Рудольф Дизель

Рудольф Дизель и один из первых дизелей,
построенный в 1893 г.

Л. Гумипевский

Двадцать лет назад, в ночь с 30 сентября на 1 октября в Северном море при совершенно загадочных обстоятельствах, оставшихся нераскрытыми и до сих пор, погиб великий изобретатель теплового двигателя, носящего его имя, успешный пионер в области усовершенствования первых тепловых двигателей, инженер, открывший новый, доселе почти неизвестный путь мировой технике и давший новые способы для использования самых разнообразных горючих.

Рудольф Дизель родился в Париже 18 марта 1858 г. Помогая отцу в переплетной мастерской, мальчик бегал по Парижу, разнося заказы.

Двенадцатилетнего Рудольфа, чтобы избавиться от лишнего рта в семье, отправили в Германию к дяде, профессору Барникелю.

В Аугсбурге, окончив реальное училище, Рудольф поступил в политехническую школу и принял германское подданство. Способный ученик, поставивший себе целью стать "механиком, получил стипендию и был зачислен в Мюнхенский политехникум, где ближайшими его руководителями оказались проф. Шреттер и знаменитый изобретатель холодильных машин проф. Линде.

Весною 1878 г. Линде читал свою обычную лекцию по термодинамике. Со свойственным ему блеском и умом он излагал слушателям теорию идеального теплового двигателя, работающего по выведенному путем теоретических рассуждений циклу гениального французского ученого Сади Карно. Этот двигатель, по расчету основоположника термодинамики, должен был претворять в полезную работу до 70% теплотворной способности потребляемого топлива. Обратив внимание слушателей на столь высокий коэфициент полезного действия идеального двигателя Карно, лектор указал на поразительно малые коэфициенты полезного действия паровых машин.

Паровые машины того времени, над которыми работали в течение уже ста лет лучшие умы человечества, имели коэфициент полезного действия в 12—13% при больших мощностях. При мощностях не выше 200 л. с. он падал уже до 9%, а в машинах, еще менее мощных, опускался до 5%. Современные паровозы, где установка конденсатора, сильно повышающего полезность действия паровых машин, невозможна, лишь 5% потребляемого топлива превращен в полезную работу, остальное буквально вылетало в трубу.

Столь ничтожное использование теплотворной способности сжигаемого в топках паровых машин угля привело аудиторию в глубокое изумление. Рудольф Дизель был совершенно потрясен. Он взял свою тетрадь, где записывал лекции, и на полях ее наскоро написал: «Изучить возможность применения изотерм (Работа при постоянной температуре.) на практике».

Эта беглая запись, сделанная на полях студенческой тетради, определила весь жизненный путь Дизеля и положила начало размышлениям и деятельности, в результате которых много лет спустя появилось изобретение, изумившее мир.

Задача — практически осуществить идеальный цикл Карно, поставленная перед собой молодым студентом, была столь же грандиозной, сколь и своевременной. То время, когда в народном хозяйстве роль двигателя исполнял человек или животное, а затем водяное колесо, давно прошло. Капиталистическое хозяйство, движимое растущей конкуренцией, не могло уже удовлетворяться прожорливыми, громоздкими паровыми машинами. Оно требовало от техники создания экономичного, удобного, легко переносимого двигателя с высоким коэфициентом полезного действия.

С точки зрения экономического использования тепла, паровые котлы имели огромное неудобство: их нельзя было нагревать так, чтобы полностью использовать теплоту печи. Изобретатели стали пытаться перенести печь в самый рабочий цилиндр, сжигать топливо в цилиндре, создать двигатель внутреннего сгорания вместо двигателя внешнего сгорания, каким является паровая машина.

Попытки эти делались давно. Еще в 1783 г. голландский физик Гюйгенс соорудил машину, в которой поршень поднимался кверху при помощи взрыва порохового заряда, наполнявшего цилиндр горячими газами. По охлаждении этих газов атмосферное давление оттесняло поршень обратно, и хотя заряжение происходило с большой возней, так как надо было отнимать дно цилиндра, все же Гюйгенс имел дело с прототипом двигателя внутреннего сгорания. В сущности говоря, таким же прототипом является и обыкновенная пушка, с той разницей, что здесь при каждом ходе поршень (снаряд) совсем вылетает из цилиндра. Практического значения машина Гюйгенса конечно не имела.

Первой работавшей машиной такого рода был газовый двигатель Ленуара, изобретенный в I860 г. И эта машина не получила практического применения, так как потребляла много дорогостоящего горючего (светильного газа) и имела незначительную мощность.

Возможность практического использования двигателя внутреннего сгорания явилась лишь тогда, когда кельнский механик Николай Отто в машине Ленуара применил впервые высказанный французом Боде-Роша принцип сжатия смеси перед зажиганием. Именно в 1878 г., когда Дизель сделал свою запись на лекции проф. Линде, Отто взял патент на четырехтактный газовый двигатель, построенный на принципе сжатия, положенного потом в основу всего моторостроения.

С этого момента и началось техническое и промышленное значение двигателей внутреннего сгорания и внедрение их в транспорт и производство.

Рабочий процесс, совершавшийся в цилиндре нового двигателя, получивший наименование четырехтактного цикла Отто, сводится к следующему: при первом ходе поршня (или такте) в цилиндр двигателя поступает смесь светильного газа с воздухом через автоматически открывающийся клапан; при втором такте обратным ходом поршня, приводимым в движение еще посторонней силой, как и вначале, запертая в цилиндре горючая, рабочая смесь, сжимается до одной пятой своего первоначального объема; при третьем такте, как только поршень начал свой третий ход, эта подвергнутая сжатию смесь зажигается электрической искрой и сгорает со взрывом, образуя расширяющиеся газы, которые сильным давлением толкают поршень и сообщают ему рабочую силу, передаваемую через шатун коленчатому валу, дающему вращательное движение исполнительному механизму. При четвертом такте, последнем ходе поршня через автоматически открывающийся выпускной клапан, отработанные газы выгоняются наружу, после чего снова начинается новый цикл такого же порядка.

Сжатие рабочей смеси перед зажиганием чрезвычайно повысило коэфициент полезного действия, доходившего уже в первых двигателях Отто до 17—19%. Точные расчеты приводили к выводам, что чем выше будет степень сжатия, тем производительнее будет работа-мотора. Однако и до сего времени в двигателях, работающих по циклу Отто (бензиновых автомобильных и авиационных), степень сжатия не удалось повысить далее 6—7. Беда заключалась в том, что слишком разогревающаяся в работающем цилиндре смесь начинает взрываться сама по себе еще до появления искры благодаря высокой температуре, получающейся при сильных сжатиях, что делает работу мотора непроизводительной.

Мощный судовой дизель (4500 л. с.).
Установлен на теплоходе „Африка" заводом
Бурмистер и Вайе (Германия)

Изобретательская мысль замкнулась в круг технической невозможности, и хотя газовые двигатели Отто нашли себе применение в промышленности, а бензиновые, построенные по тому же принципу Отто,—в автомобилях, основная задача, поставленная перед техникой капиталистическим хозяйством, оставалась неразрешенной: двигатели Отто потребляли дорогое топливо, к тому же не везде имевшееся; бензиновые моторы были машинами очень незначительной мощности, конкурировать с паровой машиной ни те, ни другие не могли.

Окончив политехникум, Дизель отправился в качестве практиканта на завод Бр. Зульцер, в Швейцарии, имея однако свою собственную «программу жизни», о которой он говорил впоследствии:

— Я оставил высшее учебное заведение, пошел на практику и должен был завоевать себе положение в жизни. Но мысль о моей задаче преследовала меня беспрерывно. Свободное время я употреблял на то, чтобы всесторонне расширить свои знания по теплотехнике.

В то время как современники Дизеля искали разрешения задачи в усовершенствовании двигателей Отто, гений Дизеля вел его через критику паровой машины к поискам новых материалов, могущих заменить водяной пар. Начав опыты с парами аммиака, изобретатель занялся конструированием аммиачного мотора, и здесь-то, убедившись в неосуществимости для этих паров высоких сжатий и перейдя к опытам с чистым воздухом, изобретатель напал на свою счастливую мысль, что воздух может быть и работающим материалом и химическим реагентом, нужным для сгорания.

Четырнадцать лет постоянных размышлений и практических опытов образовали наконец стройную теорию «рационального» теплового двигателя. Дизель запатентовал рабочий процесс двигателя и изложил теоретическую часть многолетней работы в брошюре «Теория и конструкция рационального теплового двигателя, призванного заменить паровую машину и другие существующие в настоящее время двигатели». Дизель утверждал, что его двигатель «является самым простым и экономичным».

Никогда еще ни одно изобретение, изложенное лишь теоретически, без практического выполнения, не вызывало столько споров, шума и разногласий, как двигатель Дизеля. Большая часть критиков оценивала идею изобретателя как неосуществимую, и лишь крупнейшие знатоки дела, как Цейнер, Линде и Шреттер поддержали своим авторитетом работу молодого ученого.

Постройка опытных моторов требовала средств и оборудования, которых у изобретателя не было. Он рассылал свою брошюру и отзывы о ней машиностроительным заводам с предложением выполнить его мотор. Отказ следовал за отказом. Но блестящий ум, знания, неукротимая энергия и настойчивость поборол» в конце концов недоверие.

Цикл Отто

В феврале 1893 г. Дизель заключил договор с Аугсбургским машиностроительным заводом, а в апреле с фирмой Круппа в Эссене. Аугсбургский завод предоставлял в распоряжение изобретателя мастерские, а Крупп—денежные средства. Дизель уступал обеим фирмам свои права на патент.

Работы по созданию дизель-мотора продолжались в аугсбургских мастерских пять лет. Первый опытный мотор не работал. Второй, сооруженный вскоре, дал лишь холостой ход в течение одной минуты. Первые неудачи не сломили энергии изобретателя. Он вносил бесчисленные изменения в конструкцию двигателя, продолжал опыты и выходил, к удивлению своих сотрудников, победителем из самых трудных положений.

Он писал в своем дневнике:

«Первый мотор не работает, второй работает несовершенно, третий будет хорош...»

И третий мотор оправдал ожидания изобретателя. Он не только подтвердил правильность теоретических построений Дизеля, но оказался уже настолько работоспособным, что был опробован на производстве. Опытные работы были кончены.

Мастерские начали постройку пригодного для эксплоатации двигателя, и в начале 1897 г. первый двадцатисильный четырехтактный двигатель с водяным охлаждением и компрессором был испытан.

Практическое выполнение резко отличалось от теоретического построения: в борьбе с природой и несовершенством технических средств изобретатель должен был отказаться прежде всего от изотермического сгорания; вместо предполагаемого сжатия в 200 ат, удалось добиться сжатия лишь в 35 ат. В качестве топлива употреблялся керосин, а не угольная пыль, о которой говорилось в патенте Дизеля. Наконец вопреки прежнему убеждению изобретателя в ненужности охлаждения двигатель был снабжен водяной рубашкой. Вместо осуществления идеального цикла Карно на-лицо был таким образом лишь новый рабочий процесс.

Двигатель был мощен, легко переносим, удобен, не требовал для обслуживания рабочих рук, потреблял топлива всего лишь 240 г на силу в час и имел коэфициент полезного действия в 34%, т. е. превышал втрое коэфициент полезного действия паровых машин.

Рабочий процесс двигателя состоял в следующем: при первом такте в цилиндр всасывался обыкновенный воздух, который -при втором такте обратным ходом поршня сжимался до 1/14 части своего первоначального объема или до 35 ат. Сила сжатия была равна давлению 35 кг на 1 см2. При этом температура сжатого воздуха доводилась до 600° Ц, т. е. до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива. В начале третьего такта в цилиндр впрыскивался в распыленном виде керосин, который и загорался в раскаленном воздухе без зажигания. Далее следовало расширение газов, дававшее поршню рабочий ход. При четвертом такте отработанные газы выталкивались наружу.

Это были те же четыре такта, осуществляющиеся и в цикле Отто. Но двигатели Отто всасывают не чистый воздух, а. смесь воздуха и газа или превращенного в газ бензина, что не позволяет из-за преждевременности взрывов увеличивать сжатие, от степени которого зависит наибольшее использование горючего. Между тем по циклу Дизеля чистый воздух, всасываемый в цилиндр, можно доводить до весьма высоких степеней сжатия, и благодаря высокой температуре сжатого воздуха вводимое в цилиндр горючее самовозгорается; в двигателях, работающих по циклу Отто, горючая смесь сгорала' со взрывом, т. е. очень быстро, отчего и самые двигатели, работавшие по циклу Отто, называются взрывными; в двигателях же Дизеля горючее сгорает без взрыва, так как топливо вводится постепенно, этим поршню сообщается постоянное давление расширяющихся при сгорании газов, которое поддерживается постепенно вводимым и постепенно сгорающим топливом.

Цикл Дизеля

Производивший официальное испытание нового двигателя проф. Шреттер опубликовал отчет о результатах испытания, он вызвал невероятную сенсацию. О новом двигателе заговорил весь мир.

Передавая права на свой патент ряду машиностроительных заводов, Дизель тем самым привлек к работам над усовершенствованием своего двигателя лучших конструкторов и инженеров. Работа в этом направлении шла с огромным успехом. Повышалась мощность дизель-моторов, расширялась область их применения, использовывались в качестве горючего самые разнообразные топлива. Уже в 1898 г. русскому заводу «Людвиг Нобель» в Петербурге удалось сконструировать первый дизель, работающий на нефти: переход на этот род дешевого топлива решил бесповоротно судьбу новых двигателей. Попытка установки дизель-мотора в качестве судового двигателя, предпринятая тем же «Т-вом бр. Нобель», также увенчалась успехом: суточный расход топлива для одного и того же по величине и грузоподъемности судна выражался для парохода с угольным отоплением в 70 т, с нефтяным—в 40 т, а для теплохода, работающего на двигателях Дизеля,—всего лишь в 17 т, теплоход выгадывал не только на топливе, но и на грузоподъемности, так как мог брать вдвое меньший запас топлива.

В 1908 г., когда окончился срок действия патентов Дизеля, началось бурное распространение двигателей, носивших его имя. Мощность их дошла до 2 тыс. л. с. в одном цилиндре; на двигатели Дизеля переходила промышленность, двигатели Дизеля работали на электростанциях, двигателями Дизеля оборудовались огромные океанские теплоходы. В 1912 г. был построен заводом бр. Зульцер первый дизель-локомотив. Распространение дизель-моторов превосходило самые фантастические предположения, хотя надежда изобретателя, что они совершенно заменят паровую машину, и не оправдалась.

Успех изобретения затрагивал интересы многих отдельных лиц. Самые условия существования в капиталистическом обществе, в основу которого кладется личное обогащение, ведут к борьбе, к жесточайшей конкуренции. Чем больше возрастал успех Дизеля, тем яростнее становилась кампания, поднятая против изобретателя. Все чаще и чаще раздавались голоса, утверждавшие, что Дизель пользуется честью и славой, ему не принадлежащей. Появились статьи и книги, доказывавшие, что ни впрыскиванне топлива сжатым воздухом, ни высокое сжатие, ни самовоспламенение топлива не были применены Дизелем впервые.

За несколько месяцев до своей смерти Дизель опубликовал документальную историю «происхождения дизель-моторов», в которой с горечью высказался до конца.

— Проведение изобретения в жизнь, — писал он,—связано с борьбой против глупости, зависти, косности, тайного противодействия и открытой борьбы интересов. Это ужасное время борьбы с людьми—мученичество даже и в том случае, когда оно увенчивается победой.

Таинственное исчезновение Дизеля с парохода при переезде из Бельгии в Англию 30 сентября 1913 г. многими рассматривается как самоубийство, в результате преследования конкурентов и коммерческих неудач.

В некрологе, помещенном в журнале «Общества немецких инженеров», появившемся вслед за смертью изобретателя, отмечалось, что деятельность Дизеля положила начало новому периоду развития современного моторостроения. Двадцать лет, истекшие с того времени, подтвердили это признание, сделанное под свежим впечатлением смерти творца дизельмотора.