Рудольф Дизель: биография изобретателя дизельного двигателя

Автор материала: Олег Тимошенко

Рудольф Дизель (1858-1913) - немецкий инженер, создавший двигатель с воспламенением от сжатия: в нем воздух сжимается настолько, что впрыснутое топливо воспламеняется само. После патента 1892-1893 годов и нескольких лет опытов в Аугсбурге в 1897 году был испытан первый работоспособный двигатель, а на выставке 1898 года в Мюнхене дизель получил широкое признание. Двигатель быстро распространился на судах, электростанциях и в промышленности, а сам изобретатель погиб при невыясненных обстоятельствах в 1913 году во время переправы через Ла-Манш.

Детство и учеба

Рудольф Дизель родился 18 марта 1858 года в Париже в семье переплетчика, выходца из Германии. Во время франко-прусской войны 1870 года семья была вынуждена переехать в Англию. Оставшись без средств к существованию, родители решили отправить способного сына в Германию.

Двенадцатилетний мальчик самостоятельно отправился в Аугсбург - сначала пароходом, затем поездом с пересадками. Там его приняла бездетная семья дяди, преподавателя математики Кристофа Барникеля. Тихий, но очень способный мальчик быстро стал в новой семье своим: он был прилежным, внимательным и серьезным не по годам, имел доступ к домашней библиотеке и даже заново переплел несколько старых книг. В 1873 году он блестяще окончил реальное училище и поступил в Аугсбургскую промышленную школу, получив государственную стипендию.

По рассказам биографов, директор Мюнхенской высшей технической школы профессор Бауэрнфайнд, инспектируя школу в 1875 году, обратил внимание на выпускника, уверенно рассуждавшего о будущем машиностроения и двигателей внутреннего сгорания. Дизеля приняли в Мюнхенскую школу и назначили стипендию. Подрабатывая уроками и получив еще одну стипендию, он обеспечивал во время учебы не только себя, но и родителей, которые позже перебрались в Германию.

Интересы Дизеля не ограничивались техникой: математика привлекала его так же, как музыка, поэзия и изобразительное искусство. Он обладал феноменальной работоспособностью и упорством, а целью выбрал создание теплового двигателя, значительно более эффективного, чем паровая машина.

Работа у Карла фон Линде

После окончания учебы Дизель работал в фирме своего преподавателя, профессора Карла фон Линде, производившей холодильные машины: около десяти лет он провел в парижском отделении фирмы, став его директором. Параллельно он вел теоретические и экспериментальные исследования двигателей. В 1890 году Дизель переехал в Берлин и вошел в правление компании. Линде заинтересовался идеей своего бывшего ученика и пообещал поддержать ее воплощение в металле.

Предшественники: от паровой машины к двигателям на тяжелом топливе

Вторая половина XIX века прошла под знаком паровой машины - устройства гениального, но малоэффективного. Газовые двигатели Николауса Отто нуждались в дорогом светильном газе, а первые бензиновые моторы были маломощными, поэтому не могли конкурировать с паровой машиной на относительно дешевом каменном угле. Позднее в большой энергетике и на судах закрепились паровые турбины, созданные почти одновременно и независимо шведским инженером Густафом де Лавалем и англичанином Чарлзом Парсонсом.

Продолжались и попытки использовать в двигателях внутреннего сгорания нефть и продукты ее перегонки. Керосиновые двигатели Шпиля и Пристмана мало отличались от двигателя Отто, но топливо в них подавалось насосом и предварительно подогревалось для испарения. По данным источника, в 1888 году англичанин Харгривс построил прототип двигателя на тяжелом топливе с форсункой и водяным охлаждением камеры сгорания, а немец Капитен предложил впрыскивать две струи топлива так, чтобы они распылялись при столкновении. В начале 1890-х годов англичанин Херберт Акройд Стюарт создал калоризаторный двигатель: он работал с небольшой степенью сжатия, а топливо воспламенялось от предварительно разогретой поверхности. Такой двигатель получил некоторое распространение, но его позиции подорвало появление двигателя Дизеля.

Патент и «рациональный тепловой двигатель»

В заявке на патент от 28 февраля 1892 года Дизель описал рабочий процесс, в котором поршень сжимает воздух настолько, что температура сжатия значительно превышает температуру воспламенения топлива, а топливо подается постепенно после мертвой точки так, чтобы давление и температура в цилиндре существенно не росли. Патент предусматривал также возможность присоединения многоступенчатого компрессора с ресивером.

В 1893 году Дизель изложил теорию в брошюре «Теория и конструкция рационального теплового двигателя, призванного заменить паровую машину и другие существующие двигатели». «Рациональный двигатель», как и двигатель Отто, должен был работать по четырехтактному циклу, но всасывать чистый воздух, а не топливную смесь. Это позволяло применять значительно более высокие степени сжатия без риска преждевременного воспламенения. Топливо должно было воспламеняться от раскаленного сжатием воздуха, а не от искры, и сгорать постепенно, а не почти взрывообразно, как в двигателе Отто. Так Дизель надеялся приблизиться к идеальному термодинамическому циклу Карно.

Теоретическая работа без практически осуществленного изобретения вызвала огромный интерес специалистов, хотя большинство критиков считало идею неосуществимой. В то же время профессор Мориц Шрётер, ранее настроенный скептически, после публикации брошюры поддержал смелость автора.

Первые опыты в Аугсбурге

Дизель решил строить экспериментальный двигатель на заводе в Аугсбурге; в июле 1893 года он был готов к испытаниям. По данным источника, вместо угольной пыли, упомянутой в патенте, в качестве топлива применили керосин. Сначала Дизель рассчитывал на давление в цилиндре около 250 атм, затем по техническим соображениям уменьшил его до 90 атм, а на практике после ряда доработок достиг лишь около 34 атм.

Когда начали впрыскивать топливо, оно сгорало очень быстро, давление и температура в цилиндре резко росли. Во время одного из опытов разлетелся индикатор давления, и обломок едва не попал в самого Дизеля. Двигатель не имел системы охлаждения, а из-за чрезмерного трения в отдельных узлах оказался неработоспособным.

Усовершенствованный образец изготовили за несколько месяцев. Тогда же Дизель получил второй патент, фактически отказавшись от изотермического сгорания в пользу сгорания при постоянном давлении. 17 февраля 1894 года второй опытный двигатель впервые проработал около минуты, сделав 88 оборотов. К осени удалось получить индикаторную диаграмму, соответствовавшую теории.

К работам подключилась фирма Круппа. Второй образец отправили на доводку, а в Аугсбурге начали строить третий. Вокруг изобретения уже шли споры: появились «предшественники», заявлявшие претензии на авторство, а европейские фирмы заинтересовались лицензиями. Одной из первых лицензию приобрела бельгийская фирма Carels, во Франции было создано акционерное общество для производства двигателей в Бар-ле-Дюке. В начале 1895 года завершили третий опытный двигатель с жидкостным охлаждением и воздушным насосом для впрыска топлива; в мае он непрерывно проработал 30 минут, а летом начались испытания под нагрузкой.

Первый промышленный двигатель

В конце 1896 года был готов первый «большой» двигатель мощностью около 20 л.с., пригодный для промышленного применения, с цилиндром диаметром 250 мм и ходом поршня 400 мм. Топливо впрыскивалось через форсунку, а воздух в конце сжатия, по данным источника, нагревался до нескольких сотен градусов. На испытаниях 1897 года, которые провел профессор Шрётер, двигатель показал эффективный КПД 26,2% (индикаторный - около 34%), тогда как лучшие паровые машины имели КПД около 10-15%.

Признание и трудности

На выставке силовых и рабочих машин 1898 года в Мюнхене двигатели Дизеля работали в целой экспозиции: моторы аугсбургского завода, завода «Газмоторенфабрик Дойц» и Круппа приводили насосы и другую технику. Успех был огромным, лицензии на производство двигателей покупали немецкие и иностранные предприятия. В Российской империи лицензию приобрел промышленник Эммануил Нобель; инженеры его завода в Санкт-Петербурге переконструировали двигатель для работы на сырой нефти, и в 1899 году он успешно прошел испытания.

Однако не все шло гладко. Во Франции из-за «детских болезней» первые двигатели поколебали репутацию новинки. Требуемая точность изготовления деталей значительно превышала уровень большинства машиностроительных заводов, а промышленности предстояло создать новые жаропрочные материалы. Некоторые фирмы заявили о «непригодности» дизелей для серийного производства, а недоброжелатели обвиняли изобретателя в некомпетентности и заимствовании чужих идей. Из-за напряжения Дизель пережил нервное истощение и некоторое время лечился в санатории.

Тем не менее именно такой двигатель был нужен промышленности. В начале XX века спрос на нефть и ее цена на мировом рынке заметно выросли, в том числе благодаря распространению двигателей внутреннего сгорания. По данным источника, судовые паровые машины расходовали 0,8-0,9 кг топлива на 1 л.с. в час, а дизели - примерно вчетверо меньше, что существенно увеличивало дальность плавания. Жидкое топливо также освобождало от тяжелого труда десятков кочегаров, которые на кораблях с паровыми машинами вручную забрасывали уголь в топки.

Электрификация требовала быстроходных и экономичных двигателей для генераторов, поскольку паровые машины того времени имели недостаточную частоту вращения и единичную мощность. Неудивительно, что на Всемирной выставке в Париже 1900 года двигатели Дизеля получили Гран-при. Позднее в большой энергетике победили паровые турбины, но там, где мощность агрегата не превышала нескольких сотен лошадиных сил, дизели закрепились.

Критика в Германии

В Германии, располагавшей собственным углем, против идеи более широкого использования жидкого топлива выступали часть промышленников и инженерного сообщества. Критики подчеркивали, что реальные двигатели отличались от описанных в патентах: ни угольная пыль в качестве топлива, ни изотермическое сгорание так и не были воплощены. К нападкам присоединились изобретатели, считавшие свои идеи украденными; по данным источника, Дизелю пришлось выплатить отступное трем немецким инженерам. Тем временем Общество немецких инженеров, по данным источника, в 1904 году наградило медалью Грасгофа «турбинистов» Лаваля и Парсонса, а Дизель этой награды так и не получил.

Дизели на судах, подводных лодках и локомотивах

За рубежом Дизель встретил гораздо более радушный прием. Швейцарская фирма братьев Зульцер разработала двухтактные дизели: они уступали четырехтактным в экономичности, но при одинаковой массе были почти вдвое мощнее и проще реверсировались, что важно для судов. По данным источника, Зульцер одним из первых взялся и за создание тепловоза.

Значительных успехов в применении дизелей на судах добились на заводах Нобеля. После нефтеналивной баржи «Вандал» в 1904 году на Волге появился теплоход-танкер «Сармат» с дизель-электрической установкой системы Дель-Пропосто: на переднем ходу дизель работал непосредственно на винт, а для заднего хода приводил генератор, питавший электродвигатель. По данным источника, теплоход оказался в несколько раз экономичнее парохода такого же водоизмещения. Дизели начали устанавливать на подводных лодках (первой в российском флоте стала «Минога»), канонерских лодках и других судах.

Дизель сам занимался и автомобильными двигателями: по данным источника, в 1908 году был готов экспериментальный мотор для грузовика, но испытания закончились неудачей - стремление максимально уменьшить массу двигателя снизило его надежность. В этой области изобретатель опередил свое время: дизели массово пришли на автомобили лишь после появления компактных топливных насосов в 1920-х годах.

Загадочная гибель

Технический талант Дизеля в конце концов признали и в Германии: он получил почетное звание доктора-инженера. Тем временем Дизель совершенствовал реверсивный судовой дизель, и новинка вызвала интерес в Великобритании. Биографы связывают с этим одну из версий его гибели, однако ни одна из них не доказана.

Вечером 29 сентября 1913 года Рудольф Дизель отправился из Антверпена в Англию на пароходе «Дрезден». Поужинав, он пожелал спутникам спокойной ночи и ушел в каюту, а утром ее нашли пустой. Поиски ничего не дали. Пресса выдвигала разные версии - убийство, несчастный случай, самоубийство, - но истинная причина гибели изобретателя так и осталась неизвестной.