Тепловозный дизель 10ДН20, 7/25,4: 1 — турбокомпрессор; 2 — блок дизеля; 3 — верхний коленчатый вал; 4 — вертикальная передача; 5 — воздуходувка; 6 — тяговый генератор; 7 — нижний коленчатый вал; 8 — поршень; 9 — антивибратор.
Дизель тепловоза — двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, установленный на тепловозе. Предназначен для преобразования теплоты сгорания топлива в механическая работу, передаваемую на колёсные пары экипажной части обычно с помощью электрической передачи тепловоза, реже — гидравлической передачи тепловоза. Двигатель назван по имени немецкого инженера Р. Дизеля (R. Diesel), построившего в 1897 первый двигатель с воспламенением впрыснутого в цилиндр тяжёлого топлива от сжатия воздуха. Первый в России дизель выпущен заводом «Русский дизель» в 1899. Выпуск дизелей тепловоза для отечеств, локомотивов начат в 1932 на Коломенском машиностроительном заводе, а с 1946 — на Харьковском заводе транспортного машиностроения, где созданы отечеств, дизели 6ЧН31.8/33 мощностью 882 кВт с газотурбинным наддувом и охлаждением воздуха после компрессора (по стандарту первая цифра в марке дизеля обозначает число цилиндров; буквы
Ч или Д — число тактов: четыре или два; буква Н — наддув; последующие два числа, разделённых косой чертой,— диаметр цилиндра и ход поршня в см). Дизели, выпускаемые производств, объединением «Пенздизельмаш», используются на современные маневровых тепловозах ТЭМ2.
В 50-е гт. начато производство дизелей 10Д20,7/25,4 мощностью 1470 кВт, форсированных затем до мощности 2210 кВт путём турбонаддува с охлаждением воздуха после компрессора. Эти дизели являются основными для магистральных тепловозов (см. рис.). Дизели тепловозов выпускаются также на Коломенском тепловозостроительном заводе (семейства ЧН26/26 и ДН23/30). Крупным производителем дизелей в Зап. Европе являлась Чехословакия (ЧН31/36). Среди др. зарубежных стран наибольшее развитие тепловозное дизелестроение получило в США на фирме «Дженерал Моторе» (General Motors) — ДН23/25,4. Выпускаются дизели тепловозов также во Франции фирмой «Пильстик» (Pielstick) — ЧН28/29, в Германии фирмой «МТУ» (MTU) — ЧН23/23.
Дизели классифицируются по числу ходов поршня (тактов), необходимому для осуществления рабочего цикла, на 1 и 2-тактные, по конструктивному исполнению — на однорядные вертикальные с расположением цилиндров в один ряд, двухрядные с расположением рядов под определенные углом (V-образные), с поршнями, движущимися в противоположные стороны, и двумя коленчатыми валами.
Общее направление развития современные дизели тепловозов— повышение удельной (на 1 л рабочего объёма цилиндра) мощности, топливной экономичности и надёжности. Удельная мощность характеризуется ср. эффективным давлением: у 4-тактных дизелей — до 2 МПа, у 2-тактных — до
(обычно 0,6—0,9) МПа. Эти показатели достигаются благодаря применению газотурбинного наддува и охлаждения воздуха после компрессора. На дизели тепловозов с высоким ср. эффективным давлением кроме турбокомпрессора, осуществляющего газотурбинный наддув, для утилизации энергии отработавших газов используют силовые газовые турбины, мощность которых через редуктор передаётся на коленчатый вал двигателя. Давление наддува достигает 0,3 МПа, температурa наддувочного воздуха превышает температуру атм. воздуха до 30 °С. Воздушно-топливное отношение (коэф. избытка воздуха) равно 1,9—2,1. Уд. эффективный расход топлива достигает 200 г/(кВт-ч). Эффективный кпд современные дизели тепловозов при номинальной мощности составляет 0,4—0,43. Расход топлива на холостом ходу равен 2—3% от расхода при номинальной мощности. Дизели тепловозов с наддувом имеют значит, резервы повышения топливной экономичности. С использованием принципов адиабатности и утилизации энергии отработавших газов в силовых турбинах эффективный кпд дизеля может быть увеличен до 0,55. Дизели тепловозов сравнительно просто могут быть приспособлены для использования природного и нефтяного газа, спиртов, искусственного жидкого топлива, водорода и пр. Современные дизели тепловозов в основные имеют среднюю быстроходность, характеризующуюся ср. скоростью поршня — до 100 м/с, частотой вращения коленчатого вала — до 1000 об/мин. Число цилиндров не превышает 20. У среднеоборотных дизелей диаметр цилиндра равен 200— 330 мм, а у высокооборотных — 185— 230 мм. Отношение хода поршня к диаметру цилиндра 1—1,3. Моторесурс дизеля тепловоза до переборки (наработка до предельного состояния поршневой группы) составляет 120 тыс. км, а до капитального ремонта (наработка до предельного состояния коленчатого вала и подшипников) — 700 тыс. км.
Эксплуатация дизелей тепловозов характеризуется значит, продолжительностью режимов холостого хода, малых нагрузок и переходных процессов. Поэтому реальная оценка эксплуатационных топливной экономичности дизелей тепловозов должна производиться с учётом статистических законов распределения нагрузки по времени. С целью снижения эксплуатационных расхода топлива желательно сохранение минимум уд. эффективного расхода топлива в возможно большем диапазоне мощностей.