Дизель на угле в локомотиве и автомобиле

С первого взгляда, идея сделать дизель на угле может показаться абсурдом. Да и зачем это надо – в стране нефти полно. Но, во-первых, так было не всегда, а во-вторых – уголь дешевле, чем бензин.


Последний аргумент и сегодня исследуется, например, в США – компанией General Motors, да и не только ей. А в 1920-30 годы, когда уже начали создавать тепловозы, дизельное топливо было «дорогим удовольствием». Но начнем сначала.

Зачем это надо

После окончания Гражданской войны в Росси появились первые, тогда еще с массой недостатков, локомотивы, ездящие на солярке. Дизельный двигатель нравился многим, но, по мнению железнодорожников, имел существенный минус – работал на жидком топливе.


Солярка в то время была в дефиците: даже важные для страны трактора, поднимавшие сельское хозяйство, работали на бензине.


Введение нового типа горючего потребовало бы перестройки всей железнодорожной инфраструктуры, «заточенной» под паровозы. А времени молодой стране не хватало: надо было срочно восстанавливать народное хозяйство и развивать его.

Суть идеи

Она заключалась в превращении твердого топлива в газообразное. Для этого использовался специальный преобразователь-генератор. В нем сжигают уголь (можно и дрова) почти без кислорода, в результате чего образуется угарный газ. Его освобождают от пыли, золы и отправляют в двигатель. Для работы дизелей использовали лучший сорт твердого горючего – антрацит, в составе которого очень мало примесей, воды: количество углерода достигало 95%.

Первые эксперименты

Сначала решили перестроить под использование газогенератор паровоз серии ФД – «Феликс Дзержинский». В тендере для нового агрегата отвели отдельное место. Вырабатываемый генератором газ шел в топку, заменяя уголь. Эксперимент проводился Коломенским заводом в 1939 году. До ума дело не довели, а тут началась война.


В 1943-м к идее вернулись (инициатор – Петр Якобсон): только теперь все стали делать наоборот. Не паровоз приспосабливали к углю, а твердое топливо – к уже выпущенным серийным тепловозам. Газогенератор модернизировали, доведя температуру сгорания угля до 1000°С вместо 700°C. Заслуга Якобсона в том, что он предложил подавать в цилиндры не чистый газ, а его смесь с дизельным топливом в соотношении примерно 4 к 1. Такое техническое решение позволяло не переделывать двигатель. Все что требовалось – установить газогенератор.


После войны на линию стали выходить серийные тепловозы марки ТЭ1 и ТЭ2. Первые относились к маневровым машинам, вторые – магистральным тягачам. Испытания с газогенератором решили провести на ТЭ1. Результаты были очень неплохими: экономия солярки составила 70%.


Успех быстро развили и уже через три года по железным дорогам страны курсировали 16 тепловозов этой серии, двигатели которых работали на угольно-солярочной смеси. Им даже присвоили отдельный индекс ТЭ1Г. От маневровых машин перешли к магистральным. Так появился «модернизированный» локомотив ТЭ2, позже переименованный в ТЭ4. От «собратьев» его можно было отличить по третьей, дополнительной секции. В ней находился газогенератор и уголь.

Конец эры «углетепловозов»

К 1950-м годам локомотивы на «чисто» дизельном топливе становились все популярнее, а солярка – дешевле. У газогенераторов выявилось множество недостатков и главный из них –проникновение пыли в цилиндры даже после очистки. В итоге загрязнялось масло, клапаны ржавели, и двигатель быстро приходил в негодность. Да и неудобно было в плане инфраструктуры заправлять локомотив сразу двумя видами горючего. Эра тепловозов, работающих на угле, подошла к логическому концу. Однако, если вы думаете, что на этом об идее использования твердого топлива в ДВС все забыли, то ошибаетесь!

Уголь для двигателей

Эта мысль будоражила умы конструкторов и позже. В 1970-е годы своеобразным катализатором стал нефтяной кризис, разразившийся в мире. Впрочем, если не считать упомянутого Рудольфа Дизеля, первый практический газовый двигатель, работающий на угле, был изобретен в 1860 году. Создатель агрегата – Жан Этьен Ленуар. Его мотор работал на светильном газе (смесь, вырабатываемая из угля) и даже получил некоторое распространение. Двигатель с КПД 4,95% имел горизонтальное расположение и устанавливался на лодки.


Однако вернемся к автомобилям: в 70-е популярной была мысль как-то «пристроить» газотурбинные силовые агрегаты к легковушкам. К тому же, необходимость использовать альтернативные виды топлива для трансопрта диктовала жизнь. Американцы оказались в зависимости от ближневосточной нефти. А собственной было не так много: по расчетам ученых, она скоро может закончиться. Разведанные запасы угля – колоссальны: 500 млрд тонн, чего хватит на сотни лет.

General Motors

Эта компания, как сейчас говорят, была «в теме». Создали команду под руководством специалиста по ГТД – А. Белла. Когда-то он участвовал в создании культовой модели Chrysler Turbine Car. Уже в 1978 году руководству GM был представлен Cadillac Eldorado, у которого вместо бензинового движка стоял газотурбинный агрегат.


Топили его не кусковым углем, а пудрой. Она состояла из очень мелких частиц, которые получали (пока экспериментальным путем) на специальной мельнице. Исключая топливную систему, все остальные компоненты газотурбинного двигателя, выпускаемого тогда малыми партиями, были серийными. Стандартный холостой ход – 35 тыс. об/мин. Максимум – 65 тысяч оборотов (экстремально – до 90 тыс.). Авто получилось шустрым, но на педаль газа реагировал медленно. Угольный порошок подавался из контейнера по транспортеру.


В 1981 году общественности показали еще одну машину – Oldsmobile Delta 88. Вице-глава GM Х.Керл заявил: в XXI веке в США все машины будут ездить на дешевой угольной пудре. Но потом проект забросили: руководство увлеклось электромобилями и топливными ячейками.

Ford Motor Company

В 2017 году, пресс-секретарь компании, выступая на мероприятии, посвященном техцентру General Motors, сообщил, что «Форд» работает над подобными ДВС с 1990-х. Цель – разработка и постройка «всеядного» мотора, способного поглощать «все, что горит». Если говорить о порошковом угле, то основные проблемы – система питания и тонкость помола. Нужны частицы размером не более трех микрон. Пока пудра получается дороговатой. Достоинство угля не только в его относительной дешевизне – это горючее отдает 95% своей энергии, в то время, как дизтопливо и бензин – только 55%.


Но есть и другая серьезная «заминка» в распространении подобных двигателей. Энергию, вырабатываемую с помощью угля, никак нельзя назвать экологически чистой. Человечество сегодня вовсю старается полностью избавиться от его потребления. И что – опять? Необходимо создать технологию удаления вредных примесей и, в первую очередь, серы, содержащихся в угле. Технически это сегодня возможно. Но сколько тогда будет стоит «новый» вид топлива – большой вопрос…