Рудольф Дизель: біографія винахідника дизельного двигуна

Автор матеріалу: Олег Тимошенко

Рудольф Дизель (1858-1913) - німецький інженер, який створив двигун із запалюванням від стиснення: у ньому повітря стискається настільки, що впорснуте паливо займається саме. Після патенту 1892-1893 років і кількох років дослідів в Аугсбурзі в 1897 році був випробуваний перший працездатний двигун, а на виставці 1898 року в Мюнхені дизель отримав широке визнання. Двигун швидко поширився на суднах, електростанціях і в промисловості, а сам винахідник загинув за нез'ясованих обставин у 1913 році під час переправи через Ла-Манш.

Дитинство і навчання

Рудольф Дизель народився 18 березня 1858 року в Парижі в родині палітурника, вихідця з Німеччини. Під час франко-прусської війни 1870 року родина мусила переїхати до Англії. Залишившись без засобів до існування, батьки вирішили відправити здібного сина до Німеччини.

Дванадцятирічний хлопець самостійно вирушив до Аугсбурга - спочатку пароплавом, потім потягом із пересадками. Там його прийняла бездітна родина дядька, викладача математики Крістофа Барнікеля. Тихий, але дуже здібний хлопець швидко став у новій родині своїм: він був старанним, уважним і серйозним не за віком, мав доступ до домашньої бібліотеки і навіть заново переплів кілька старих книжок. У 1873 році він блискуче закінчив реальне училище і вступив до Аугсбурзької промислової школи, отримавши державну стипендію.

За переказами біографів, директор Мюнхенської вищої технічної школи професор Бауернфайнд, інспектуючи школу в 1875 році, звернув увагу на випускника, який упевнено говорив про майбутнє машинобудування і двигунів внутрішнього згоряння. Дизеля прийняли до Мюнхенської школи і призначили стипендію. Підробляючи уроками і отримавши ще одну стипендію, він забезпечував за час навчання не лише себе, а й батьків, які згодом перебралися до Німеччини.

Інтереси Дизеля не обмежувалися технікою: математика приваблювала його так само, як музика, поезія та образотворче мистецтво. Він мав феноменальну працездатність і наполегливість, а метою обрав створення теплового двигуна, значно ефективнішого за парову машину.

Робота у Карла фон Лінде

Після закінчення навчання Дизель працював у фірмі свого викладача, професора Карла фон Лінде, що виготовляла холодильні машини: близько десяти років він провів у паризькому відділенні фірми, ставши його директором. Паралельно він вів теоретичні та експериментальні дослідження двигунів. У 1890 році Дизель переїхав до Берліна і увійшов до правління компанії. Лінде зацікавився ідеєю свого колишнього учня і пообіцяв підтримати її втілення в металі.

Попередники: від парової машини до двигунів на важкому паливі

Друга половина XIX століття минула під знаком парової машини - пристрою геніального, але малоефективного. Газові двигуни Ніколауса Отто потребували дорогого світильного газу, а перші бензинові мотори були малопотужними, тому не могли конкурувати з паровою машиною на відносно дешевому кам'яному вугіллі. Згодом у великій енергетиці і на суднах закріпилися парові турбіни, створені майже одночасно і незалежно шведським інженером Густафом де Лавалем і англійцем Чарлзом Парсонсом.

Тривали і спроби використати в двигунах внутрішнього згоряння нафту та продукти її перегонки. Гасові двигуни Шпіля і Прістмана мало відрізнялися від двигуна Отто, але паливо в них подавалося насосом і попередньо підігрівалося для випаровування. За даними джерела, у 1888 році англієць Харгрівс побудував прототип двигуна на важкому паливі з форсункою і водяним охолодженням камери згоряння, а німець Капітен запропонував впорскувати два струмені палива так, щоб вони розпилювалися при зіткненні. На початку 1890-х років англієць Герберт Акройд Стюарт створив калоризаторний двигун: він працював з невеликим ступенем стиснення, а паливо займалося від попередньо розігрітої поверхні. Такий двигун набув певного поширення, але його позиції підірвала поява двигуна Дизеля.

Патент і «раціональний тепловий двигун»

У заявці на патент від 28 лютого 1892 року Дизель описав робочий процес, у якому поршень стискає повітря настільки, що температура стиснення значно перевищує температуру займання палива, а паливо подається поступово після мертвої точки так, щоб тиск і температура в циліндрі суттєво не зростали. Патент передбачав також можливість приєднання багатоступеневого компресора з ресивером.

У 1893 році Дизель виклав теорію в брошурі «Теорія і конструкція раціонального теплового двигуна, призначеного замінити парову машину та інші існуючі двигуни». «Раціональний двигун», як і двигун Отто, мав працювати за чотиритактним циклом, але всмоктувати чисте повітря, а не паливну суміш. Це дозволяло застосовувати значно вищі ступені стиснення без ризику передчасного займання. Паливо мало займатися від розжареного стисненням повітря, а не від іскри, і згоряти поступово, а не майже вибухово, як у двигуні Отто. Так Дизель сподівався наблизитися до ідеального термодинамічного циклу Карно.

Теоретична праця без практично здійсненого винаходу викликала величезний інтерес фахівців, хоча більшість критиків вважала ідею нездійсненною. Водночас професор Моріц Шрьотер, раніше налаштований скептично, після публікації брошури підтримав сміливість автора.

Перші досліди в Аугсбурзі

Дизель вирішив будувати експериментальний двигун на заводі в Аугсбурзі; у липні 1893 року він був готовий до випробувань. За даними джерела, замість вугільного пилу, згаданого в патенті, як паливо застосували гас. Спочатку Дизель розраховував на тиск у циліндрі близько 250 атм, згодом з технічних міркувань зменшив його до 90 атм, а на практиці після низки доопрацювань досяг лише близько 34 атм.

Коли почали впорскувати паливо, воно згоряло дуже швидко, тиск і температура в циліндрі різко зростали. Під час одного з дослідів розлетівся індикатор тиску, і уламок ледь не влучив у самого Дизеля. Двигун не мав системи охолодження, а через надмірне тертя в окремих вузлах виявився непрацездатним.

Удосконалений зразок виготовили за кілька місяців. Тоді ж Дизель отримав другий патент, фактично відмовившись від ізотермічного згоряння на користь згоряння за сталого тиску. 17 лютого 1894 року другий дослідний двигун уперше пропрацював близько хвилини, зробивши 88 обертів. До осені вдалося отримати індикаторну діаграму, що відповідала теорії.

До робіт приєдналася фірма Круппа. Другий зразок відправили на доведення, а в Аугсбурзі почали будувати третій. Довкола винаходу вже точилися суперечки: з'явилися «попередники», які заявляли претензії на авторство, а європейські фірми зацікавилися ліцензіями. Однією з перших ліцензію придбала бельгійська фірма Carels, у Франції було створено акціонерне товариство для виробництва двигунів у Бар-ле-Дюку. На початку 1895 року завершили третій дослідний двигун з рідинним охолодженням і повітряним насосом для впорскування палива; у травні він безперервно пропрацював 30 хвилин, а влітку почалися випробування під навантаженням.

Перший промисловий двигун

Наприкінці 1896 року був готовий перший «великий» двигун потужністю близько 20 к.с., придатний для промислового застосування, з циліндром діаметром 250 мм і ходом поршня 400 мм. Паливо впорскувалося через форсунку, а повітря наприкінці стиснення, за даними джерела, нагрівалося до кількох сотень градусів. На випробуваннях 1897 року, які провів професор Шрьотер, двигун показав ефективний ККД 26,2% (індикаторний - близько 34%), тоді як найкращі парові машини мали ККД близько 10-15%.

Визнання і труднощі

На виставці силових і робочих машин 1898 року в Мюнхені двигуни Дизеля працювали в цілій експозиції: мотори аугсбурзького заводу, заводу «Газмоторенфабрік Дойц» і Круппа приводили насоси та іншу техніку. Успіх був величезним, ліцензії на виробництво двигунів купували німецькі та іноземні підприємства. У Російській імперії ліцензію придбав промисловець Еммануїл Нобель; інженери його заводу в Санкт-Петербурзі переконструювали двигун для роботи на сирій нафті, і в 1899 році він успішно пройшов випробування.

Проте не все йшло гладко. У Франції через «дитячі хвороби» перші двигуни похитнули репутацію новинки. Потрібна точність виготовлення деталей значно перевищувала рівень більшості машинобудівних заводів, а промисловість мала створити нові жароміцні матеріали. Деякі фірми заявили про «непридатність» дизелів для серійного виробництва, а недоброзичливці звинувачували винахідника в некомпетентності та запозиченні чужих ідей. Через напругу Дизель пережив нервове виснаження і певний час лікувався в санаторії.

Однак саме такий двигун був потрібен промисловості. На початку XX століття попит на нафту і її ціна на світовому ринку помітно зросли, зокрема завдяки поширенню двигунів внутрішнього згоряння. За даними джерела, суднові парові машини витрачали 0,8-0,9 кг палива на 1 к.с. за годину, а дизелі - приблизно вчетверо менше, що суттєво збільшувало дальність плавання. Рідке паливо також звільняло від важкої праці десятків кочегарів, які на кораблях з паровими машинами вручну закидали вугілля в топки.

Електрифікація потребувала швидкохідних і економічних двигунів для генераторів, бо тогочасні парові машини мали недостатню частоту обертання і одиничну потужність. Не дивно, що на Всесвітній виставці в Парижі 1900 року двигуни Дизеля отримали Гран-прі. Згодом у великій енергетиці перемогли парові турбіни, але там, де потужність агрегату не перевищувала кількох сотень кінських сил, дизелі закріпилися.

Критика в Німеччині

У Німеччині, яка мала власне вугілля, проти ідеї ширшого використання рідкого палива виступали частина промисловців і інженерної спільноти. Критики наголошували, що реальні двигуни відрізнялися від описаних у патентах: ні вугільний пил як паливо, ні ізотермічне згоряння так і не були втілені. До нападок долучилися винахідники, які вважали свої ідеї вкраденими; за даними джерела, Дизелю довелося виплатити відступне трьом німецьким інженерам. Тим часом Товариство німецьких інженерів, за даними джерела, у 1904 році нагородило медаллю Грасгофа «турбіністів» Лаваля і Парсонса, а Дизель цієї нагороди так і не отримав.

Дизелі на суднах, підводних човнах і локомотивах

За кордоном Дизель зустрів значно привітніший прийом. Швейцарська фірма братів Зульцер розробила двотактні дизелі: вони поступалися чотиритактним в економічності, але за однакової маси були майже вдвічі потужнішими і простіше реверсувалися, що важливо для суден. За даними джерела, Зульцер одним із перших узявся і за створення тепловоза.

Значних успіхів у застосуванні дизелів на суднах досягли на заводах Нобеля. Після нафтоналивної баржі «Вандал» у 1904 році на Волзі з'явився теплохід-танкер «Сармат» з дизель-електричною установкою системи Дель-Пропосто: на передньому ходу дизель працював безпосередньо на гвинт, а для заднього ходу приводив генератор, що живив електродвигун. За даними джерела, теплохід виявився в кілька разів економічнішим за пароплав такої самої водотоннажності. Дизелі почали встановлювати на підводних човнах (першим у російському флоті став «Мінога»), канонерських човнах і інших суднах.

Дизель сам займався і автомобільними двигунами: за даними джерела, у 1908 році був готовий експериментальний мотор для вантажівки, але випробування завершилися невдачею - прагнення максимально зменшити масу двигуна знизило його надійність. У цій сфері винахідник випередив свій час: дизелі масово прийшли на автомобілі лише після появи компактних паливних насосів у 1920-х роках.

Загадкова загибель

Технічний талант Дизеля зрештою визнали і в Німеччині: він отримав почесне звання доктора-інженера. Тим часом Дизель удосконалював реверсивний судновий дизель, і новинка викликала інтерес у Великій Британії. Біографи пов'язують із цим одну з версій його загибелі, проте жодна з них не доведена.

Увечері 29 вересня 1913 року Рудольф Дизель вирушив з Антверпена до Англії на пароплаві «Дрезден». Повечерявши, він побажав супутникам доброї ночі і пішов до каюти, а вранці її знайшли порожньою. Пошуки нічого не дали. Преса висувала різні версії - вбивство, нещасний випадок, самогубство, - але справжня причина загибелі винахідника так і залишилася невідомою.