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.
Рудольф Дизель Фото: Источник
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.
Рудольф Дизель: биография будущего изобретателя
Перед отъездом Рудольф твёрдо пообещал родителям, что после окончания учёбы он вернётся домой, чтобы помогать отцу. Однако вслед за сыном через два года в Аугсбург переехали и его родители.
Семья профессора Барнекеля встретила племянника с теплотой, мальчик был окружён заботой и вниманием. Способности Рудольфа очаровали профессора, за что дядя разрешил ему пользоваться своей обширной библиотекой. Первым занятием Рудольфа в семье профессора стало переплетение всех старых книг, искусство, которому обучил его отец. Общение с образованным родственником, несомненно, пошло на пользу молодому человеку. Сегодня весь мир знает, кто изобрёл дизельный двигатель. А тогда всё только начиналось.
По прибытии племянника в Германию профессор Барнекель устраивает мальчика в реальное училище, которое Рудольф Дизель оканчивает как лучший ученик. После начального образования юное дарование в 1873 году поступает в Аугсбургскую политехническую школу, которую оканчивает через два с половиной года с наивысшими показателями. Следующим шагом молодого учёного становится поступление в Мюнхенскую Высшую техническую школу, которая была успешно окончена в 1880 году.
Мюнхенский технический университет в Баварии (Германия) до сих пор хранит в своём музее результаты выпускных экзаменов студента Рудольфа Дизеля, превзойти которые не может ни один студент за всю почти полуторавековую историю вуза.
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.
Схема двигателя, нарисованная Дизелем Фото: Источник
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.
Эксперименты Дизеля
Три неудачных попытки предшествуют рождению прообраза современного мотора. Первая попытка – двигатель, работающий на угольной пыли – перегорает почти мгновенно. Дизель меняет пыль на керосин, придумывает систему охлаждения стенок мотора водой и наконец добивается сколь-нибудь устойчивых результатов. И четвертая попытка оказывается удачной – созданный в 1896 году двигатель развивает до 20 «лошадей» и выдает рекордных, по сравнению с паровыми агрегатами, 34% КПД.
Через год появляется созданный на заводе в Аугсбурге первый пригодный к использованию мотор системы Дизеля. Три метра в высоту и 20 «лошадей» — свои лавры Дизель получит чуть позже, когда агрегат прогремит на весь мир на выставке паровых машин в Мюнхене в 1898 году.
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.
Стационарный одноцилиндровый дизельный двигатель, Германия, Аугсбург, 1906 г. Фото: ru.wikipedia.org
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.
Р. Дизель, К. Буц и профессор М. Шрётер после доклада в Касселе, 1898 г. Фото: Источник
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.
Достоинства и недостатки двигателей 1N и 1N-T
Малолитражные дизели Тойота, в отличие от бензиновых собратьев, не снискали широкой известности за пределами Дальневосточного региона. Автомобили с турбодизелем 1N-T выделялись среди одноклассников хорошей динамикой, высокой топливной экономичностью. Транспортные средства с менее мощной версией 1N приобретались с целью передвижения из пункта А в пункт Б с минимальными затратами, с чем успешно справлялись. К достоинствам этих двигателей можно отнести следующее:
- простая конструкция;
- нечувствительность к качеству топлива;
- относительная простота обслуживания;
- минимальные затраты при эксплуатации.
Самым большим недостатком этих моторов является низкий ресурс, особенно в версии 1N-T. Редко какой мотор выдерживает 250 тыс. км без капитального ремонта. В большинстве случаев после 200 тыс. км падает компрессия из-за износа цилиндро-поршневой группы. Для сравнения, большие турбодизели от Toyota Land Cruiser спокойно выхаживают 500 тыс. км без существенных поломок.
Другим существенным недостатком моторов 1N и 1N-T является громкое, тракторное тарахтение, сопровождающее работу двигателя. Звук прослушивается во всем диапазоне оборотов, что не добавляет комфорта при движении.
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.
Этапы роста
Подавляющее большинство современных дизелей работает в четырехтактном цикле. Двигатели этого типа по характеру смесеобразования делятся на две группы; с объемным и пленочным смесеобразованием. В первом случае топливо подается в объем камеры сгорания, во втором — на ее стенки. К первому типу относятся, например, моторы КамАЗ.
В свою очередь дизели с пленочным смесеобразованием, наиболее распространенные в настоящее время, бывают предкамерными и вихрекамерными. У первых существует так называемая форкамера, соединенная узким каналом с камерой сгорания.
Автомобиль С 111-III для установления аэродинамических рекордов среди дизельных машин. Оборудован серийным пятицилиндровым турбодизелем с интеркулером Mercedes-Benz объемом 3л и мощностью 230 л.с. (1978 год)
В предкамере топливо быстрее воспламеняется и по узкому каналу «выстреливается» в основной объем. В вихрекамерных дизелях впрыскиваемому топливу за счет особой формы камеры сгорания придается вихреобразное движение, поэтому оно лучше распыляется. У каждого типа есть свои преимущества и недостатки: например, вихрекамерные дизели менее экономичны, но мягче работают.
С середины 60-х годов начали распространяться дизели с турбо-наддувом. Миниатюрная турбина приводится в движение струей отработавших газов и вращает сидящий на общей с ней оси центробежный нагнетатель, который подает воздух под давлением в воздушный коллектор. Такая установка одновременно повышает мощность дизеля и снижает расход топлива. Но воздух, проходя через турбину, нагревается и теряет плотность. Поэтому между турбиной и коллектором, особенно на мощных дизелях, стали устанавливать радиатор предварительного охлаждения наддувочного воздуха — интеркулер.
Требуются «мозги»…
В последние годы началось распространение дизелей с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания. Это стало возможным благодаря появлению сложных высокоточных электронных систем управления этим процессом. Однако была еще одна важная проблема, которую предстояло решить. В обычном дизельном моторе каждая секция топливного насоса (ТНВД) порциями нагнетает солярку под давлением 1300—2000 а топливопровод, идущий к отдельной форсунке. В результате магистрали при работе пульсируют, каждый раз «подсасывая» лишние микродозы топлива. Все эти капли, сгорая, увеличивают расход горючего, повышают дымность выхлопа, да и двигатель из-за пульсаций излишне шумит.
Схема впрыска по технологии Common Rail
На новейших дизелях ТНВД подает горючее в единую магистраль топливную рампу Common Rail. Горючее в ней постоянно находится под давлением в 1300—1600 атм и точными дозами подается к форсункам. А открыванием их ведают уже не клапаны, срабатывающие от перепадов давления, а соленоиды и даже пьезоэлементы, получающие команды от компьютера. Электронный же «мозг» предварительно анализирует данные множества датчиков — например, положения педали акселератора, температурного режима двигателя, его нагрузки… Именно электроника открыла путь дальнейшему совершенствованию гибкости работы дизелей, повышению их тяговых характеристик, экономичности, экологичности… Многочисленные разработки подобного рода позволили поднять «оборотистость» дизелей с 2000 до 5000 об/мин.
Достижения прогресса прямо отразились на количестве дизельных машин мирового автопарка — сейчас они составляют в нем около трети, и в дальнейшем их доля будет только расти.
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.
Рудольф Дизель Фото: wikipedia.org
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.
Первый дизельный транспорт
Из-за огромных масс и размеров первых двигателей системы Дизеля, они могли использоваться только на морских судах и в тяжелой промышленности. Со временем дизельные двигатели стали устанавливать на подводные лодки. Лишь к началу 20-х годов ХХ века инженерам-конструкторам удалось уменьшить габариты дизельных двигателей до тех параметров, которые позволили использовать их на наземном транспорте.
Так, в 1923 году на выставке в Берлине был представлен первый грузовой автомобиль с мотором системы Дизеля. Им оказался выпущенный на заводе в Мангейме пятитонный грузовик Mercedes Benz 5K3. Двигатель, установленный в грузовике, имел предкамеру объемом почти 9 литров и развивал от 45 до 50 л.с. при 1000 об./мин.
Почти в то же самое время инженеры компании Daimler-Motoren-Gesellschaft сконструировали аналогичный по мощности атмосферный мотор, а компания MAN представила дизельный двигатель с системой непосредственного впрыска. Что касается легковых автомобилей, то первой ласточкой по части дизельного двигателя стала модель 260D Mercedes Benz, представленная в 1936 году. Это первый в мире серийный легковой автомобиль с дизельным мотором.
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.
Может, вы возьметесь?
Теги: инженер, изобретатель, двигатель, изобретения, Рудольф Дизель, история изобретения, двигатель внутреннего сгорания
