К оглавлению

Успех дизельного двигателя в России

Выше упоминался очень выгодный для Дизеля контракт с американским пивным миллионером (впрочем, этническим немцем) Альфонсом Бушем. Но у Дизеля был ещё один подобный контракт, который в прессе назывался не иначе как «сделкой века».

14 февраля 1898 года в берлинской гостинице контракт с Дизелем подписал Эммануил Нобель, племянник знаменитого изобретателя динамита Альфреда Нобеля. Эммануил Нобель возглавлял самую крупную нефтяную компанию России «Бранобель». В то время в России производилось более половины мировой добычи нефти. Компания Нобеля добывала 18 процентов нефти внутри империи и контролировала большую часть ее экспорта.

По этому контракту Эммануил Нобель выплатил Дизелю 800000 марок за лицензию, дающую право на производство дизельных двигателей в России.

 

Как нефтепромышленник Эммануил Нобель просто мечтал о нефтяном двигателе, который не только удовлетворял его требованиям к энергетическим установкам для бурения, но и в перспективе сулил увеличение продажи нефти. Подобный двигатель очень был нужен бурно развивающейся промышленности России. На двигатель также рассчитывало правительство Германии, в планы которого входила переориентация на российскую нефть, что уменьшало зависимость Германии от нефтяной империи Рокфеллера.

Эммануил Нобель, знакомый с интересными разработками русских конструкторов, верил, что в России можно производить передовые для того времени машины. Еще в восьмидесятых годах русские конструкторы предложили целый ряд оригинальных технических решений. Конструктор Луцкой создал газовый двигатель. Инженер-механик речного флота Кострович сконструировал легкий бензиновый двигатель. Керосиновый двигатель создали совместно инженеры Яковлев и Казаков. В этом же направлении работал и знаменитый теплотехник Георгий Депп.

В отличие от Нобеля, Дизель не очень верил, что Россия обладает достаточно высоким уровнем развития науки и производства. Дизель считал, что русские не смогут наладить производство его двигателей, и им всё равно придётся покупать готовые двигатели в Европе.

Но визит в России, совершённый Дизелем в 1910-е годы, кардинально изменил его мнение. Российские инженеры смогли сделать то, чего не смог сделать он. Они перевели дизель на сырую нефть.

После приобретения лицензии на право производства в России дизельных двигателей расположенный в Петербурге завод «Людвиг Нобель», принадлежащей семье Нобелей, был переименован в завод «Русский Дизель». Уже в 1898 году завод приступил к производству двигателей, а в январе 1899 года на заводе был выпушен первый одноцилиндровый двигатель мощностью 20 л.с. при 200 об/мин работающий на сырой нефти с расходом 220 г/л.c.

В следующем, 1900 году, завод выпустил уже 7 двигателей, мощностью от 30 до 40 лошадиных сил. Завод быстро рос и к 1912 году 1000 человек, работающих на заводе, выпускали в год не менее 300 двигателей.

 

Еще в 1898 выдающийся русский кораблестроитель К.П. Боклевский впервые выдвинул идею о целесообразности использования двигателей внутреннего сгорания на судах. Именно он ввёл в оборот слово «теплоход», так стали называться суда, в которых в качестве силовой установки использовались дизельные двигатели.

Первым теплоходом в мире была нефтеналивная баржа «Вандал», грузоподъемностью 820 тонн. По существу в виде эксперимента на несамоходную баржу были установлены дизельные двигатели. А в 1904 г. на Волге появился танкер-теплоход «Сармат», на котором была применена так называемая «силовая установка по системе «Дель-Пропосто». При движении вперед дизельные двигатели работал непосредственно на винты, что снижало общие потери, а при движении назад дизельные двигатели вращали электрические генераторы, а отдельные электродвигатели, получающие электроэнергию от генераторов, вращали винты в противоположном направлении. По итогам первой же навигации было выявлено, что для владельцев эксплуатация теплохода оказалась в 5 раз дешевле, по сравнению с пароходом, такого же водоизмещения.

Широкое применение нашли дизельные двигатели на военных судах. Среднее потребление судовых паровых машин топлива для производства одной лошадиной силы в час 0,8 – 0,7 кг, дизельные двигатели потребляли топлива в четыре раза меньше. Кроме этого применение дизельных двигателей исключала потребность в десятках кочегаров, закидывающих простыми лопатами каменный уголь в топки.

Дизельные двигатели также нашли применение в электроснабжении. Да и сегодня все аварийные генераторы или постоянные генераторы небольших населённых пунктов используют только дизельные двигатели.

 

 

Противодействие и патентная борьба

Как уже отмечалось ранее, когда двигатель первоначально не показывал ожидаемых от него технических характеристик, в Германии подняли голову и объёдинились многочисленные противники Дизеля. И хотя причины у разных групп противников Дизеля были разные, многие из них объединились в борьбе.

К первой группе можно отнести промышленников, которые, купив лицензию, не смогли наладить качественное производство двигателей. Не приобрели новые, более точные станки и мерительное оборудование, не смогли закупить или разработать жаропрочные материалы, способные работать при высоких температурах, не провели переобучение персонала с целью повышения квалификации. И для оправдания перед заказчиками, массово возвращающими неработающие двигатели, оказалось проще сослаться на врожденнее дефекты конструкции двигателя.

Ко второй группе, несомненно, можно отнести угольное лобби. Владельцы угледобывающих предприятий Рура рассчитывали, что широкое распространение двигателя, использующего в качестве топлива угольную пыль, приведёт к спросу на их продукцию. А распространение двигателей, работающих на жидком топливе, поднимет спрос на нефть с соответствующим снижением спроса на уголь.

Многочисленные менее удачливые изобретатели, активно поддерживаемые крупными машиностроительными фирмами, стали предъявлять Дизелю патентные претензии, на том основании, что дизель использовал в конструкции двигателя элементы, защищённые патентами, выданными на их имя. Крупные машиностроительные предприятия были заинтересованы в отзыве патента на двигатель, выданного Дизелю, поскольку это открывало широкие возможности выпуска двигателе без выплаты лицензионных отчислений.

А что касается держателей патентов, мог ли использовать Дизель некоторые элементы, защищённые другими патентами? Да, разумеется, мог, при чём сам Дизель мог об этом не знать. Поле широко распространения паровых двигателей, опубликования работы Сади Карно, идея просто висела в воздухе. Создать экономичный и дешёвый источник механической энергии хотели многие. Цель у вех была одна, но изобретатели шли к этой цели разными путями, то есть каждый создавал свою конструкцию и спешил её запатентовать. И в этом нет ничего странного, что некоторые элементы различных конструкций полностью совпадали. Ведь люди в одних условиях шли к одной цели. Кроме того, отдельные элементы конструкций могут полностью совпадать даже у механизмов, относящихся не к тепловым двигателя, а к совсем другим изделиям из других отраслей машиностроения.

Формально кое в чём изобретатели были правы, ведь работающий двигатель Дизеля во многом не соответствовал ни патенту, ни брошюре, описывающей работу двигателя.

Тем более что был один двигатель в значительной степени похожий на двигатель дизеля, это двигатель англичанина Герберта Стюарта.

Дизель во многом винил себя, он считал, что слишком рано он заявил миру о своём двигателе, многие изобретатели воспользовались информацией и пытались запатентовать подобные двигатели. Суды обычно становились на сторону Дизеля, но ему пришлось заплатить, как отступные, 20 тыс. марок трем немецким инженерам: Э. Капитену, Ю. Зонляйну и О. Келлеру.

Поскольку все производители устанавливали на выпускаемые двигатели табличку «Двигатель Дизеля» наиболее буйные члены «инженерной общественности» предлагали впредь назвать двигатель Дизеля – «нефтяной двигатель».

Нападки на Дизеля, что он ничего не изобрёл, а только компилировал то, что было известно и до него, продолжались до смерти Дизеля.

 

Но у Дизеля были и яркие сторонники и среди них самый великий изобретатель мира американец Эдисон. Томас Эдисон сказал, что создание дизельного двигателя одна из величайших вех в истории развития человечества. В этом месте также необходимо вспомнить одно из ярких высказываний Эдисона:«Легко сделать удивительные открытия, но трудность состоит в усовершенствовании их настолько, чтобы они получили практическую ценность».

 

Если идея висит в воздухе, патентные споры становятся обыденным делом. В истории создания двигателя внутреннего сгорания есть три наиболее важных фамилии – Ленуар, Отто и Дизель. И у всех троих были патентные споры, были они у Ленуара, были они у Отто, и Дизеля не обошла стороной эта участь.

 

 

Двигатель Герберта Стюарта

Двигатель Герберта Стюарта  - колоризаторный двигатель
Двигатель Герберта Стюарта

Малый двухтактный колоризаторный судовой двигатель выпуска 1920-х годов

Этот тип двигателя в нашей стране не получил широкого распространения, хотя во многих странах мира этот двигателя в конце 19, начале 20 века был очень распространён. В английском языке этот двигатель называется «Hot Bulb Engine», не знаю точно, но в русскоязычной технической литературе этот двигатель, кажется, называется «колоризаторным». Иногда этот двигатель называли – «полудизель».

Изобрёл этот двигатель англичанин Герберт Стюарт (Herbert Akroyd Stuart). Первый опытный образец был выпущен в 1886 году, а серийное производство началось в 1891 году. Принципы работы этого двигателя действительно мало отличаются от дизельного двигателя. Как и дизельный двигатель, калоризаторный двигатель работает по четырёх тактному циклу Отто. (Тут необходимо заметить, что и калоризаторный двигатель и дизельный двигатель имеют двухтактные модификации.) Отличительной особенностью двигателя является калильная головка. Это камера, установленная на головку блока цилиндров. Перед пуском двигателя калильная головка при помощи постороннего источника тепла (паяльной лампы) нагревалась до красного свечения. Топливо испарялось при соприкосновении с горячими стенками камеры калильной головки и воспламенялось при соприкосновении с горячим воздухом, находящемся в цилиндре двигателя, при выходе из камеры калильной головки.

Калоризаторные двигатели не проскочили в истории как множество экзотических штучных конструкций двигателя внутреннего сгорания. Не смотря на массовое развитие дизельных двигателей в начале 20 века, имея некоторые положительные качества, эти двигатели массово выпускались до 30 – 40-х годов 20 века и широко эксплуатировались до 50 – 60-х годов. Особенно широко они использовались на судах, тракторах и как стационарные для привода сельскохозяйственных машин, то есть там, где не требовались частая остановка и запуск двигателя.

К достоинствам колоризаторных двигателей относились лёгкость производства и, соответственно, высокая ремонтопригодность и их удивительная способность работать на самом низкокачественном (дешёвом) топливе.

К недостаткам можно отнести необходимость перед запуском длительного прогрева от постороннего источника тепла калильной головки, для среднего двигателя это составляло не менее получаса, и низкий коэффициент полезного действия, не выше 12%.

 

Нагрев калильной головки был необходим только для запуска двигателя, но в дальнейшем температура калильной головки поддерживалась за счёт тепла сгоравшего в цилиндре топлива. Степень сжатия в колоризаторном двигателе была всего 1 : 3, в то время как степень сжатия дизельных двигателей от 1 : 15 до 1 : 20. И, что особенно важно, впрыск топлива происходил на такте всасывания, как на двигателях с принудительным зажиганием, а не в конце такта сжатия как в дизельном двигателе.

 

 

Патентные сопоставления с Рудольфом Дизелем

Основными признаками современного дизельного двигателя являются – непосредственный впрыск топлива (без применения сжатого воздуха) и компрессионное зажигание, на оба этих процесса получили патент англичане Герберт Акройд-Стюард и Чарлс Ричард Бинней. Патент № 7146 (Усовершенствование в работе двигателей при помощи взрыва воспламеняемых паров или смеси газа с воздухом) был получен ими в мае 1890 года.

Ещё один патент, (No. 15,994) полученный 8 октября 1890 года, более подробно описывал работу патентуемого двигателя, в этом описании подчёркивалось, что в воздух и топливо подаются в цилиндр раздельно.

Рудольф дизель получил патент на компрессионное зажигание в 1892 году. Стюард получил патент на компрессионное зажигание на два года раньше Дизеля. Единственная идея в патенте Дизеля, которую можно было запатентовать, это увеличение давления сжатия. Давление сжатия калоризаторного двигателя приблизительно равнялось 6 атмосферам, в то время как давление сжатия в дизельном двигателе было равно 34 атмосферам. По причине низкого сжатия колоризаторные двигатели имели низкий термический КПД, приблизительно 12%.

В 1892 году Стюард получил патент на калильную головку с водяным охлаждением, что позволяло поднять степень сжатия. Через некоторое время был построен экспериментальный двигатель, в котором для проведения дальнейших исследований калильную головку заменили простой головкой блока цилиндров. Этот двигатель непрерывно проработал шесть часов, это был первый случай применения чистого компрессионного зажигания. Двигатель Стюарта был создан на пять лет раньше подобного двигателя Рудольфа Дизеля, который был создан в 1897 году.

 

Но, вопреки данным обстоятельствам, изобретателем двигателя с компрессионным зажиганием был признан Рудольф Дизель.

 

 

 

Устремление в будущее

Жизненная деятельность человека оказывает большое воздействие на окружающую среду. По заявлениям экологов особенно вредное воздействие на окружающую среду оказывают автомобили. Все современные автомобили используют двигатель внутреннего сгорания. Конструкторы стремятся создать двигатели, оказывающие минимальное воздействие на окружающую среду. Одна из современных экологических технологий для бензиновых двигателей, это послойное смесеобразование. Но подобную технологию предлагал ещё создатель четырёхтактного бензинового двигателя Отто. Современники отнеслись к этой идеи очень прохладно, если не сказать враждебно, и идея была забыта. Да и технологии того времени не позволяли создать системы для послойного смесеобразования. И только в последнее время, за счёт применения электронных систем управления двигателем, были созданы такие системы с непосредственным впрыском топлива.

Свой прорыв в будущее был и у Дизеля. Он практически создал то, что сейчас называют «биодизель».

 

В 1900 году на выставке в Париже двигатель Дизеля получил золотую медаль. Многие были уверены, что на выставку Дизель сам привёз свой двигатель. На самом деле двигатель выставила фирма Отто и Кº по настоятельной просьбе французского правительства, но вот что было в действительности, двигатель в качестве топлива использовал не нефтяные продукты, а стопроцентное арахисовое масло.

 

Сам Дизель говорил об этом: «…на парижской выставке 1900 года фирмой Отто и Кº по просьбе французского правительства был выставлен маленький дизельный двигатель, работающий на арахисовом масле, при этом двигатель работал так тихо, что только некоторые люди замечали, что двигатель работает. Двигатель был рассчитан на работу только на нефтяном топливе, но без внесения каких-либо изменений в конструкцию двигатель смог работать на растительном масле».

Часто цитируя эту фразу говорящие предполагают, что Дизель предвидел появление биодизеля в будущем. На самом деле двигатель заправили растительным маслом по желанию французского правительства, предполагавшего использовать двигатель в своих африканских колониях и желавшего снизить зависимость от поставок импортного топлива.

Но это не отрицает того, что Дизель был большим сторонником использования биологического топлива, поскольку он был уверен, что его двигатель может работать почти где угодно и почти на любом топливе. В 1911 году Дизель сказал: «Дизельный двигатель, несомненно, может работать на растительном масле, что способствует ускоренному развитию сельского хозяйства в странах, где это применяется».

В 1912 году Дизель добавил: «Применение растительного масла как топлива для двигателя сегодня кажется не очень важной задачей, но всё со временем может измениться, и производство топлива из растительного масла станет таким же важным как его сегодняшнее производство из нефти или каменноугольной смолы… существует возможность получения энергии даже из солнечного тепла, когда запасы твёрдого и жидкого топлива иссякнут».

Наверное, Дизель всё же немного думал о будущем и без подсказки французского правительства.

Заключение

Рудольф Дизель творил в конце 19, начале 20 века, но его можно смело назвать инженером 20 века. В отличие от своих предшественников, включая, и Ленуара, и Отто он шёл к созданию двигателя не по наитию или только за счёт использования экспериментального опыта. Дизель шёл от теории, взяв за основу труды Сади Карно, которые в свою очередь основывались на законах термодинамики, Дизель теоретически доказал возможность создания двигателя внутреннего сгорания с компрессионным зажиганием и с высоким коэффициентом полезного действия. В настоящее время большинство технических задач решается только таким способом.

В этой статье, в основном, я хотел сконцентрироваться технической стороне создания дизельного двигателя. Но, перефразируя Эдисона можно сказать, что любая самая яркая техническая идея имеет смысл, если она воплощена в жизнь. Жизнь Рудольфа Дизеля яркое тому доказательство и наука современным изобретателям. Мало предложить великолепную идею, даже полностью теоретически подготовить изобретение, это только небольшая часть дела. Необходимо понимать людей и мотивы их поступков. Не только искренне верить в свою идею, но и уметь в этом убеждать других. Необходимо уметь находить инвесторов желающих и, главное, имеющих возможность вложить деньги в налаживание производства изобретения. Сейчас, в нашей стране, это, пожалуй, значительно труднее, чем во времена Дизеля. Основной капитал сейчас не производительный, не товарный, а ростовщический, спекулятивный или, в самом лучшем случае, сырьевой.

 

В статье я не касался фактов яркой биографии Рудольфа Дизеля. Начав жизнь в бедной семье мелкого ремесленника, он сказочно разбогател, но не смог удержать свои деньги и разорился. Его странная смерть полна загадок, с предположениями причин – начиная от несчастного случая, самоубийства и до заговора нескольких разведок мира в целях его устранения.

У этого великого человека нет даже могилы.

 

В нескольких статьях я описывал историю создания двигателя внутреннего сгорания. Тема этих статей не касалась истории и фактов создания автомобиля, поскольку я считаю, что именно создание двигателя внутреннего сгорания обеспечило бурное развитее автомобилестроения в 20 веке. Думаю, что пристроить работающий двигатель к конной повозке технически более простая задача, чем создание самого двигателя. Впрочем, это ни сколько не уменьшает значение великих немецких и других инженеров, создавших практический автомобиль. В конечном счете, человечество нуждалось в удобном транспортном средстве, а не в хитроумно сделанном отдельно стоящем двигателе.

Возможно, история автомобиля, которую довольно трудно оторвать от истории двигателя, будет рассмотрена в следующих статьях.

В этих статьях была рассмотрена краткая история создания двух основных тиров поршневого двигателя внутреннего сгорания, на самом деле разнообразных конструкций двигателя было несчётное количество. Даже у меня было двое знакомых, стремившихся запатентовать двигатель внутреннего сгорания собственной конструкции. При чем один из них практически создал свой двигатель, и я его видел работающим на нескольких автомобильных выставках, а второй до сих пор ведёт различные расчёты и чертит различные варианты двигателя собственной конструкции.

В следующих статьях будут рассмотрены устройство самых распространённых двигателей внутреннего сгорания, работающих по циклу Отто и Дизеля.

Е.Н. Жарцов

К оглавлению