На подвижном составе железных дорог Российской Федерации наибольшее распространение получили теплосиловые установки с дизельными двигателями. Они используются на тепловозах, дизель-поездах, изотермических транспортных средствах. На тепловозах применяются четырех- и двухтактные дизели с наддувом.
Принцип работы четырехтактного двигателя иллюстрируется рисунком 2. При движении поршнявниз (1-й такт) воздух подается в цилиндр через открытый впускной клапан. При обратном движении поршня (2-й такт), когда клапаны закрыты, происходит сжатие воздуха, сопровождающееся сильным его нагреванием. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается дизельное топливо, которое самовоспламеняется. В цилиндре повышаются давление и температура; продукты сгорания топлива давят на поршень, перемещают его вниз и совершают при этом полезную работу (3-й такт). При следующем ходе поршня вверх (4-й такт) происходит выпуск отработавших газов из цилиндра. Таким образом, рассмотренные процессы, составляющие рабочий цикл двигателя, протекают за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала.
Рисунок 2. Схема работы четырехтактного двигателя:
1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – шатун; 4 – кривошип; 5 – впускной клапан; 6 – выпускной клапан.
Рабочим ходом поршня, совершающим полезную работу (вращение вала), является только третий.
Рисунок 3. Схема работы двухтактного двигателя:
1 – цилиндр; 2 – продувочные окна; 3 – шатун; 4 – кривошип; 5 – поршень; 6 – выпускные окна.
Схема работы простейшего двухтактного двигателя представлена на рис. 3. При движении поршня вверх (1-й такт) вначале закрываются выпускные окна, азатем и продувочные, после чего происходит сжатие воздуха. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается дизельное топливо, которое самовоспламеняется. Продукты сгорания топлива давят на поршень и, перемещая его, совершают полезную работу (2-й такт). В конце 2-го такта открываются вначале выпускные окна, через которые выходят отработавшие газы (предварение выпуска), а затем продувочные окна, через которые поступает сжатый воздух для продувки и наполнения цилиндра. Таким образом, работа двухтактного двигателя происходит за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала.
Мощность двигателя пропорциональна количеству сжигаемого в цилиндре топлива, однако чем больше сжигается топлива, тем больше нужно подать воздуха. В связи с этим в двигателях современных тепловозов воздух в цилиндры нагнетается под давлением (l,35-2,4) ·105 Па, что существенно увеличивает мощность двигателя. Такой способ заряда цилиндра свежим воздухом называется наддувом.
На современных тепловозах распространены двухтактные двигатели 10Д100 и четырехтактные 5Д49.
Подача топлива в каждый цилиндр осуществляется топливными насосами через форсунки. Работой топливных насосов управляет центробежный регулятор. Для изменения частоты вращения вала дизеля и реализуемой мощности машинист воздействует на регулятор с помощью контроллера.
Топливная система дизеля тепловоза 2ТЭ10Л включает топливный бак, топливоподкачивающие агрегаты, фильтры грубой и тонкой очистки, системы коллекторов и трубопроводов. Запас топлива на одной секции тепловоза составляет 6300 кг. Этого хватает на 1000—1200 км пробега.
Масло в системе смазки дизеля циркулирует под давлением, создаваемым насосом. Масло из поддона дизеля направляется в холодильник, где его температура снижается на 15—20 °С. Охлажденное масло проходит через щелевой фильтри поступает в маслораздаточный коллектор дизеля и далее к подшипникам коленчатого вала, и другим деталям. Количество масла в дизеле достигает 1000 кг.
Водяная система тепловоза служит для охлаждения деталей дизеля и масла в водомасляных теплообменниках, а также для подогрева топлива, масла и воздуха, подаваемого для обогрева кабины машиниста. Водяная система содержит до 1500 л воды.