Жизнь и работа Рудольфа Дизеля
| Германскому инженеру-изобретателю Рудольфу Дизелю (1858—1913 гг.) человечество воздало высокую и довольно редкую а истории техники честь, начав писать его имя. с маленькой буквы и называя так созданный Дизелем поршневой двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. В 1875 г. в небольшом немецком городке Аугсбурге состоялась знаменательная встреча юного Рудольфа Дизеля — тогда еще только наиболее способного ученика выпускного класса технической школы — с директором широкоизвестной в мире Мюнхенской высшей политехнической школы. Восхищенный эрудицией и познаниями юноши профессор поинтересовался, какой области машиностроения предполагает он посвятить себя, слышал ли он что-либо о попытках создать вместо паровой машины более экономичный двигатель внутреннего сгорания и возможно ли это, по его мнению. Оказалось, что Дизель особенно интересуется именно этой проблемой и что ему уже известны последние достижения Николая Отто в этой области, а на вопрос о возможности создания еще более дешевого и экономичного двигателя юноша ответил: «Инженер все может». Этот ответ и стал девизом всей творческой жизни инженера Рудольфа Дизеля. Ко времени начала работы над этой проблемой Рудольфа Дизеля уже были решены многие вопросы, но удовлетворяющий практику высокоэкономичный по удельному расходу и потребляющий дешевые сорта топлива двигатель так еще и не был создан. Через 18 лет после разговора с профессором Мюнхенской высшей политехнической школы 35-летний инженер Рудольф Дизель издает (в 1893 г.) на немецком языке брошюру под названием «Теория и конструкция рационального теплового двигателя для замены паровых машин и известных в настоящее время двигателей внутреннего сгорания». Но еще до выхода брошюры им были поданы заявки с целью запатентовать способ действия и устройство двигателя, выполняющего рабочий процесс в соответствии с его предложениями, теперь более подробно излагаемыми в брошюре. Первый германский патент (№ 67207) Дизеля «Рабочий процесс и способ выполнения одноцилиндрового двигателя» был заявлен 20 февраля 1892 г. Согласно германским законам с этого времени и начинал исчисляться установленный пятнадцатилетний срок действия патента. Второй германский патент (№ 82168), в котором была несколько расширена патентная формула первой заявки, датировался 30 ноября 1893 г. Все изложенные в этих патентах и брошюре предложения Рудольфа Дизеля сводились в основном к тому, чтобы при работе двигателя температура в рабочем цилиндре, необходимая для сжигания топлива (жидкого, газообразного или пылевидного), создавалась не в процессе горения топлива, а еще раньше — в результате адиабатного (без теплообмена с окружающей средой) сжатия в цилиндре до высокого давления заряда чистого воздуха (а не смеси его с топливом, как в двигателе Н. Отто). Сжатие именно чистого воздуха, а не горючей смеси давало возможность предотвратить преждевременные вспышки наиболее легких фракций топлива, что обычно происходило при повышении степени сжатия в уже существовавших тогда типах двигателей и мешало дальнейшему повышению их КПД. Причем наивысшая температура должна была по замыслу Дизеля создаваться также в этом процессе адиабатного сжатия заряда чистого воздуха, а не при сгорании топлива. Топливо же в этот воздух, разогретый до температуры, значительно превышающей температуру самовоспламенения горючего вещества, находящегося в твердом, жидком или газообразном состоянии, должно было подаваться постепенно, малыми дозами с такой закономерностью, чтобы процесс сгорания и расширения газов во время горения почти не отличался от изотермического. По этому поводу в русском патенте (привилегии), выданном Дизелю 9 (22) августа 1897 г. и отличающемся от германских наиболее полным содержанием патентной формулы, он писал, что после завершения адиабатного сжатия воздуха «... горючий материал впускается постепенно начиная с мертвой точки, таким образом, что горение вследствие движения поршня и соответствующего расширения сжатого воздуха ( или газа) не сопровождается заметным возвышением температуры и давления...». А это уже говорило о том, что по существу Дизель намеревался реализовать в своем двигателе цикл очень близкий к теоретическому циклу теплового двигателя Сади Карно, в котором процесс подвода теплоты к рабочему телу должен происходить при постоянной температуре. Рудольф Дизель считал, что максимальное приближение к циклу Карно позволит работать его двигателю без водяного охлаждения. Так, в заявке на русскую привилегию он писал об этом: «Воздух в смеси с продуктами горения расширяется далее уже сам собой, производя механическую работу, причем вся газовая масса вследствие значительного уменьшения давления сильно охлаждается; таким образом, охлаждение является результатом самой работы газов, не требуя искусственного охлаждения цилиндров, которые, напротив, снабжаются изолирующей покрышкой». Что касается конструктивного устройства двигателя, то и здесь Дизель за исходный принял сначала двигатель, близкий к идеальной тепловой машине Карно. Как в брошюре, так и в германских патентах им был описан особый тип компаунд-двигателя, в котором заряд чистого воздуха должен был последовательно сжиматься в двух цилиндрах: сначала в одном — по возможности изотермически, для чего предлагалось впрыскивать в воздух водяную пыль, а затем в другом цилиндре (меньших размеров)—адиабатически до давления около 25 МПа. Такое двуступенчатое сжатие позволяло разогревать воздух до температуры, значительно превышающей температуру самовоспламенения топлива. Затем путем постепенного введения в цилиндр топливо должно было сгореть при почти неизменной температуре. Продукты сгорания в таком двигателе должны были адиабатически расширяться в обоих его цилиндрах как малого диаметра, так и большого. Благодаря этому и надеялся Дизель обойтись без водяного охлаждения и достичь особенно большой экономии топлива. Поскольку полная реализация такого цикла при условии доведения давления сжатия до 25МПа была техничски невозможной, то далее Рудольф Дизель шел на некоторое ограничение своей исходной цели и окончательно предлагал реализовать другой вариант двигателя, который конструктивно существенно отличался от описанного компанунд-двигателя, принятого за идеальную модель, так как предусматривал уже лишь один цилиндр. При этом Дизель отказывался от изотермического сжатия в цилиндре большого диаметра (заметим, что уже только по этой причине предлагаемый Дизелем цикл переставал быть циклом Карно) и сохранял лишь одноступенчатое адиабатное сжатие воздуха, снизив конечное давление сжатия до 5—9 МПа. Вслед за процессом сжатия должен был происходить процесс почти изобарно-изо-термического сгорания постепенно вводимого в цилиндр топлива. Причем Дизель предполагал, что процесс сгорания будет протекать при большем избытке воздуха. Термический КПД цикла, по которому должен был работать такой двигатель, Дизель в своей брошюре оценил величиной близкой к 0,7, что, как увидим далее, не подтвердилось. Уже сразу после выхода в свет брошюры Рудольфа Дизеля в печати стали появляться критические статьи, в которых высказывались различные причины невыполнимости его предложений. В основном они сводились к предсказаниям о том, что КПД такого двигателя будет чрезмерно низким при высоком сжатии воздуха из-за больших затрат работы на сжатие, а большой избыток воздуха при горении вызовет сильное понижение среднего индикаторного давления. Работа трения в таком двигателе должна была, по мнению критиков Дизеля, поглотить всю индикаторную работу. Но, несмотря на это, Дизелю все же удалось заинтересовать своим вариантом двигателя такие крупнейшие в то время машиностроительные предприятия Германии, как заводы Круппа, аугсбургский, нюрнбергский, газомоторную фабрику «Дейтц», а также некоторые иностранные предприятия: фирмы «Братья Зульцер» в Винтертуре «Братья Кареле» в Генте (Бельгия). Заметим попутно, что с одним из Карелсов он отправился впоследствии в свое последнее в жизни путешествие. | |
|
| |
| Просмотров: 851 | |
| Всего комментариев: 0 | |