Дизельный двигатель. История изобретения

Изобретение дизельного двигателя – ключевой момент в истории автомобильной и промышленной эволюции. Двигатель, функционирующий по принципу внутреннего сгорания, стал основой для многих видов транспорта и силовых агрегатах. Его история начинается с упорного труда выдающегося инженера Рудольфа Дизеля.

Начало исследований

В 1878 г. Дизель, будучи студентом мюнхенского политеха, вдохновился циклом Карно и возжелал создать идеальный двигатель. Его революционная идея заключалась в сильном сжатии воздуха, достаточном для самовоспламенения впрыскиваемого топлива. По его утверждению, это позволило бы достичь невиданных ранее значений КПД до 70% без необходимости во внешнем охлаждении.

В 1892 году Дизель описал этот принцип в своей работе «Теория и конструкция рационального теплового двигателя». Ожидая похвалы за свои исследования, он столкнулся с жесткой критикой со стороны научного сообщества. Были высказаны обоснованные опасения относительно его идеи: огромное давление и температура при сильном сжатии смеси, а также высокий расход энергии системы. Несмотря на призывы к балансу и учету всех факторов, Дизель упорно стремился к безупречному КПД цикла Карно.

В 1893 году он запатентовал двигатель, работающий по изотерме. Уверенность Р. Дизеля в собственной конструкции привела к спорам и попыткам обвинить его в краже идеи у Брайтона. Однако суд отклонил претензии, учитывая различия в конструкции двигателей.

От научного труда к экспериментам

Рудольф Дизель обрёл поддержку немецкого предпринимателя Фридриха Круппа, взявшись за создание прототипа на его заводе в 1893 г. Испытывая различные виды топлива, он начал с угольной пыли из-за ее низкой стоимости, но быстро столкнулся с проблемой абразивных частиц. Дальнейшие испытания с керосином и бензином подтвердили необходимость отказа от угольной пыли.

Проверка главной идеи Дизеля о воспламенении при сверхвысоком сжатии привела к взрыву при компрессии в 90 раз, однако без пострадавших. Отсюда следовал вывод: уменьшение степени сжатия и соответственно температуры воспламенения. Исходная задумка об изотермическом расширении, аналогичном идеальному циклу Карно, оказалась неэффективной.

Эволюция дизельного двигателя: от идеи к реальности

В период проведения испытаний (1895–1897 г.) Рудольф Дизель разработал три разных прототипа с важными инновациями.

1. В первом прототипе была внедрена конструкция с водяным охлаждением, задуманная для борьбы с перегревом и изменением металла. Стратегия автоохлаждения при невысоком уровне сжатия показала неэффективность.
2. Второй прототип внес изменения в систему прямого впрыска, избегая сложного карбюратора, но столкнулся с недостаточной продуктивностью топливного насоса низкого давления. Это потребовало создания альтернативы в виде баллонов со сжатым воздухом.
3. Финальный образец, «Мотор 250/400», выделялся своим одним цилиндром. Для требуемого уровня давления пришлось несколько раз переливать головку блока цилиндра из чугуна.

17 февраля 1897 г. Мориц Шретер провел официальные испытания, где была зафиксирована мощность в 13,4 кВт и КПД в 26%, подтвердив работоспособность первого дизельного двигателя.

Судьба изобретения Дизеля

Рудольф Дизель весной 1897 г. создал компанию Dieselмotoren-Fabrik с целью производства и продажи дизельных двигателей. Первый коммерческий двигатель мощностью 22 кВт был установлен в марте 1898 года, но столкнулся с проблемами из-за поломок системы подачи топлива.

В 1898 году сделка с Эммануилом Нобелем привела к созданию первого дизельного двигателя на заводе «Людвиг Нобель». Усилия ученых Деппа и Тринклера улучшили его конструкцию, включая разработку более результативного бескомпрессорного двигателя. Дизельные двигатели Нобеля использовали не бензин, а тяжелую нефть, что повысило их КПД до 32–35%. Такой успех привел к мировому применению устройства с названием «Русский дизель».

Этапы прогресса в истории дизельных двигателей

Стартуя с прорыва в виде «Модели 250/400», дизельные двигатели превратились в неотъемлемую часть нашей жизни – от морских судов до военных машин. Современные модели с системой наддува достигают впечатляющего КПД в 53%, подчеркивая непрерывное стремление к совершенствованию. Изобретение Рудольфа Дизеля стало не просто механическим прорывом, но и символом трансформации мира.