Подвиг и трагедия Рудольфа Дизеля

Миллионы людей произносят слово "дизель", имея в виду двигатель с воспламенением топлива в его цилиндрах предварительно сжатым воздухом, нагретым до высокой температуры. Это самый экономичный двигатель из всех существующих тепловых двигателей. Он имеет огромное распространение во всем мире. Творцом его является немецкий инженер Рудольф Дизель.

Рудольф Дизель родился 18 марта 1858 г. в Париже. С 12 лет учится в Германии. Лучшим учеником заканчивает реальное училище (1873 г.) и Аугсбургскую политехническую школу (1875 г). Затем, как выдающийся ученик, он был переведен в мюнхенскую Политехническую школу, которую блестяще окончил в 1878 г.

Еще будучи студентом, Рудольф Дизель решил разработать тепловой двигатель, рабочий цикл которого был бы близок к идеальному циклу Сади Карно. Творческое воображение студента рисовало тепловую машину внутреннего сгорания с предельно высокой экономичностью.

Дизеля поражало то, что паровые машины его времени, имевшие высокую степень конструктивного совершенства, достигали КПД всего лишь 10 - 12 %, и то при больших мощностях, а машины паровозов, работавшие без конденсаторов, имели КПД до 5 %. Эффективность использования энергии топлива—каменного угля — была очень низкой.

Первый примененный в промышленности двигатель внутреннего сгорания (ДВС) - детище французского изобретателя Этьена Ленуара — имел КПД 3 - 5 %, т.е. ниже, чем у паровой машины. Мощность двигателя Ленуара достигала 20 л. с.

В 1867 г. Николаем Отто был построен двигатель мощностью 2 л. с. Его КПД составлял 14 %. В 1877 г. Отто получил патент на рабочий процесс газового двигателя, работавшего по 4-тактному циклу ("цикл Отто"). Это был шаг вперед в области двигателестроения. Мощность составляла 10 л.с., КПД в 3 раза больше, чем у паровых машин.

В 1893 г. в научно-техническом мире появилось новое имя Рудольфа Дизеля. Он предложил принципиально новый рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания, который предвещал закат паровых машин. Предлагаемый Дизелем двигатель не нуждался ни в паровом котле, ни в приборах внешнего смесеобразования, ни в устройствах электрозажигания.

13 июля 1893 г. опытная модель — 4-тактный двигатель с цилиндром вертикального расположения была построена. Шли испытания на достижение высокого давления сжатия. 10 августа Дизель решил запустить двигатель в ход ременной передачей. При достижении давления сжатия в 34 атм в цилиндр была впрыснута доза бензина. Штифт индикатора мгновенно взлетел на отметку 80 атм, что свидетельствовало о самовоспламенении горючего. Давление действительно было выше отмеченного: индикатор разлетелся в куски. По счастливой случайности никто не пострадал от осколков прибора.

Эти испытания подтвердили главное преимущество принципа Дизеля—возможность самовоспламенения топлива при высоком сжатии воздуха.

В январе 1894 г. начались испытания второй 4-тактной модели двигателя Дизеля с измененным рабочим процессом и новыми инженерными решениями в конструкции. На пути первопроходцев возникли новые сложные проблемы. Но вот наконец 17 февраля 1894 г. испытания мотора принесли долгожданный успех. Пущенный в ход ременной трансмиссией двигатель проработал целую минуту, сделав 88 оборотов.

После всесторонних испытаний в производственных условиях Р. Дизель в своем дневнике отметил следующее: "Первый не работает, второй работает несовершенно, третий будет хорош!". Оптимизм новатора был неисчерпаем.

В 1895 г. построили третий опытный двигатель мощностью 20 л. с. Он работал безупречно. Это была победа. Двигатель Дизеля стали назвать дизель-мотором, а в наше время его называют дизелем. В качестве топлива был принят керосин, обеспечивающий стабильную работу. Превзошел все ожидания КПД, составивший 34 %. Дизель создал двигатель, самый экономичный в мире.

Официальные испытания двигателя Дизеля после регулировок и доводок были произведены в 1897 г. Увенчался успехом двадцатилетний напряженный труд. За короткое время Рудольф Дизель стал миллионером. Предприниматели разных стран нарасхват раскупали лицензии по его патенту. Потоком хлынули на него почести, совершались новые сделки. К Дизелю пришла слава. Он стал владельцем собственного машиностроительного завода в Аугсбурге.

От современного дизеля построенный дизель-мотор отличался воздушным распыливанием топлива при подаче в цилиндр. Как обычно, сопловое отверстие форсунки запиралось иглой под действием пружины. В нижнюю ее часть, в области специального распылителя, плунжерный топливный насос подавал дозу топлива, регулируемого в зависимости от нагрузки двигателя, но обязательно до момента открытия соплового отверстия иглой, которая поднималась рычагом (механически), приводимым в движение кулачком распределительного вала. В полости форсунки находился форсуночный (распыливающий) воздух под давлением 50 - 70 атм, подводимый к ней по трубке от форсуночных баллонов (в судовых условиях требовалось не менее двух). Как только игла форсунки поднималась, происходило вдувание дозы топлива через распылитель в камеру сжатия цилиндра. Происходили распыл топлива и его самовоспламенение. Впрыск начинался за 5 - 8º до верхней мертвой точки в конце такта сжатия и продолжался 40 - 50º по повороту коленчатого вала. Давление топливного насоса должно было превосходить давление форсуночного воздуха. Подача топлива в цилиндр и горение происходили постепенно, примерно при постоянном давлении 40-45 атм. Плунжер топливного насоса, впускной, выпускной и пусковой клапаны приводились в движение от распределительного вала. Форсуночные баллоны, а также пусковые заканчивались двух- или трех-ступенчатым компрессором, приводимым от дополнительного кривошипа коленчатого вала. Такие дизели назывались компрессорными.

Мотор, работавший на сырой нефти, был построен в 1899 г. русскими инженерами на Петербургском машиностроительном заводе. Русская нефть окончательно решила судьбу двигателя Дизеля, обеспечив ему высокую репутацию. Разработанная на основе патента Дизеля конструкция двигателя с усовершенствованной топливной аппаратурой привлекла внимание многих моторостроительных компаний Европы. К выпуску дизелей приступили Англия и Франция, а затем и Соединенные Штаты Америки. В 1919 г. фирма "Зульцер" уже выпускала двухтактные дизели с цилиндровой мощностью в 2000 л. с.

Морской и речной транспорт своим развитием обязаны двигателям Дизеля. В 1903 г. Сормовский завод построил первый в мире теплоход-танкер "Вандал" водоизмещением 1000 т., оборудованный тремя 120-сильными дизелями с электропередачей на гребной винт. Первый морской теплоход "Зеландия" грузоподъемностью 7500 т. был построен в 1912 г. в Дании. Его энергетическая установка состояла из двух дизелей мощностью по 1250 л. с. каждый. Теплоход без промежуточных пополнений топливом мог совершать рейсы из портов Европы в дальневосточные и обратно. Это был один из многих примеров доказательства преимуществ теплоходов перед пароходами.