Дизельный двигатель


Ди́зельный дви́гатель[1] (в просторечии — дизель) — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива от воздействия разогретого при сжатии воздуха[2]. Применяется в основном на судах, тепловозах, автобусах и грузовых автомобилях, тракторах и танках, дизельных электростанциях, а к концу XX века получил распространение и на легковых автомобилях. Первый двигатель, работающий по такому принципу, был построен Рудольфом Дизелем в 1893 году.

Спектр видов топлива для дизельных двигателей весьма широк, включая все фракции нефтеперегонки (от керосина до мазута) и ряд продуктов природного происхождения (например, рапсовое и подсолнечное масла), которые также могут использоваться в качестве биодобавок[3][4]. Дизельный двигатель может с определённым успехом работать и на сырой нефти.

В 1824 году Сади Карно формулирует идею цикла Карно, утверждая, что в максимально экономичной тепловой машине нагревать рабочее тело до температуры горения топлива необходимо «изменением объёма», то есть быстрым сжатием. В 1890 году Рудольф Дизель предложил свой способ практической реализации этого принципа. Он получил патент на свой двигатель 23 февраля 1892 года[5] (в США в 1895 году[6]), в 1893 году выпустил брошюру. Ещё несколько вариантов конструкции были им запатентованы позднее[7]. После нескольких неудач первый практически применимый образец, названный дизель-мотором, был построен Дизелем к началу 1897 года, и 28 января того же года он был успешно испытан. Дизель активно занялся продажей лицензий на новый двигатель. Несмотря на высокий КПД и удобство эксплуатации по сравнению с паровой машиной, практическое применение такого двигателя было ограниченным: он был больше и тяжелее паровых машин того времени.

Первые двигатели Дизеля работали на растительных маслах или лёгких нефтепродуктах. Интересно, что первоначально в качестве идеального топлива он предлагал каменноугольную пыль — Германия при больших запасах угля не имела нефти. Однако эксперименты показали невозможность использования угольной пыли в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания, прежде всего из-за высоких абразивных свойств как самой пыли, так и золы, получающейся при сгорании; также возникали большие проблемы с подачей пыли в цилиндры.

Инженер Экройд Стюарт  (англ.) ранее высказывал похожие идеи и в 1886 году построил действующий двигатель (см. полудизель). Он предложил двигатель, в котором воздух втягивался в цилиндр, сжимался, а затем нагнетался (в конце такта сжатия) в ёмкость, в которую впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя ёмкость нагревалась лампой снаружи, и после запуска самостоятельная работа поддерживалась без подвода дополнительного тепла. Экройд Стюарт не рассматривал преимущества работы от высокой степени сжатия, он просто экспериментировал с возможностями исключения из двигателя свечей зажигания, то есть он не обратил внимания на самое большое преимущество — топливную экономичность.


Стационарный одноцилиндровый дизельный двигатель, Германия, Аугсбург, 1906
Работа четырёхтактного дизельного двигателя. Клапаны: слева — впуск воздуха; справа — выхлопные газы.
Принцип работы двухтактного дизельного двигателя
Продувка двухтактного дизельного двигателя: внизу — продувочные окна, выпускной клапан вверху открыт
Крейцкопфный (слева) и тронковый (справа) двигатели. Номером 10 обозначен крейцкопф.
Тепловоз ТЭП60, вдали — агрегаты наддува дизеля 11Д45: два турбокомпрессора, между ними интеркулер, под ним приводной нагнетатель
JCB Dieselmax на выставке в Heritage Motor Centre
Цех судовых дизелей завода «Даймлер-Бенц» в Штутгарте
Дизельный двигатель с турбонаддувом