Diesel Engine Fundamentals

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Diesel Engine Fundamentals

Course# ME406

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Department of Energy Fundamentals Handbook

MECHANICAL SCIENCE Module 1

Diesel Engine Fundamentals

Diesel Engine Fundamentals

DOE-HDBK-1018/1-93

TABLE OF C ONTENTS

TABLE OF CONTENTS

LIST OF FIGURES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii

LIST OF TABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv

REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v

OBJECTIVES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi

DIESEL ENGINES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Diesel Engines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Major Components of a Diesel Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Diesel Engine Support Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Exhaust System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Operational Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

FUNDAMENTALS OF THE DIESEL CYCLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

The Basic Diesel Cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 The Four-Stoke Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 The Two-Stroke Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

DIESEL ENGINE SPEED, FUEL CONTROLS, AND PROTECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Engine Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Fuel Injectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Governor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Operation of a Governor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Starting Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Engine Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

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LIST OF FIGURES

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Diesel Engine Fundamentals

LIST OF FIGURES

Figure 1 Example of a Large Skid-Mounted, Diesel-Driven Generator . . . . . . . . . . . . . . 2 Figure 2 Cutaway of a Four-Stroke Supercharged Diesel Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Figure 3 Cross Section of a V-type Four Stroke Diesel Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Figure 4 The Cylinder Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Figure 5 Diesel Engine Wet Cylinder Sleeve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Figure 6 Piston and Piston Rod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Figure 7 Diesel Engine Crankshaft and Bearings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Figure 8 Diesel Engine Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figure 9 Diesel Engine Camshaft and Drive Gear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figure 10 Diesel Engine Valve Train . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Figure 11 Diesel Engine Cooling System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figure 12 Diesel Engine Internal Lubrication System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Figure 13 Diesel Engine Fuel Flowpath . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Figure 14 Oil Bath Air Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Figure 15 Compression Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Figure 16 Scavenging and Intake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Figure 17 Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Figure 18 Fuel Injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Figure 19 Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Figure 20 Exhaust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Figure 21 2-Stroke Exhaust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

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