Двигатели внутреннего сгорания, дизельные двигатели внутреннего сгорания, газотурбинные установки.

Двигатели внутреннею сгорания. Важнейшим недостатком паросиловых установок внешнего сгорания является необходи­мость передачи теплоты от первичного теплоносителя (дымовых газов) рабочему телу (водяному пару), значительно усложняю­щая энергетическую установку.

Был необходим двигатель принципиально нового типа: без котла, с небольшим временем пуска, обеспечивающим опера­тивность работы.

Первыми более или менее работоспособными д.в.с. считают­ся двигатели, работавшие на светильном газе, которые создал Жан-Этьен Ленуар во Франции. Он получил патент в 1860 г.

Хотя двигатели Ленуара, естественно, как всякая новинка, были не очень надежны, но именно Ленуару принадлежит заслуга распространения газовых двигателей внутреннего сгора­ния, как стационарных тепловых двигателей, не требующих гро­моздкой котельной установки, и привлечения к д.в.с. внимания специалистов в разных странах.

Этим двигателем - заинтересовался, можно сказать, увлекся мо­лодой немецкий изобретатель-самоучка, продавец бакалейной лавки из Кельна Николаус Аугуст Отто (1832-1891).

Но еще ранее первых успехов Отто, в 1862 г. француз Аль­фонс Бо  де Роша получил патент, в котором разработал четырехтактный цикл для осуществления процесса, предложенного Карно:

—  первый такт — впуск горючей смеси в цилиндр:

—  второй такт — сжатие горючей смеси, в течение которого растут температура и давление смеси в цилиндре;

—  третий такт — рабочий ход вследствие горения топлива, вызванного искрой в конце такта сжатия, и расширения продук­тов сгорания, которые своим давлением перемещают поршень, совершающий полезную работу;

— четвертый такт — выпуск отработанных газов в атмосферу.

В 1876 г. Н. Отто построил действующий образец четырехтактного двигателя, также работающего на газе. Следующий шаг сделал Г. Даймлер. Расставшись с Отто, он продолжил работу над моторами самостоятельно и в 1883 г. построил четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, в котором использовалось более компактное жидкое топливо - бензин.

Дизельные двигатели внутреннего сгорания. В конце 1897 г. немецкий инженер Рудольф Дизель, живший и работавший во Франции, создал двигатель внутреннего сгорания, в котором тяжелое жидкое топливо самовоспламенялось в цилиндре от высокой температуры сжатого в нем воздуха. Такие двигатели вскоре стали называть и называют и сейчас по имени их созда­теля — дизельными или просто дизелями. Одно это уже показы­вает выдающееся значение изобретения Р. Дизеля для промыш­ленного развития человечества.

Р. Дизель создал так называемый компрессорный тип двига­теля с самовоспламенением топлива (компрессорный дизель), в котором подача топлива в цилиндр через форсунку осуществля­лась при помощи сжатого воздуха, давление которого должно быть значительно больше давления в цилиндре в конце сжатия. Следовательно, для работы такого двигателя в составе энерге­тической установки требовался отдельный агрегат — компрес­сор, — который должен был обеспечивать сжатие воздуха для этих целей. Принцип подачи топлива, собственно, и был глав­ным элементом в изобретении Дизеля.

В 1896 г. российский специалист Г.В Тринклер, работавший в Нижнем Новгороде, построил бескомпрессорный двигатель внутреннего сгорания высокого сжатия, в котором при механи­ческой (непосредственной) подаче топлива обеспечивался цикл его двухэтапного (смешанного) горения, частично при постоян­ном объеме, как в цикле Отто, и частично при постоянном объе­ме, как в цикле Дизеля. Тринклер, сделав заявку в 1899 г. полу­чил патент только в 1904 г. По этому «смешанному» циклу (циклу Тринклера) и работают все современные беек ом п рессор­ные дизельные двигатели.

Р. Дизель с помощью немецких промышленников (Крупна и пр.) организовал производство двигателей по своему патент) сна­чала в Германии, во Франции, затем и других странах. В России патентные нрава у Дизеля приобрел известный нефтепромышлен­ник Э.Л. Нобель, который па своем машиностроительном заводе и Петербурге (впоследствии «Русский Дизель») организовал про­изводство мощных дизельных двигателей, работающих на сырой нефти (первый из них был построен уже в 1899 г.)

Развитие отечественного дизелестроения сопровождалось разработкой вопросов теории рабочего процесса и конструкции двигателей. Уже в 1906 г. В. И. Гриневецкий предложил метод теплового расчета рабочего цикла, положенный в основу современной теории процессов поршневых двигателей внутреннего сгорания, развитой в дальнейшем Н. Р. Боилингом, Е. К. Мазингом, Б.С. Стечкиным, А. С. Орлиным, Н.М. Глаголевым, М.Г. Кругловым и др.

В 1911 г. начинается глубокая теоретическая разработка вопросов тепловозостроения В. И. Гриневецким и А. Н. Шелестом. Однако практического применения в царской России тепловозы не нашли.

Тепловоз системы Гаккеля был первым в мире тепловозом с электрической передачей и вообще первым магистральным тепловозом пригодным для эксплуатации. Дальнейшая постройка тепловозов производилась Коломенским заводом, разработавшим и строившим до 1941 г. в кооперации с Харьковским электромеханическим заводом и заводом “Динамо “(Москва) серийные тепловозы Э-ЭЛ типа 2-5-1.

В нашей стране проводятся также работы по созданию газотурбовозов. Еще в 1897 г. русский инженер П. Д. Кузьминский предложил и построил оригинальную конструкцию газотурбинной установки с первой практически осуществленной газовой турбиной. Однако газотурбинные установки (ГТУ) получили распространение только в последнее время, после того как были созданы высокоэкономичные осевые компрессоры и жаропрочные стали.

В 50-х годах в ряде стран, в том числе в СССР и США, были сделаны достаточно успешные попытки создания локомотивов с г.т.д. — газотурбовозов. Целью их разработки было стремле­ние создать автономные локомотивы большой единичной (секци­онной) мощности, так как в то время мощность существовавших тепловозных дизелей не превышала 1200 - 1500 кВт. Были постро­ены вполне работоспособные локомотивы, главным недостатком которых оказалась их невысокая (по сравнению с тепловозами), эффективность, к.п.д. построенных газотурбовозов не превышал 16-18%.