Воздухоподающая и выпускная система.

Поступающий в цилиндры дизеля воздух необходимо тщательно очищать от пыли. Засоренный пылью воздух вызывает ускоренный износ трущихся деталей цилиндро-поршневой группы и приводит к преждевременному выходу их из строя.

Дизель 1Д12 оборудован двумя комбинированными воздухоочистителями, в которых очистка воздуха производится вначале в инерционных пылеуловителях, а затем в сетчатых фильтрах, заполненных промасленной канителью (латунная проволока диаметром 0,05 мм).

Воздухоочиститель состоит из корпуса, в котором расположены семь пылесбрасывающих конусов с трубами инерционной очистки. Снизу к корпусу примыкает бункер-сборник пыли. В верхней части корпуса воздухоочистителя установлены две кассеты, заполненные канителью, и головка с отверстием для выхода очищенного воздуха из фильтра.

Забор воздуха может осуществляться снаружи кузова или из дизельного помещения. Как правило, воздух должен подводиться к воздухоочистителю по воздухопроводам из боковых отверстий в съемной крыше. При открытой заслонке в боковой стенке корпуса забор воздуха в воздухоочиститель производится из дизельного помещения, что целесообразно делать при запуске дизеля при низкой температуре наружного воздуха, а также при сильной запыленности наружного воздуха.

Выпускная система состоит из двух отдельных глушителей, присоединяющихся патрубками к выпускным коллекторам правого и левого блоков дизеля.

Каждый глушитель состоит из цилиндрического корпуса с перфорированными трубой и перегородкой. Изменение скорости и направления движения выхлопных газов в глушителе способствует выделению в нем несгоревшего топлива и масла, которые отводятся по дренажной трубке 6 наружу.

Сапун сообщает полость картера с атмосферой и препятствует повышению в нем давления газов, проникших туда из камеры сгорания через неплотности поршневых колец.

Работа дизеля.

Полный цикл работы одного цилиндра четырехтактного двигателя внутреннего сгорания состоит из четырех ходов поршня от одной мёртвой точки до другой – четырех тактов.

Итак, рассмотрим четыре такта работы одного цилиндра дизеля.

	1-й такт – ВПУСК Поршень начинает движение вниз от ВМТ. В этот момент распределительный вал кулачком открывает впускной клапан. Опускаясь, поршень засасывает в цилиндр свежий воздух из впускного канала головки блока. При подходе поршня к НМТ кулачек поворачивающегося распределительного вала сходит с клапана, клапан закрывается.
	2-й такт – СЖАТИЕ После НМТ поршень, толкаемый поворачивающимся коленчатым валом, поднимается наверх. Так как клапаны закрыты, то воздуху некуда деваться. Объем сокращается, причем резко, так как коленчатый вал вращается очень быстро. Из физики известно, что при резком сжатии неизменной массы воздуха этот воздух очень сильно нагревается. Незадолго перед приходом в ВМТ через форсунку в этот объем сильно сжатого и очень горячего воздуха впрыскивается порция топлива.
	3-й такт – РАБОЧИЙ ХОД Мелкораспыленное топливо практически мгновенно загорается и в течение короткого времени сгорает. В результате выделяется большое количество тепла, давление газов многократно повышается. Раскаленным газам некуда деться, они давят во все стороны, в том числе и на поршень. Поршень, в свою очередь, передает эту большую силу на шатун, через него и кривошип заставляет вращаться коленчатый вал. Во время рабочего хода от ВМТ до НМТ поршень толкает сила давления раскаленных газов. В других трех тактах, которые являются вспомогательными, поршень толкает через шатун коленчатый вал.
	4-й такт – ВЫПУСК После прохождения НМТ открывается выпускной клапан, давление падает, газы устремляются в выхлопной коллектор. Поднимающийся поршень выгоняет остатки продуктов сгорания из цилиндра. При подходе к ВМТ выпускной клапан закрывается.

Дальше такты повторяются. Из рассмотрения принципа действия видно, что из четырех движений только одно совершает работу, а три остальных выполняются коленчатым валом, вращающимся по инерции. Поэтому поршневой двигатель работает не совсем равномерно, а как бы толчками. Эти толчки сглаживаются при увеличении частоты вращения. Также для увеличения инерции коленчатого вала на одном его конце закреплено массивное стальное колесо – маховик.

У многоцилиндрового двигателя валы сделаны так, чтобы вспышки топлива и рабочие ходы в разных цилиндрах происходили не одновременно все сразу, а равномерно, друг за другом. Для этого кривошипы коленчатого вала повернуты один относительно другого на разные углы с таким расчетом, чтобы при рабочем ходе одного поршня вниз, соседний поршень бы в этот момент шел на сжатие и так далее.

Как работают цилиндры, определяет порядок работы дизеля. У дизеля 1Д12 с двенадцатью цилиндрами вспышки топлива происходят через каждые 30 градусов поворота коленчатого вала.

Цикл работы двухтактного двигателя будет выглядеть иначе.

Топливная система.

Топливная система предназначена для размещения запасов топлива, фильтрации, подогрева и подвода топлива к топливному насосу высокого давления (ТНВД) дизеля. Она включает в себя: топливный бак, фильтр грубой очистки, вспомогательный топливный насос, перепускной клапан, топливоподкачивающий насос, фильтр тонкой очистки и трубопроводы. Схема топливной системы тепловоза ТУ2 приведена на рис. 19.

Рис. 19. Схема топливной системы тепловоза ТУ2.

1 – топливный бак; 2 – заправочная горловина; 3 – верхняя горловина; 4 – топливомерная рейка; 5 – фильтр грубой очистки; 6 – фильтр тонкой очистки; 7 – ТНВД; 8 – топливоподкачивающий насос БНК–12ТК; 9 – масляный бак; 10 – вспомогательный топливный насос; 11 – электродвигатель; 12 – приемное устройство; 13, 14, 17, 19 – трубопроводы; 15 – змеевик; 16 – перепускной клапан; 18 – форсунка.

Топливный бак 1 расположен под средней частью рамы тепловоза и служит для хранения запаса дизельного топлива. Имеет две заправочные горловины, через которые производится заправка топливом, горловину для топливомерной рейки, устройство забора топлива. Внутри бак имеет переборки для упрочнения конструкции и предотвращения колебания топлива при движении тепловоза. Для промывки бака предусмотрены люки, закрываемые пробками. Слой теплоизоляции из войлока толщиной 8—10 мм на боковых стенках и днище бака предохраняет находящееся в нем топливо от сильного охлаждения при низких температурах окружающего воздуха. Емкость бака 700 л. Этого запаса хватает в условиях МОЖД в среднем на 90 часов работы локомотива.

Заправка тепловоза производится путем заливки топлива в бак 1 через одну из двух заправочных горловин 2, выходящих на боковые стенки кузова. Заливать можно только совершенно чистое отстоявшееся дизельное топливо. Попадание воды недопустимо, так как это неминуемо приведет к порче плунжеров ТНВД. После заправки следует сразу же закрыть крышку заправочной горловины. Верхняя горловина 3 топливного бака доступна из машинного отделения тепловоза, для доступа к ней надо поднять третий щит пола левого прохода возле дизеля. В верхнюю горловину бака входят трубопроводы топливной системы, а также там помещается топливомерная рейка 4. Эта рейка – стальная полоса, вертикально расположенная в баке, с делениями по 50 литров. При неподвижном тепловозе и неработающем дизеле помощник машиниста в начале и конце смены, вытаскивая рейку, определяет количество оставшегося топлива в баке.

Вспомогательный топливный насос 10 имеет привод от электродвигателя 11, поэтому может работать при неработающем дизеле, включается на пульте машиниста выключателем "Топливный насос 1-го тепловоза". Вспомогательный топливный насос служит для подачи топлива к топливоподкачивающему насосу во время работы дизеля, а также для заполнения топливной системы перед его пуском. Насос (рис.20) состоит из корпуса 1, крышки 5, ведущей шестерни 7, малой шестерни 3, сидящей на валике 6, и уплотнительного устройства, состоящего из гофрированной трубки 12, втулок 10 и 13, опорной втулки 8, пружины II и накидной гайки 9. Работа вспомогательного топливного насоса происходит следующим образом: при вращении ведущей шестерни 7 по часовой стрелке малая шестерня 3 вращается также по часовой стрелке. При этом топливо, заполняющее впадины между зубьями из полости всасывания (правой по чертежу), перегоняется в полость нагнетания (левую по чертежу). В полости нагнетания зубья ведущей и малой шестерни входят в зацепление и выдавливают из впадин топливо, которое по штуцеру 2 поступает в нагнетательный трубопровод.

Рис. 20. Схема топливной системы тепловоза ТУ2.

1 – корпус; 2, 4 – штуцеры; 3 – звёздочка; 5 – крышка корпуса с сегментом; 6 – валик; 7 – ведущая шестерня (с внутренними зубьями); 8 – опорная втулка; 9 – накидная гайка; 10 – втулка; 11 – пружина; 12 – гофрированная трубка; 13 – упорно-уплотнительная втулка, 14 – серповидный выступ крышки.

Топливоподкачивающий насос 8 типа БНК–12ТК расположен на дизеле, приводится в действие от механизма передач и предназначен для подачи топлива через фильтр тонкой очистки к ТНВД с давлением 0,6 – 0,8 кг/см2.

Рис. 21. Топливоподкачивающий насос БНК-12ТК. а) – схема насоса; б) – действие насоса при неработающем дизеле; в) – действие насоса при работающем дизеле; 1 – корпус; 2 – стакан; 3 –лопасть; 4 – ротор; 5 – стержень; 6 –полый стержень; 7, 8 – двойной клапан; 9 –мембрана; 10 –крышка; 11 – пружина; 12 –шайба.

В корпусе 1 (рис. 20) установлен стакан 2 с эксцентричной расточкой. Внутри стакана, соосно с его наружной поверхностью, вращается ротор 4, у которого в четырех пазах находятся лопасти 3. Положение лопастей в пазах ротора ограничивается поверхностью эксцентричной расточки стакана 2 и стержнем 5.

При вращении ротора 4, расположенного эксцентрично в расточке стакана 2, лопасти 3 имеют постоянный контакт наружными гранями с поверхностью расточки стакана 2. При этом объемы между смежными лопастями непрерывно изменяются. При вращении ротора против часовой стрелки они увеличиваются в правой части насоса, создавая во всасывающей полости насоса разрежение (топливо засасывается в насос), и сокращаются в левой части насоса, создавая в ней давление (топливо вытесняется из насоса). При небольшом сопротивлении в нагнетательном трубопроводе перепускной клапан 8, прижатый пружиной 6 к своему седлу, разобщает полость нагнетания от полости всасывания и топливо из этой полости полностью поступает в нагнетательный трубопровод. При увеличении сопротивления в нагнетательном трубопроводе давление на клапан 8 преодолевает сопротивление пружины 6, клапан открывается и часть топлива перепускается во всасывающую полость. Пружина 6 с помощью регулировочного болта затягивается с таким расчетом, чтобы давление после топливного фильтра тонкой очистки было в пределах 0,6—0,8 кГ/см2.

Однако при неподвижном дизеле этот насос не работает, поэтому, если после длительного отстоя или ремонта фильтр тонкой очистки и полости ТНВД пустые, то при попытке запуска дизель не запустится. Чтобы избежать этого, в машинном отделении под масляным баком 9 установлен вспомогательный топливный насос.

Фильтр грубой очистки 5 (рис. 21), установленный перед вспомогательным топливным насосом на всасывающем трубопроводе. Служит для очистки топлива от грязи и крупных механических примесей. Гофрированная цилиндрическая поверхность фильтрующего стакана покрыта в два слоя металлической сеткой с размером ячейки 0,8 мм и 0,08 мм. Стакан установлен внутри корпуса. Корпус закрывается крышкой. При работе дизеля топливо постоянно циркулирует по системе, проходит через ячейки сетки и очищается. Промывка его производится при каждом профилактическом осмотре тепловоза.

Фильтр тонкой очистки 6 установлен перед ТНВД 7 и предназначен для очистки топлива от мельчайших механических примесей. Этот фильтр пропускает не весь поток топлива, а только то, которое подается к ТНВД. Устройство аналогично фильтру грубой очистки. Топливный фильтр тонкой очистки (рис. 46) служит для окончательной очистки топлива, поступающего к топливному насосу, от механических примесей. В корпусе 1, закрытом сверху крышкой 8, помещается фильтрующий элемент 2, состоящий из сетчатого стакана 4 с шелковым чехлом 3 и фильтрующего пакета, набранного из чередующихся толстых и тонких войлочных пластин. Тонкие пластины изготовлены из более плотного войлока. Фильтрующий пакет зажат между крышкой и буртаком металлического стакана при помощи стяжной шпильки II и пружины 14, опирающейся на дно корпуса.

Между стенками корпуса и наружной поверхностью фильтрующего элемента образуется полость, в которую поступает топливо через входное отверстие в крышке 8. Отсюда топливо через войлочные пластины и шелковый чехол проникает внутрь сетчатого стакана 4 и затем через выходное отверстие в крышке направляется к топливному насосу.

Перепускной клапан (рис. 23) установлен перед топливоподкачивающим насосом. Предназначен для слива в топливный бак избытка топлива. Он состоит из корпуса, шарового клапана, пружины и регулировочного винта. Затяжка пружины клапана устанавливается такой, чтобы во время работы вспомогательного топливного насоса давление топлива перед топливоподкачивающим насосом не превышало 2,2 кГ/см2.

Топливопроводы дизеля должны иметь герметичные соединения между собой и в местах присоединения к корпусам топливной аппаратуры и фильтрам. Внутренние поверхности трубопроводов должны быть чистыми и устойчивыми против коррозии, а наружные поверхности соединительных элементов оцинкованы. Топливопроводы следует надежно укреплять для предохранения их от вибрации во время работы тепловоза. Сплющенные трубопроводы, поврежденные штуцера и накидные гайки должны заменяться.

Циркуляция топлива происходит следующим образом. Электродвигатель 11

(рис. 19) вращает вспомогательный топливный насос 10, который всасывает топливо из бака 1 через приемное устройство 12, трубопровод 13, фильтр грубой очистки 5, трубопровод 14. Далее этот насос нагнетает топливо в змеевик 15, проходящий внутри масляного бака 9, после него топливо поступает через перепускной клапан к топливоподкачивающему насосу дизеля БНК–12ТК. Излишки топлива через перепускной клапан 16 по трубопроводу 17 направляются обратно в бак 1. За счет этого происходит постоянная циркуляция топлива по фильтру грубой очистки и змеевику. При работе дизеля масло в масляном баке имеет высокую температуру, тем самым через змеевик осуществляется необходимый подогрев топлива.

Насос БНК–12ТК гонит топливо через фильтр тонкой очистки 6 к полостям ТНВД 7, откуда порциями под высоким давлением топливо распределяется по форсункам 18 и впрыскивается в цилиндры дизеля для сжигания. Небольшое количество топлива, успевшее просочиться во время подачи под большим давлением через зазоры в форсунках отводиться обратно в топливный бак по системе обратных трубок (обраток) и трубопроводу 19.

Для прогрева дизеля и тепловоза в зимнее время перед пуском служит котел-подогреватель, который тоже работает на дизельном топливе. Но так как тепловозы ТУ2 на МОЖД в зимнее время не эксплуатируются, то это оборудование на них отсутствует и на схеме не указано.