Рудольф Дизель

Однако во вторую половину XIX в. вновь выступило техническое противоречие между темпами развития производительных сил капиталистического хозяйства и ограниченностью его энергетического базиса. Это противоречие ко времени, с которого начинается наш рассказ, именно в последнюю четверть XIX столетия, обострилось до крайности. Развитие монополистического капитализма, сопровождавшееся концентрацией производительных сил, требовало реконструкции энергетической базы предшествующей эпохи. Паровая машина, громоздкая и трудно переносимая, соединенная механическим приводом с исполнительным механизмом, ограничивала пространственное размещение промышленности, ограничивала она и масштаб концентрации благодаря незначительной мощности агрегатов.

В то же время ограниченность запасов высокосортного минерального топлива, беспощадно пожираемого паровым двигателем с низким коэффициентом полезного действия, выдвинула в отдельных странах и районах перед техникой капиталистического хозяйства задачу вовлечения в производство новых энергетических источников, в частности — низкосортного топлива, и задачу использования их на новой более совершенной технической основе с более высоким коэффициентом полезного действия.

Техника в XIX в. сделала очень много, казалось даже все, в области конструктивных усовершенствований парового двигателя. Для достижения поставленной задачи изобретательская мысль должна была обратиться в сторону постройки принципиально новых двигателей, именно двигателей внутреннего сгорания, и паровых турбин.

Паровая машина служила для превращения теплоты сжигаемого топлива в работу. Употребительнейшим топливом были нефть и уголь. Уголь был более дешев, чем нефть, но нефть имела свои преимущества, заключавшиеся в удобстве перевозки, хранения и сжигания путем впрыскивания в печь посредством распыливающего аппарата, так называемой форсунки. С точки зрения экономичности использования тепла паровые котлы имели огромное неудобство: их невозможно было нагревать так, чтобы полностью использовать теплоту печи. Изобретателям ничего не оставалось делать, как попытаться перенести самую печь в цилиндр, сжигать топливо в самом рабочем цилиндре, т. е. создать двигатель внутреннего сгорания.

Надо заметить, что попытки этого делались задолго до создания паровой машины, являющейся двигателем внешнего сгорания. Еще в 1673 г. в лаборатории голландского физика Христиана Гюйгенса Дени Папин изобрел машину, в которой поршень поднимался кверху при помощи взрыва порохового заряда, наполнявшего цилиндр горячими газами. По охлаждении этих газов атмосферное давление гнало поршень обратно, и, хотя заряжение происходило с большой возней, так как надо было отнимать дно цилиндра, все же Папин имел дело с прототипом двигателя внутреннего сгорания. По остроумному замечанию машиноведов пушка является, в сущности говоря, также двигателем внутреннего сгорания с той разницей, что при каждом ходе поршень совсем вылетает из цилиндра.

Практического применения машина Папина, разумеется, не имела. Первой попыткой создания работающей машины этого рода является газовый двигатель, изобретенный французским механиком Ленуаром в 1860 г. В нем смесь светильного газа и воздуха, так называемая горючая смесь, засасывалась в цилиндр движением поршня, как вода втягивается в шприц. Когда поршень был на половине своего хода, смесь зажигалась посредством искры и происходил взрыв, который давлением образующихся при этом газов гнал его дальше. Когда поршень доходил до конца, в цилиндре открывался клапан и выпускал сгоревшие газы наружу.

Усовершенствованные позднее двигатели Ленуара все же не нашли себе распространения: коэффициент их полезного действия колебался от трех до пяти процентов, мощность их была незначительна, потребляемое топливо дорого, и никакого преимущества перед паровыми машинами они не имели.

Возможность использования в промышленности газовых двигателей явилась лишь тогда, когда был изменен рабочий процесс в двигателях этого типа, а именно было применено сжатие засосанной в цилиндр горючей смеси перед зажиганием ее. Сжатие рабочей смеси перед зажиганием было предложено французским инженером Бо-де-Роша, но применено оно было впервые в газовом двигателе немецким техником Николаем Отто из Кельна спустя 14 лет. Именно в том же 1878 г., когда Рудольф Дизель сделал свою умную запись на полях тетради, Отто взял патент на четырехтактный газовый двигатель, построенный на принципе сжатия рабочей смеси перед зажиганием. Этот принцип и был положен впоследствии в основу всего моторостроения. С этого момента началось значение двигателей внутреннего сгорания и внедрение их в транспорт и промышленность.

Рабочий процесс, совершавшийся в цилиндре нового двигателя, получил известность как цикл Отто. По этому циклу работают и современные бензиновые моторы, автомобильные и авиационные.

Схема работы двигателя по циклу Отто

Цикл Отто заключается в следующем.