Лев Гумилевский – История локомотива (страница 22)
Этот слушатель был Рудольф Дизель.
С тех пор в продолжение четырнадцати лет этот сын бедного немецкого ремесленника, родившийся в Париже и возвратившийся в Германию двенадцатилетним мальчиком, непрестанно размышлял над способами осуществления идей Карно. За эти годы юноша превратился в инженера-практика и теоретика-ученого. В 1892 году Дизель взял патент на изобретенный им двигатель, а через год опубликовал брошюру, в которой излагал теорию своего двигателя, названного им «дизельмотором», и одновременно предлагал его конструкцию.
Работа молодого ученого была озаглавлена так: «Теория и конструкция рационального теплового двигателя, призванного заменить паровую машину и другие существующие в настоящее время двигатели».
Дизель был представителем нового поколения изобретателей, изобретателей двадцатого века, хотя деятельность его проходила в самом конце девятнадцатого. Изобретатели предшествующих поколений шли к осуществлению своих, не всегда даже ясных им идей, ощупью, исходя из опыта и случайных наблюдений, не имея зачастую никакого теоретического багажа. Таковы были и Тревитик, и Стефенсон, таков был даже Уатт, которому приходилось самому разрабатывать теоретические основания для практических осуществляемых идей. Дизель же, как и все представители нового поколения изобретателей, наоборот, вооруженный солидными теоретическими познаниями, пошел к разрешению заданной техникой задачи, исходя из требований теории.
Современники не очень доверяли Дизелю и, только пройдя через ряд огорчений и неудач, ему удалось найти предпринимателей, согласившихся предоставить средства и мастерские для постройки его двигателя. Понадобилось однако ещё пять лет упорной, настойчивой практической работы, чтобы воплотить требования теории в жизнь. В суровой борьбе с людьми, природой, несовершенством технических средств Дизель вынужден был пойти на ряд отступлений от своего первоначального проекта, но в конце концов, именно в 1897 году, он все-таки смог предъявить миру свой двадцатисильный двигатель, коэфициент полезного действия которого равнялся 34 процентам и втрое превышал коэфициент полезного действия паровых машин того времени.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Это был двигатель внутреннего сгорания, то есть двигатель, у которого сгорание топлива происходит внутри рабочего цилиндра, в отличие от паровой машины, являющейся двигателем внешнего сгорания. У паровой машины топливо сгорает в топке парового котла, а в цилиндре работает водяной пар, подводимый из котла, в то время как в двигателе внутреннего сгорания рабочим телом являются газы, образующиеся в цилиндре от сгорания топлива.
Надо заметить, что попытки создания двигателя внутреннего сгорания делались еще задолго до появления паровой машины. В сущности, обыкновенная пушка представляет собой также двигатель внутреннего сгорания с той только разницей, что здесь поршень вовсе вылетает из цилиндра.
Попытки создать двигатель внутреннего сгорания усилились после того, как в 1799 году французский инженер Филипп Лебон открыл способ получать из разных твердых топлив светильный газ. Однако первым нашел себе практическое применение газовый двигатель французского самоучки — рабочего Жана Ленуара, взявшего свой патент в 1860 году.
Потребность в небольшом, удобном для мелкой промышленности двигателе, не нуждающемся в громоздком паровом котле, была настолько велика, что даже маломощный и далеко не экономичный двигатель Ленуара имел большой успех. На новый двигатель возлагались такие надежды, ему сулили такие блестящие перспективы, что немецкий купец Николай Отто, забросив свои торговые дела, взялся за изучение вопроса и без всякой научной подготовки начал производить опыты с придуманным им атмосферным газовым двигателем. В процессе этих опытов ему случилось сделать чрезвычайно важное открытие. Он нашел, что работоспособность двигателя увеличивается, если смесь газа и воздуха перед зажиганием подвергнуть предварительному сжатию в том же цилиндре и тем же поршнем.
Впоследствии, продолжая свои занятия уже на созданном им совместно с инженером Лангеном большом предприятии «Отто-Дейтц» близ Кельна, строившем атмосферные газовые машины, Отто воспользовался своим открытием и создал первый в мире четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, топливом которому служил газ. Это было в 1876 году.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Четырехтактный цикл Отто, лежащий в основе современного моторостроения, заключается в том, что приведенный в движение посторонней силой двигатель внутреннего сгорания при первом ходе поршня, делаемом за счет инерции махового колеса, втягивает в цилиндр в нужной пропорции смесь газа и воздуха, а при втором ходе, также да счет инерции маховика, сжимает ее поршнем в запертом цилиндре примерно до одной пятой первоначального объема. При третьем ходе или такте смесь зажигается электрической искрой, взрывается, и образующиеся продукты сгорания толкают с силою поршень. Этот третий, рабочий ход поршня и приводит в движение вал двигателя через шатунно-кривошипную передачу. Четвертым ходом поршня из цилиндра выталкиваются отработавшие продукты сгорания, и цикл повторяется снова за счет инерции махового колеса.
Двигатели Отто, имевшие значительно более высокий коэфициент полезного действия, чем паровые машины и двигатели Ленуара, начали широко распространяться в разных областях промышленности. Уже год спустя после их появления в Германии были выданы два патента на локомотивы с газовыми двигателями.
В те времена изобретатели усиленно изыскивали способы замены паровозов иными видами локомотивов, и появление нового двигателя было как нельзя более кстати. Однако еще до постройки этих запатентованных тепловозов возникла мысль перенести двигатель в самый вагон, вместо прицепки к нему локомотива, и многие изобретатели работали над осуществлением этой идеи.
В 1892 году немецкий инженер Люриг построил такой вагон с газовым двигателем. В следующем году он курсировал, в качестве опытного, на Дрезденской городской железной дороге, возбудив всеобщее внимание.
Это и был первый осуществленный тепловоз. В вагоне помещалось несколько резервуаров с газом, сжатым до шести атмосфер. Специально сконструированные на заводе «Отто-Дейтц» газовые двигатели располагались под сиденьями в середине вагона. Валы их связывались с осями посредством цепей Галля. На крыше вагона находился резервуар с водой для охлаждения цилиндра двигателя.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Опытный вагон работал настолько удовлетворительно, что на газовые железные дороги возлагались большие надежды. В 1894 году в Германии была построена первая железная дорога с газоходами в Дессау. Она довольно долго работала, имея две станции для сжатия газа. Газ к станции подводился с городского газового завода. Линия имела четыре с половиной километра протяжения и обслуживалась десятью вагонами-газоходами системы Люрига.
Зависимость от газового завода и дороговизна топлива не могли содействовать распространению двигателей Отто. Уже на заводе Отто главный инженер предприятия Готлиб Даймлер, оказавший вообще много услуг в создании газового двигателя, пробовал заменять светильный газ парами бензина и керосина. Этот талантливый конструктор, в конце концов, бросил работу у Отто и организовал в Капштадте мастерские, чтобы самостоятельно заняться конструкцией двигателя, работающего на бензине.
В 1883 году Даймлеру удалось построить быстроходный двигатель, работавший по циклу Отто, но не на газе, а на бензине. Он сконструировал особый аппарат, получивший потом название карбюратора, в котором получал смесь воздуха и паров бензина. Эта смесь, поступавшая затем в цилиндр двигателя, и заменила светильный газ; освободив таким образом двигатель Отто от необходимости быть связанным с газовым заводом, Даймлер прежде всего поставил свой двигатель на обыкновенный извозчичий экипаж и построил первый автомобиль, пятидесятилетие которого было недавно отмечено.
Даймлер, отлично ориентировавшийся в запросах современного хозяйства был также одним из первых, стремившихся применить новый двигатель и для железнодорожной тяги. Он построил локомотив с бензиновым двигателем для узкоколейных заводских подъездных путей, а затем и вагон для пассажиров. Этот пробный вагон в 1885-86 годах курсировал в Вюртемберге на Кирхгеймской железной дороге.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Найдя себе широчайшее применение в автотранспорте, бензиновые двигатели, как и газовые, не привились в качестве двигателей тепловозных, главным образом вследствие их небольшой мощности, недостаточной экономичности и дороговизны топлива.
Задачу создания экономичного, удобного и простого двигателя, могущего заменить с успехом паровую машину с ее громоздким паровым котлом и низким коэфициентом полезного действия, разрешил Рудольф Дизель. Дизельмотор не нуждался ни в котле, ни в газогенераторе, ни в карбюраторе. Он обходился без кочегаров. Топливо вводилось прямо в цилиндр. Двигатель работал по новому циклу Дизеля. При первом такте он засасывал чистый воздух, который при втором такте сжимался до 40 атмосфер, при этом воздух раскалялся до такой высокой температуры, что вводимое при третьем такте в цилиндр топливо вспыхивало само по себе, и двигателю не нужны были приборы для зажигания. Вместе с тем дизельмотор мог работать на любом топливе и прежде всего на нефти.