История создания дизельного двигателя

Дизельные двигатели широко распространены в мире. Редкая модель представлена на рынке без дизельной модификации. Создатель этого агрегата Рудольф Дизель шел к своему открытию тернистым путем, преодолевая трудности и недоверие окружающих.

Изобретатель дизельного двигателя Рудольф Дизель (Rudolf Diesel) родился 18 марта 1858 года в Париже, его родители эмигрировали во Францию из Германии. Когда мальчику было 11 лет, началась Франко-прусская война, из-за которой семье Рудольфа вновь пришлось эмигрировать, на этот раз в Англию. Через некоторое время он уезжает к родственникам в немецкий город Аугсбург, там заканчивает училище (1873 год) и поступает в политехническую школу. А уже в 1875 году Рудольф с блеском сдает вступительные экзамены в Высшую политехническую школу в Мюнхене, которую впоследствии успешно оканчивает.

В 20-летнем возрасте Дизель возвращается во Францию, чтобы стать главой парижского завода акционерного общества Le refrigerateur («Холодильник»). На этом месте он проработал 12 лет и стал одним из членов правления Акционерного общества холодильных машин. За это время он создал много чертежей и расчетов двигателей, работающих на аммиаке. Дизель фонтанировал идеями построения двигателей для самых разных агрегатов – от моторчиков для швейных машинок до устройств, работающих на солнечных батареях. Он пытался рассчитать самый эффективный двигатель с лучшим КПД.

С этим багажом бумаг в 1890 году Рудольф отправился в Берлин, где его посетила гениальная идея. Сам он описал это событие так: «В неустанной погоне за целью, в итоге бесконечных расчетов родилась наконец-то идея, наполнившая меня огромной радостью. Нужно вместо аммиака взять сжатый горячий воздух, впрыснуть в него распыленное топливо и одновременно со сгоранием расширить его так, чтобы возможно больше тепла использовать для полезной работы».

Блестящая идея, пришедшая на ум Дизелю, дала старт огромной работе, началом которой послужил патент, носящий название «Рабочий процесс и способ выполнения одноцилиндрового и многоцилиндрового двигателей», выданный 28 февраля 1892 года. Через год был создан первый опытный двигатель, его собрали в Аугсбурге под руководством Дизеля. Во время его испытаний создавались и другие опытные модели, по истечении трех лет работы было создано еще три мотора, последние два из них показали более-менее стабильный ход.

Первый образец работал на угольной пыли, но в нем не охлаждались стенки с помощью воды. Для второго образца в качестве топлива выбрали керосин, это дало результат – во время испытаний в 1894 году он работал без нагрузки. Опираясь на данные, полученные во время опытов, ученый создает третий образец, в котором учтены ошибки первых двух. Этот вариант был сырым макетом современного дизельного двигателя, в нем использовался сжатый воздух для подачи топлива в цилиндры и распыления. Третья модель во время испытаний 1 мая 1895 года проработала 30 минут, а впоследствии были проведены тесты с различными нагрузками.

Четвертая версия, самая совершенная из всех предыдущих, была создана в 1896 году. Мощность этой модели составила 20 л. с., давление в цилиндрах достигало 35 атмосфер, температура воздуха при сжатии составляла 600-800 градусов по Цельсию, что позволяло использовать ее в промышленных целях. КПД этого мотора был около 34%, что превышало на 15% показатели лучших паровых машин. Измерения зимой 1897 года показали расход 0,24 г керосина на 1 л. с. в час, эффективный КПД составлял 0,26, а термический – 0,29. Таким образом, этот двигатель являлся лучшим силовым агрегатом того времени.

Первый дизельный двигатель был создан в 1897 году на заводе в Аугсбурге. Его высота составляла 3 м, он развивал 172 об./мин., единственный цилиндр имел диаметр 250 мм, ход поршня составлял 400 мм, а мощность варьировалась от 17,8 до 19,8 л. с. Расход топлива составлял 258 г нефти на 1 л. с. в час, термический КПД достиг 26,2%. Этот мотор был представлен на выставке паровых машин в 1898 году в Мюнхене. В одночасье Рудольф Дизель стал богачом – очень много компаний решило купить лицензии на его производство. Деньги дали возможность ученому заняться коммерцией – он покупал и продавал фирмы, стал основателем завода по производству электропоездов и даже вкладывал деньги в католические лотереи. Однако исследования он забросил.

Первые выпущенные дизельные двигатели оказались недееспособными из-за заводских просчетов. Производители не задумались над тем, что создание двигателя требовало высокой точности в изготовлении деталей и использовании жаропрочных материалов. Это было слишком дорого для заводов, поэтому вскоре в адрес Дизеля понеслась жесткая критика. Его обвиняли в обмане, так как предприятия хотели наладить массовое производство дизелей, но из-за больших затрат они могли позволить себе лишь мелкосерийные партии. К их возмущениям присоединяются владельцы угольных шахт и прочие завистники. Под такой аккомпанемент фабрика в Аугсбурге, принадлежавшая Дизелю, стала банкротом.

Рудольф начал налаживать связи с другими странами, он обратился к промышленникам из Франции, Австрии, Швейцарии, России, Америки и Бельгии. Так, права на производство и продажу дизельных двигателей купил Альфред Нобель, который собирался наладить эту работу в России. В 1898 году Эммануил Нобель сделал возможным производство дизельных моторов на фамильном заводе в Петербурге. В этом же году при содействии Нобеля был создан первый в мире двигатель с внутренним смесеобразованием. И уже через год заработал первый дизельный двигатель. Всего в 1899 году их было выпущено 7 штук мощностью 30 и 40 л. с. А через 13 лет штат работников завода увеличился до 1000 человек, что позволило наладить выпуск более 300 моторов в год.

В 1908 году Дизель приступил к созданию двигателя, пригодного для работы с автомобилем. Он создал опытный экземпляр, по размерам и массе подобный бензиновому, который установил на грузовик, но тесты двигатель не прошел. Примерно в эти же годы его вновь признают на родине как выдающегося ученого и вручают диплом доктора-инженера в присутствии кайзера Вильгельма II. Помимо исследований по части двигателя Рудольф занимался созданием огнемета, работал с зажигательными смесями. Еще он дорабатывал конструкцию реверсивного судового четырехконтактного мотора. В последнем он добился хороших результатов, благодаря чему в конце лета 1913 года его позвали в Англию.

Смерть Рудольфа Дизеля так и осталась загадкой для человечества. Это произошло 29 сентября 1913 года на лайнере «Дрезден». Корабль выехал из гавани Антверпена, после ужина в 11 часов вечера ученый отправился спать в свою каюту. На следующий день утром в ней никого не было, Дизель исчез с судна. Его тело было найдено через 10 дней командой бельгийского лоцманского катера. С утопленника сняли кольца, вынули из карманов кошелек, футляр для очков и аптечку, а труп погрузили в море. Сын Дизеля прибыл в Бельгию на опознание вещей, он подтвердил, что они принадлежали Рудольфу. Есть множество предположений о причине гибели ученого: одни говорили, что это самоубийство на фоне банкротства (в наследство семье осталось всего 20 тыс. марок), другие заявляли, что это несчастный случай, третьи были уверены в том, что его убили немецкие солдаты, чтобы не допустить утечки секретной информации. Были и приверженцы версии, что к смерти Дизеля причастен Людвиг Нобель.

Дальнейшей работой над дизельным мотором занялся инженер Проспер Леранж, работник завода Benz&Cie. В 1909 году он получил патент на дизельный двигатель с предкамерой. Кроме того, он изобрел конусообразную предкамеру, форсунки с игольчатым клапаном и насос-форсунки. Первый грузовик, оснащенный дизельным двигателем, был выпущен в 1923 году на заводе в Мангейме. Это был 5-тонный Benz 5K3, в котором был установлен 4-цилиндровый дизельный двигатель с предкамерой объемом 8,8 л, он развивал мощность от 45 до 50 л. с. при 1000 об./мин. Практически одновременно с этим событием инженеры компании Daimler-Motoren-Gesellschaft создали атмосферный дизель аналогичной мощности, а также в компании MAN (Maschinenfabrik Augsburg-Nurnberg) был сконструирован дизель с прямым впрыском.