История создания дизельного двигателя
Далеко не каждый догадается, что слово «дизель» произошло от имени Рудольф Кристиан Карл Дизель. Для технического прорыва понадобилось всего 13 страниц – именно на них Рудольф Дизель изобразил и описал двигатель, названный впоследствии его именем. Именно он изобрел двигатель сгорания в 1897 г., который стал один из самых популярных среди своих поршневых аналогов. Именно он в 1890 году выдвинул теорию «экономичного термического двигателя», которая предполагала изобретение эффективного мотора по принципу воспламенения от сжатия в цилиндрах. Первый патент на изобретение Дизель получил в 1893 году. В качестве топлива Дизель предполагал использовать каменноугольную пыль, но из-за ряда существенных недостатков это стало невозможным. Реальным видом топлива явились тяжелые нефтяные фракции.
В 1897 г. конструктор предложил начальный вариант устройства – двигатель Дизеля, называемый ныне просто дизелем, который позволял развивать 10-кратное сжатие газа. Очень интересно, что самим газом является не горючее вещество, а просто воздух. Он разогревается настолько, что в нем самовоспламеняются капельки жидкого топлива (прежде это была главным образом нефть). Оно намеренно разбрызгивается через форсунку посредством нагнетаемого компрессором воздуха. Сегодня наличие такого компрессора не является обязательным, он отсутствует на многих моделях дизеля. Температура сжатого воздуха в дизеле составляет +600 °С. Двигатель не нуждается в системе
зажигания и способен работать на неочищенном топливе, в т.ч. и на нефти. В этом и особенность созданного Дизелем двигателя в том, что он функционирует с использованием дизельного топлива. Под ним обычно подразумевают горючее из газойлево-керосиновых фракций, образующихся при прямой перегонке нефти. Основной его показатель — цетановое число, характеризующее способность горючего воспламеняться в камере сгорания. Оно равняется объёмному содержанию цетана в смеси с присутствием α-метилнафталина. В обычных условиях оно имеет одинаковую воспламеняемость в сравнении с исследованным топливом. Для дизельного топлива температура вспышки, если определять по ASTM D93, не должна превышать 70 °C. А температура перегонки для него, определённая по ASTM D86, не может быть ниже, чем 200 и выше, чем 350 °C. Таким образом, оказалось, что дизельное топливо — экономичнее и экологически чище, чем бензин.
На сегодняшний день уже нет сомнения, что дизель предоставляет мощность и динамику, соответствующую или даже превосходящую другие типы двигателей. Благодаря турбокомпрессорам с изменяемой геометрией турбины, которые сейчас являются стандартом, современные дизельные двигатели демонстрируют высокий крутящий момент даже на низких оборотах. Существует мнение о том, что дизельные двигатели – это грязь и шум, — это давно осталось в прошлом. Современные транспортные средства, работающие на дизеле, тихие и экономичные. Системы обработки выхлопных газов, подобные Denoxtronic, дополнительно сокращают выбросы оксидов азота, позволяя соответствовать даже самым строгим стандартам, таким как Euro-6. Дизельный двигатель проделал путь от диковинки и статуса рабочей лошадки до повсеместного использования. Если в 1997 году только 22% автомобилей, проданных в Западной Европе, были дизельными, то сегодня эта цифра составляет около 50%. Даже учитывая активное развитие альтернативных силовых агрегатов, перспективы дизельных двигателей по-прежнему велики. Уже сейчас из Екатеринбурга в Новосибирск можно доехать на одном баке, а уровень выбросов СО2 составит всего 100 г/км. Кроме того, дизельные двигатели могут быть объединены с электрическими компонентами для создания гибридного привода. Такой подход уже реализован в современных автомобилях Peugeot 3008_Hybrid4 и Volvo V60.
Несомненно, Рудольф Дизель и не мечтал ни о чем подобном, когда впервые собрал свой двигатель в 1897 году. Но запись в дневнике изобретателя свидетельствует, что он высоко оценивал потенциал своего детища: «После долгих лет напряженных усилий и преодоления невообразимых трудностей, мне наконец-то удалось создать машину, воплощающую мою задумку. Это плавно работающий, очень простой и удобный в эксплуатации механизм, результаты работы которого превосходят все разработки, сделанные ранее». С мнением великого конструктора и сегодня согласны миллионы водителей во всем мире.
Какую тайну унес с собой Дизель — создатель дизель-мотора?
Сегодня 165 лет со дня рождения Рудольфа Дизеля — создателя двигателя внутреннего сгорания. Немецкий изобретатель назвал его «дизель-мотор». Предложенный им новый вид теплового поршневого двигателя совершил настоящий переворот в мире машиностроения.
Дизель-мотор был запатентован 23 февраля 1892 года. Уже первые испытания показали: по эффективности ему не было равных. Дизель превосходил по экономичности паровые машины в четыре раза! Биографы Рудольфа Дизеля пишут, что в самой Германии отнеслись к новому изобретению своего соотечественника скептически. Тем не менее, в 1898 году он открывает свой собственный завод по производству двигателей внутреннего сгорания, а через два года — его филиал в Лондоне. Двигатель Дизеля начинает свой триумфальный путь по миру: помимо промышленности и электростанций его устанавливают на кораблях, железнодорожных локомотивах и автомобилях.
Но Дизель не только подарил миру великое изобретение. Его жизнь оказалась полна «виражей». Так, во время одного из экспериментов произошел взрыв машины, после которого инженер едва не лишился зрения. Финансовый кризис 1913 года довел успешного Рудольфа Дизеля до банкротства и краха. А его неожиданный уход из жизни до сих пор остается одной из неразгаданных загадок двадцатого века.
В сентябре 1913 года Рудольф Дизель на борту почтового парохода «Дрезден» отправился в Лондон на открытие нового завода от одной из компаний, которая производила двигатели его конструкции. После ужина он ушел в свою каюту, и — его больше никто не видел. Дизель исчез.
Любопытная деталь: в списке пассажиров «Дрездена», имени Рудольфа Дизеля не значилось.
В 1898 году лицензию на дизель-мотор приобрел Эммануэль Нобель и смог приспособить это изобретение для работы на нефти. На парижской Всемирной выставке в 1900 году изобретение Дизеля получило гран-при. А в Петербурге началось производство двигателей под руководством Нобеля, и двигатель стал называться «русский дизель».
Какие еще изобретения мы знаем по именам их создателей?
ВАТМАН. В середине 1750-х годов в Англии бумажный фабрикант Джеймс Ватман-старший впервые изготовил ватман. Он изменил бумажную форму и смог изготовить лист плотной высокосортной бумаги без ярко выраженной фактуры, с поверхностной проклейкой.
ДРЕЗИНА. В 1817 году немецкий барон Карл Дрезин изобрел экипаж, с которым он передвигался с помощью двух колес. Сейчас дрезиной называется специальная тележка, которая передвигается по рельсам.
ШРАПНЕЛЬ. В начале XIX века офицер Британской армии Генри Шрапнель изобрел особый артиллерийский заряд — шар, в который был помещен заряд пороха и пули. Основной особенностью нового заряда было то, что он разрывался уже на подлете к противнику.
БРАУНИНГ. Американец по происхождению Джон Мозес Браунинг работал в Бельгии. Он конструктор-изобретатель ручного огнестрельного оружия, автор революционных нововведений в этой области.
КУЛЬМАН. Название специального чертежного прибора, которым пользуются инженеры всего мира. Первой такие доски, которые устанавливаются под углом или строго вертикально, начала выпускать немецкая фирма, которую основал Франц Кульман.
МАКИНТОШ. В 1823 году шотландский химик Чарльз Макинтош во время опыта измазал рукав пиджака раствором каучука. А спустя некоторое время заметил, что рукав пиджака не промокает. Он запатентовал это изобретение и основал компанию по производству изделий из непромокаемой прорезиненной ткани — макинтошей.
Кто изобрел дизельный двигатель? Дизель!
Рудольф Кристиан Карл Дизель родился 18 марта 1858 года. Идея создания высокоэкономичного теплового двигателя возникла у Дизеля, когда он работал в качестве младшего инженера в огромном концерне по производству холодильного оборудования Линде.
Фото: cowardlion, Shutterstock
Патент
История изобретения началась — на основании собственных расчетов Дизель написал небольшую брошюру о принципе работы предлагаемого им двигателя и принес в патентное ведомство заявку на свою идею. Через год заявка была удовлетворена.
С патентом и брошюрой в руках Дизель принялся искать предприятие для реализации своих замыслов. Наиболее благоприятные условия предложило предприятие Машиненфабрик Аугсбург-Мюнхен, или сокращенно MAN.
Предприятие обязалось нести все расходы по реализации патента, да еще платить Дизелю чрезвычайно высокую зарплату, пока он проводит испытания, — 800 марок в месяц. MAN приобрел права на производство, но без права переуступать другим.
Двигатель
Дизель сразу окунулся в работу. Первоначальная идея была такой: в цилиндры впрыскивают угольную пыль, воспламеняющуюся от тепла сжатия. Двигатель должен работать в соответствии с циклом Карно, то есть у него не будет внешнего охлаждения.
Уже при первой попытке Дизель обнаружил, что некоторые из его идей практически невыполнимы. Угольная пыль содержала минеральные частицы, оседавшие на поршневых кольцах и приводящие к катастрофическому абразивному износу цилиндров. Отсутствие внешнего охлаждения приводило к заклиниванию поршня в цилиндре.
Дизель — гений, он сразу же обнаружил недостатки разработки и предложил новый циклический процесс, носящий теперь его имя. Не буду утомлять читателя техническими подробностями, скажу лишь, что уже самый первый двигатель внутреннего сгорания, работавший согласно этому процессу, показал удивительные результаты.
Профессор Герлах и его ассистенты из Политеха в Мюнхене измерили эффективный коэффициент полезного действия (КПД) дизельного двигателя и получили поразительный результат: эффективный КПД нового двигателя составил почти 27%, в то время как у парового двигателя он был равен 3−5%, а у бензинового двигателя Отто — 10−12%.
Кроме того, дизельный двигатель работал на более дешевом и труднее воспламеняемом топливе.
Зенит
После такого успеха Альфред Нобель приобрел патент на двигатель за 100000 марок. Производители двигателей бросились покупать патент Дизеля. Изобретатель начал буквально купаться в золоте.
Но именно тогда Дизель разминулся с реальностью. Он достиг зенита своих возможностей и уже не мог сделать ничего лучше. Он создал самую экономичную тепловую машину. И через сто, и через миллиард лет никто не сможет превзойти ее эффективность, поскольку, как показывают теоретические расчеты, цикл Дизеля является наиболее экономичным в тепловых двигателях.
Именно этого Дизель не захотел понять. Он решил, что всегда будет превосходить всех, что его патенты никогда не перестанут продаваться. Но патент можно в большей или меньшей степени обойти, и в этом случае все развивается по другому сценарию. Никто не крадет идеи Дизеля, но все их усовершенствуют.
Роберт Бош создает топливный насос, впрыскивающий топливо без использования сжатого воздуха, как это делал Дизель, и процесс невероятно упрощается.
Метрополитен-Виккерс, огромный военно-промышленный комплекс в Великобритании, создает такие улучшения в конструкции двигателя для кораблей, что тот коренным образом отличается от прототипа, продаваемого компанией Дизеля.
Каждое улучшение патентуется и становится гораздо более ценным, чем основная идея, патентная защита которой быстро истекает.
Закат
Рудольф Дизель дал зеленый свет мощным дизельным двигателям, но заработал ненависть как коллег, инженеров-создателей двигателей, так и наиболее влиятельной силы на то время — угольных компаний.
За период 1904—1905 годов цена на нефть выросла в 2,5 раза, а доходность увеличилась более чем в 7 раз. Это напрямую повлияло на множество интересов. Наиболее сильно пострадали немецкие промышленники, владевшие самыми большими запасами угля в то время. Германия потеряла свое превосходство над Англией, и Дизель был объявлен виновником этого.
Промышленники начали подрывную войну против изобретателя: привели его предприятия к банкротству, и он потерял огромную часть своих вложений. Враги пытались уничтожить его и морально, вкладывая огромные средства в пропаганду, утверждая, что он не был отцом своего изобретения, а заимствовал чужие идеи.
Финансово противники его победили, но Дизелю осталось признание в научном мире, опровергшее клевету против него.
Солидаризм
Примерно в то же время Дизель начал заниматься социальными теориями, создал труд «Солидаризм. Естественное экономическое освобождение людей». В нем объясняется возможность возникновения общества, в котором большинство членов будут иметь свой собственный малый бизнес. Такое общество избежит революций, мятежей, беспорядков, жертв и обречено на процветание, думал Дизель.
Эта теория не нашла большой поддержки в бурные годы перед Первой мировой войной и грядущей революцией. На пропаганду своей теории Дизель растратил большую часть денег, полученных в результате изобретения дизельного двигателя.
Конец
Таким образом, после нескольких лет изнурительной борьбы Рудольф Дизель зашел в тупик. Надо было выдавать замуж дочь, но денег на приданое не было. 19 сентября 1913 года он сел на корабль, чтобы поехать в Англию, и исчез. Три дня спустя в Северном море в рыболовные сети попал труп, опознанный как Дизель.
Убийство? Вряд ли — нет мотивов. Самоубийство? Может быть. Причин предостаточно: полный финансовый крах, огромные неоплаченные обязательства. Тем не менее смерть Рудольфа Дизеля остается одной из самых больших загадок современного мира. Раскроет ли ее кто-либо, мы можем только гадать.
Дизельный двигатель: история и приход в сельское хозяйство
На заре создания сельскохозяйственной техники паровые двигатели переживали период своего расцвета. Сегодня же дизельный двигатель играет ведущую роль в мире тракторов и тяжелых мотоблоков.
1. История создания нового революционного двигателя.
В 1987 году инженер Германии Рудольф Дизель изобрел первый в мире дизельный двигатель. Его целью было найти двигатель с КПД 100% , так как в конце XIX века паровые двигатели имели КПД (коэффициент полезного действия) от 10 до 15%.
В 1897 году после четырех лет работы, он запустил первый двигатель. Это был агрегат больших размеров с рабочим объемом более 20 литров при весе более 5 тонн. Первый двигатель работал со скоростью 170 об / мин и развивал мощность до 20 л.с. Это был двигатель внутреннего сгорания, который мог достигать температуры от 700 до 900 °C : зажигание контролировалось системой самовоспламенения благодаря высокой степени сжатия (а не свечами зажигания).
Француз Люсьен Эжен Иншаупе в 1924 году изобрел топливный насос, продолжив разработку двигателя внутреннего сгорания.
А немец Роберт Бош создал между 1922 и 1925 годами механический ТНВД с зубчатым поршнем. Он реализовал свой проект в 1927 году на фабриках знаменитого бренда.
2. Дизельный двигатель в сельском хозяйстве.
Впервые тракторы стали заменять ручной труд 150 лет назад в Америке. Это была техника, работающая благодаря энергии пара. Но огромные дорогие машины обладали небольшой мощностью.
С целью производства небольших, но мощных тракторов, немецкий инженер Николаус Отто создал первый бензиновый двигатель внутреннего сгорания.
А изобретение нового двигателя Рудольфом Дизелем в 1897 году стало поворотным моментом в развитии тракторов. Ненадежный вначале, дизельный двигатель стал стремительно развиваться, чтобы стать эталоном двигателей для сельскохозяйственной техники в наше время.
В 1931 году КомпанияCaterpillar решила оснастить свои мощные гусеницы дизельными двигателями. Это была первая серийная «дизельная» машина.
А в 1934 году International Harvester произвел первый колесный дизельный трактор.
В 1947 году в Германии началась дизельная революция. Дизельные двигатели стали очень популярными. Производители сельскохозяйственных тракторов начали выпускать и продавать тракторы, оснащенные только дизельным двигателем. Новый двигатель потреблял топлива вдвое меньше бензинового. А затраты на техническое обслуживание дизельного трактора и мотоблока были сопоставимы с расходами на обслуживание бензиновых моделей.
В 1957 году дизельные двигатели получили все большее распространение: 80% проданных тракторов в мире были оснащены дизельными двигателями. Бензиновые двигатели составляли 20% продаж и в основном использовались в культиваторах и маломощных сельскохозяйственных машинах.
В 1970–1980 годах появились первые турбонагнетатели и системы охлаждения, установленные на дизельных двигателях. Увеличилась мощность и эффективность дизельного двигателя.