1.2. Схема и рабочий процесс четырехтактного тепловозного дизеля с наддувом
На рис. 1.2 приведена схема дизеля, изображенного в горизонтальном положении, что удобно для пояснения его рабочего процесса по индикаторной диаграмме. Индикаторная диаграмма представлена в координатах: давление р, Па; объем цилиндра V, м3. Она показывает, как меняется давление в цилиндре дизеля в течение четырех ходов поршня (четырех тактов).
Рис. 1.2. Схема четырехтактного тепловозного дизеля: 1 – дизель; 2 – индикаторная диаграмма; 3 – турбокомпрессор; 4 – блок цилиндров; 5 – крышка цилиндра; 6 – картер; 7 – впускной клапан; 8 – выпускной клапан; 9 – форсунка; 10 – поршень; 11 – уплотнительные кольца; 12 – маслосъемные кольца; 13 – шатун; 14 – поршневой палец; 15 – нижняя разъемная головка шатуна; 16 – шейка кривошипа; 17 – кривошип (колено); 18 – выпускной коллектор; 19 – сопловый аппарат турбины; 20 – рабочие лопатки турбины; 21 – колесо турбины; 22 – вал турбокомпрессора; 23 – рабочее колесо центробежного компрессора; 24 – впускной коллектор
Рабочий процесс дизеля складывается из следующего. При первом ходе поршня из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ) открывается впускной клапан и происходит процесс наполнения цилиндра сжатым воздухом. На диаграмме этот процесс показан линией 0–1.
Обратный ход поршня из НМТ в ВМТ на диаграмме соответствует процессу 1––2–ВМТ, где 1–2 – сжатие воздуха в цилиндре при закрытых клапанах; – момент начала впрыска топлива форсункой (конец впрыска в точке 4); 2 – момент самовоспламенения топлива при контакте с горячим от сжатия воздухом; 2–ВМТ – процесс сгорания части топлива.
Третий ход поршня (ВМТ → НМТ) соответствует процессам диаграммы ВМТ–3–4–5–6, где ВМТ–3 – продолжение сгорания топлива; 3–4 – догорание топлива, продолжающего поступать из форсунки; 4–5 – расширение продуктов сгорания топлива; 5 – момент открытия выпускного клапана; 5–6 – выхлоп (газы вытекают из цилиндра в выпускной коллектор 18 под своим давлением).
Четвертым ходом поршень вытесняет из цилиндра газы (процесс 6–0), оставшиеся после выхлопа. На этом один рабочий цикл в цилиндре дизеля заканчивается. Вал совершает два оборота.
Начало впрыска топлива (точка ) регулируется так, чтобы максимальное давление рz застигало поршень вблизи ВМТ, но не раньше, а несколько позже ВМТ.
Турбокомпрессор обеспечивает цилиндры дизеля сжатым воздухом. Выхлопные газы с давлением выше атмосферного из коллектора 18 поступают в сопловый аппарат 19 газовой турбины. Лопатки соплового аппарата образуют суживающиеся каналы. Проходя по таким каналам, струи газа ускоряются и падают на рабочие лопатки 20 колеса 21 газовой турбины. Под напором газа колесо 21 быстро вращается, передавая вращение колесу 23 центробежного компрессора через вал 22. Компрессор всасывает атмосферный воздух, сжимает его и нагнетает во впускной коллектор 24 дизеля. Наполнение цилиндров сжатым воздухом увеличивает количество кислорода, что позволяет впрыскивать в цилиндры больше топлива, повышая температуру газов, давление на поршни и мощность дизеля. Дизель мог бы работать и без турбокомпрессора (без наддува), всасывая в цилиндры атмосферный воздух, но его мощность была бы процентов на тридцать меньше из-за меньшей подачи топлива, обусловленной меньшим количеством в цилиндрах кислорода.
Четырехтактный рядный шестицилиндровый дизель типа Д50 установлен на маневровых тепловозах ТЭМ2. На тепловозах ТЭ10В устанавливают шестнадцатицилиндровый V-образный четырехтактный дизель типа Д49. Он же установлен на пассажирском тепловозе ТЭП70.