Круппа и приступил к созданию прототипа на его заводе.

Сначала Дизель пробовал использовать в качестве топлива угольную пыль — в отличие от бензина, она практически ничего не стоила. Правда, через несколько секунд абразивные частицы уничтожали уплотнения — от идеи пришлось отказаться и перейти на испытания с керосином и бензином.

Дополнительно Дизель проверил свою главную идею — воспламенение при сверхвысоком сжатии. При компрессии в 90 раз все закончилось взрывом — хорошо хоть никто не пострадал. Дальнейшие испытания показали: нужно уменьшать степень сжатия и, как следствие, температуру воспламенения. Первоначальная идея Дизеля об изотермическом расширении, как в идеальном цикле Карно, провалилась.

«Фактическая эффективность максимальна между 30 и 40 атмосферами, а температура — между 500 °С и 600 °С. При более высоком сжатии увеличиваются потери на трение, из-за чего выходная мощность падает», — писал Дизель в своем дневнике.

В период испытаний с 1895 по 1897 год Дизель построил три разных прототипа, и в каждом случае вносились важные доработки. Например:

  • Добавилась рубашка водяного охлаждения, чтобы уменьшить нагрев и деформацию металла и уплотнений — идея самоохлаждения при небольшой степени сжатия не работала.
  • Изменили систему прямого впрыска — в отличие от бензинового двигателя Отто, здесь не нужен был сложный карбюратор, приготавливающий топливно-воздушную смесь в нужном соотношении. Однако топливный насос низкого давления работал недостаточно эффективно, и нужно было создать что-то типа наддува. Поэтому решено было использовать баллоны со сжатым воздухом: регулируя давление в них, можно было управлять составом топливной смеси. Воздух в баллоны подавался компрессором, который приводился от коленвала двигателя — система получилось автономной, но достаточно громоздкой.

Последний прототип, получивший название «Мотор 250/400», был построен в 1897 году и стал первым в истории работающим дизельным двигателем. Он имел один цилиндр с диаметром поршня 250 мм и ходом 400 мм (собственно, код модели оттуда и произошел — прим. автора). Головку блока цилиндра пришлось несколько раз отливать из чугуна заново, чтобы она выдержала нужное давление — опрессовку проводили водой при давлении 80 атмосфер.

17 февраля 1897 года Мориц Шретер, профессор Мюнхенского университета, провел официальные испытания двигателя. Мощность составила 13,4 кВт (около 18 л.с.), частота вращения — 154 об/мин. При этом был зафиксирован КПД в 26%.

Конечно, это не задуманные изначально Дизелем 70%, но тем не менее показатели «Мотора 250/400» превзошли КПД двигателя Отто с принудительным зажиганием смеси.

Первый в истории работающий дизельный двигатель «Мотор 250/400» сейчас находится в Немецком музее г. Мюнхен

Главное отличие дизельного двигателя от других ДВС — в цикле воспламенения.

  • Участок 1-2: адиабатное сжатие, как и в цикле Отто. Но при этом давление и степень сжатия выше — в современных моделях от 1:18 до 1:22. В конце такта впрыскивается топливо (позже появились более эффективные модели с непрямым впрыском, но об этом далее — прим. автора).
  • Участок 2-3: в цикле Отто бензин сгорает быстро — поршень просто не успевает переместиться, поэтому давление повышается при неизменном объеме. В цикле Дизеля топливо, напротив — воспламеняется медленно и все время поддавливает, перемещая поршень. Поэтому топливо сгорает полнее, а процесс происходит при постоянном давлении.
  • Участок 3-4 и участок 4-1: все, как и в цикле Отто — адиабатические расширение и изохорное охлаждение при выпуске в атмосферу отработанных газов.

В результате дизельные двигатели были не только эффективнее, но и надежнее двигателей Отто — в нем не используется карбюратор и система зажигания. Но из-за больших давлений и температур дизель был намного массивнее и дороже, а также работал более шумно. Дизель видел его применение в промышленности.

Судьба изобретения

Рудольф Дизель решился монетизировать свое детище и взял курс на использование в промышленности: например, для поездов, судов, мощных станков и так далее. В 1897 году он создал компанию Diesel Motoren-Fabrik Actien-Gesellschaft и принялся за производство двигателей, а также продажу патентов: они были проданы сотням предприятиям в 37 странах мира.

В марте 1898 года первый коммерческий дизельный двигатель мощностью 22 кВт появился на заводе по производству спичек в г. Кемптен. Однако в условиях фабричного производства в Кемптене, двигатель показал очень низкую надежность: система подачи топлива постоянно ломалась, а материалы не выдерживали длительной работы под нагрузкой. Требовалась доработка, а на нее нужны были деньги.

В 1898 году Дизель заключает судьбоносную сделку с русским нефтепромышленником Эммануилом Людвиговичом Нобелем — он слышал о проблемах в работе двигателей, но полагал, что их смогут решить наши инженеры. Как оказалось, это было правдой.

В том же 1898 году завод «Людвиг Нобель» изготовил первый дизельный двигатель. Спустя всего два года, в 1900 году оригинальную конструкцию Дизеля доработали и улучшили при участии наших выдающихся ученых Георгия Филипповича Деппа и Густава Васильевича Тринклера (по некоторым источникам, Тринклер ничего не знал об изобретении Дизеля и действовал сам, но это неточно — прим. автора). Последний даже придумал оригинальную модель бескомпрессорного двигателя, в котором использовалась форкамера. Это позволило уменьшить расход топлива из-за лучшего перемешивания и сделать работу более стабильной. Отсюда же появился смешанный цикл Тринклера, совмещающий работу циклов Отто и Дизеля.

В цикле Тринклера добавляется участок 2-3 — здесь смесь предварительно воспламеняется в форкамере при постоянном объеме

Но главное отличие дизельных двигателей, произведенных на заводе Нобеля, заключалась в работе не на легком бензине, а на более тяжелой нефти. Это позволило дополнительно повысить эффективность — КПД достигал 32-35%. Это объясняется физикой процесса:

  • Бензин на такте сжатия должен проще воспламеняться и как можно быстрее повысить давление, толкая поршень. Для него главным показателем является октановое число — способность противостоять детонации и работать с большим сжатием и КПД.
  • Нефть (а впоследствии и продукт ее перегонки — дизельное топливо — прим. автора) для дизельного двигателя дает совершенно другие преимущества. Устойчивое горение на всем цикле воспламенения, которое обеспечивает максимальную эффективность, характеризуется цетановым числом — можно сказать, инерционностью топливо-воздушной смеси. Чем больше цетановое число, тем меньше «время отклика» системы (кстати, по этой же причине более тяжелое дизельное топливо густеет при низких температурах, в отличие от бензина, и теряет свои свойства — прим. автора).

Двигатели Нобеля получили признание по всей Европе и прозвище: «Русский дизель». С 1903 года, когда многочисленные инженерные доработки позволили получить более совершенное устройство двигателя, начинается массовое применение дизелей в России и в мире. Вот некоторые вехи:

1903 год. Три дизельных двигателя по 120 л.с. — каждый впервые — установлены на русское нефтеналивное судно «Вандал». В период с 1903 до 1911 года наши заводы построили 43 теплохода с дизельными двигателями.

1904 год. Французы устанавливают дизельный двигатель на свою подводную лодку Aigrette 150 л.с. для надводного хода. Кстати, там же стоял и электрический двигатель мощностью 130 л.с. — еще один важнейший этап в развитии промышленности XX века, о котором мы поговорим в другой статье.

1907 год. Инженер Карл Васильевич Хангелин руководил разработкой первого в мире реверсивного двигателя для судов. Модель двигателя мощностью 1000 л.с. успешно прошла испытания на буксире «Коломенский дизель». В том же году дизельный трехцилиндровый двигатель был установлен на подводную лодку «Минога» в составе Балтийского флота.

1912 год. Рудольф Дизель сумел усовершенствовать оригинальную модель и решил сосредоточиться на применении двигателей для железных дорог. Он создал компанию Diesel-Sulzer-Klose GmbH для производства дизельных локомотивов. Первая модель с двигателем мощностью 1184 л.с прошла испытания в Швейцарии, на участке между Винтертуром и Романсхорном.

1915 год. Фирма MAN, активно помогавшая Дизелю при создании первой модели двигателя «Мотор 250/400», сумела создать компактный 4-цилиндровый дизельный двигатель с непрямым пуском (технологию запатентовал Проспер Л’Оранж в 1907 году — прим. автора) мощностью 45 л.с.

К 1913 году от оригинального двигателя Рудольфа Дизеля уже мало что осталось — инженеры по всему миру продолжали патентовать свои доработки. Изобретатель, продававший в начале 1900-х годов права на использование своих патентов, осознал, что остался ни с чем. Его попытка в 1912 году поставить на поток производство дизельных локомотивов провалилась из-за бюрократических проволочек.

Быть может, из-за возникшей депрессии на фоне банкротства он совершил самоубийство, находясь 29 сентября 1913 года на борту парохода «Дрезден» (обстоятельства гибели Дизеля до сих пор неясны, что породило много конспирологических теорий — прим. автора).

Дальше дизельные двигатели продолжали совершенствоваться и сейчас используются повсеместно: от судовых перевозок до легковых автомобилей и военных применений, а КПД современных моделей с наддувом достигает 53%.

Но все началось с той самой «Модели 250/400». И сейчас невозможно переоценить, насколько изобретение Рудольфа Дизеля изменило наш мир.

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:

-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.

Как двигатель Рудольфа Дизеля изменил мир

Немецкая марка с портретом Рудольфа Дизеля

В 10 часов вечера 29 сентября 1913 года Рудольф Дизель отправился в свою каюту на пароходе «Дрезден», шедшем из бельгийского Антверпена через Ла-Манш в Лондон. Его пижама была разложена на кровати, но он так в нее и не переоделся.

Изобретатель двигателя, названного его именем, размышлял о своих больших долгах и процентах по ним, которые он уже не мог выплачивать. В его дневнике этот день — 29 сентября — был помечен зловещим крестом: «X».

  • Почему в Европе разлюбили дизель?
  • «Шоколадный дизель» до Африки довезет
  • Клинтон за чистый дизель

Перед тем, как отправиться на пароход, 55-летний Дизель собрал все наличные деньги и сложил их в сумку вместе с документами, из которых было ясно, насколько отчаянным оказалось его финансовое положение. Он отдал сумку ничего не подозревавшей жене и велел открыть ее не раньше, чем через неделю.

Дизель вышел на палубу. Снял плащ и шляпу. Аккуратно сложил их на палубе. Посмотрел на воду. И прыгнул за борт.

Или не прыгнул? Любители конспирологии считают, что ему «помогли».

Но кто мог быть заинтересован в смерти бедного изобретателя? Есть две версии.

Для того, чтобы понять контекст, вернемся на тридцать лет назад, в 1872 год. Паровые двигатели уже широко применяются в промышленности, по железным дорогам бегают все более многочисленные паровозы, но в городах весь транспорт — по-прежнему на гужевой тяге.

Спрос на замену лошади

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

Конец истории Реклама подкастов

Осенью того года эпизоотия конского гриппа парализовала города Соединенных Штатов. Не на чем было подвозить товары в лавки, не на чем вывозить мусор.

В полумиллионном городе в те времена могло быть около ста тысяч лошадей. Каждая из них ежедневно орошала улицы 15 килограммами навоза и 4 литрами мочи.

Города остро нуждались в недорогом, надежном и небольшом двигателе, который заменил бы конную тягу.

Одним из кандидатов на эту роль был паровой двигатель: автомобили на паровой тяге конструировались один за другим.

Вторым был двигатель внутреннего сгорания. Первые его модели работали на газе, на бензине, даже на порохе. Но в семидесятых годах XIX века, когда Рудольф Дизель был студентом, оба этих типа двигателей были ужасно неэффективны, с КПД всего лишь около 10%.

Поворотным пунктом в жизни молодого Дизеля стала лекция о термодинамике в Королевском Баварском политехническом институте в Мюнхене, на которой он услышал, что двигатель внутреннего сгорания, преобразующий всю энергию тепла в полезную работу, теоретически возможен.

Схема-рисунок двигателя внутреннего сгорания, изобретенного Рудольфом Дизелем в 1887 году

Дизель взялся за претворение теории в жизнь. И потерпел неудачу. КПД его первого двигателя составлял всего лишь 25%. КПД лучших из современных дизелей — более 50%.

Но даже 25% — это было в два с лишним раза лучше, чем у конкурентов.

В бензиновых двигателях внутреннего сгорания в цилиндре сжимается смесь воздуха и паров бензина, которая затем поджигается электрической искрой. В двигателе Дизеля сжимается только воздух, при этом его температура повышается настолько, что ее достаточно для воспламенения впрыскиваемого топлива.

При этом в дизеле чем сильнее сжатие, тем меньше нужно топлива, тогда как в двигателе с зажиганием слишком сильное сжатие приводит к сбою в работе.

Ненадежные моторы

Все автомобилисты знают о главном свойстве машин с дизельным мотором: они обычно дороже стоят, зато дешевле в эксплуатации.

К несчастью для Рудольфа Дизеля, его первые модели при всем их высоком КПД отличались ненадежностью. Недовольные покупатели завалили его требованиями о возврате денег. Это и загнало изобретателя в финансовую яму, из которой он не смог выбраться.

Но он продолжал работать над своим двигателем и постепенно совершенствовал его.

Выявились другие преимущества двигателя Дизеля. Он может работать на более тяжелом, чем бензин, топливе — солярке, или, как сейчас его чаще называют, дизтопливе. Оно дешевле бензина и к тому же менее интенсивно испаряется, поэтому менее взрывоопасно.

В силу этого дизели стали особенно популярны у военных. Уже в 1904 году двигатели Рудольфа Дизеля были поставлены на французских подводных лодках.

Водитель заправляет машину дизельным топливом

Здесь лежат корни первой конспирологической версии смерти Рудольфа Дизеля.

Европа, 1913 год, большая война все ближе и все неотвратимее — а тут немец, изобретатель нового двигателя, преследуемый финансовыми проблемами, отправляется в Британию. Одна газета так и написала в заголовке: «Изобретателя сбросили в море, чтобы предотвратить продажу патентов британскому правительству».

Коммерческий потенциал изобретения Дизеля, однако, стал раскрываться только после Первой мировой. Первые дизельные грузовики появились в 1920-х годах, железнодорожные локомотивы — в 1930-х. К 1939 году уже четверть морских грузов в мире перевозили суда с дизельными установками.

После Второй мировой войны были созданы еще более мощные дизельные моторы, которые позволили строить суда все большего водоизмещения и все более экономно перевозить грузы. На топливо приходится около 70% себестоимости морских перевозок.

Пар или дизель?

Чешско-канадский ученый Вацлав Смил, например, считает, что если бы международная торговля оставалась привязана к паровым двигателям и не перешла на дизель, то она росла бы гораздо медленнее.

Британско-американский экономист Брайан Артур так не считает. Он называет переход на двигатели внутреннего сгорания в течение последнего века проявлением «попадания в колею»: уже сделанные инвестиции и построенная инфраструктура заставляют человечество действовать в определенном коридоре, а если б с самого начала был выбран другой путь, то и на нем нашлись бы эффективные решения.

По мнению Брайана Артура, еще в 1914 году у паровых автомобильных двигателей перспективы были не хуже, чем у двигателей внутреннего сгорания — но растущее влияние нефтяной промышленности привело к тому, что в развитие ДВС стали вкладывать гораздо больше денег.

Если бы инвестиций было поровну, то, предполагает доктор Артур, мы бы сейчас вполне могли ездить на машинах с паровыми двигателями какого-нибудь очередного поколения.

Арахис

А если бы мировая экономика прислушалась к Рудольфу Дизелю, то, может быть, сейчас двигатели работали бы на арахисе.

Имя Дизеля сейчас ассоциируется с топливом из нефтепродуктов, но вообще-то он приспосабливал свой двигатель для работы с разными видами топлива, от угольной пыли до растительного масла. В 1900 году на Всемирной выставке в Париже он продемонстрировал модель, работающую на арахисовом масле.

А за год до смерти, в 1912 году, Рудольф Дизель предсказывал, что растительное масло станет таким же важным видом топлива, как и нефтепродукты.

Владельцам арахисовых плантаций это предсказание наверняка понравилось, а владельцам нефтяных месторождений — не очень.

Отсюда — вторая конспирологическая версия смерти Дизеля. Другая газета по ее поводу написала: «Убит агентами нефтяных трестов».

Арахис против нефти

В последнее время в мире возрождается интерес к дизельному биотопливу. Оно меньше загрязняет атмосферу, но есть и проблема: оно занимает сельскохозяйственные угодья, а это ведет к повышению цен на продовольствие.

Во времена Рудольфа Дизеля это не выглядело большой проблемой: население Земли тогда было гораздо меньше, а климатические изменения не сильно беспокоили людей. Поэтому Рудольф Дизель, наоборот, мечтал, что его двигатель поможет развиваться бедным, аграрным странам.

Насколько иначе сейчас выглядел бы мир, если бы самыми ценными землями считались не те, где качают нефть, а те, где хорошо растет арахис? Мы можем только гадать.

Точно так же, как мы можем только гадать, что же в точности случилось с Рудольфом Дизелем.

Его тело было найдено в море рыбаками через десять дней. К тому времени оно настолько разложилось, что рыбаки не стали брать его на борт, но забрали личные вещи — кошелек, перочинный нож, футляр для очков.

Когда рыбаки добрались до берега, эти вещи опознал младший сын Дизеля. А тело изобретателя навсегда осталось в морских глубинах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *