Частота вращения ДВС регулируется изменением количества топлива, подаваемого в рабочие цилиндры. Различают два основных вида регулирования: количественное и качественное.
Количественное регулирование осуществляется у карбюраторных двигателей: в зависимости от режима работы двигателя в его цилиндры подается различное количество рабочей смеси (практически постоянного состава), т. е. с примерно одинаковым коэффициентом избытка воздуха.
Качественное регулирование применяется у дизелей. Суть его состоит в том, что независимо от режима работы двигателя в его цилиндры за каждый цикл поступает практически неизменное количество воздуха при различной подаче топлива. Так, при снижении мощности двигателя и соответственно количества подаваемого топлива со 100 до 25% коэффициент избытка воздуха возрастет в четыре раза, т. е. качество рабочей смеси в цилиндрах резко изменится.
Условия работы дизелей, используемых на судне в качестве главных и вспомогательных двигателей, отличаются между собой.
Режим работы главного двигателя зависит не только от количества подаваемого в его цилиндры топлива, но и от элементов винта и сопротивления движению судна. Мощность и частота вращения двигателя связаны между собой и изменяются одновременно с изменением количества подаваемого топлива или работы, совершаемой гребным винтом. Последний является своего рода регулятором для двигателя.
Если баланс мощности, развиваемой двигателем и потребляемой гребным винтом, нарушается, то дизель переходит на другой режим, при котором этот баланс восстанавливается. Например, при следовании судна против ветра или на мелководье сопротивление увеличивается, что приводит к снижению частоты вращения двигателя. И наоборот, при плавании судна в балласте сопротивление его движению уменьшается и частота вращения дизеля возрастает. Однако в обоих случаях двигатель будет работать на установившемся режиме.
Таким образом, главный двигатель, работающий непосредственно на гребной винт, не нуждается в регуляторе, который поддерживал бы постоянную частоту вращения. Больше того, при увеличении сопротивления движению судна такой регулятор был бы вреден, так как попытка сохранить неизменной частоту вращения приводила бы к повышенной подаче топлива и, как следствие этого, к перегрузке двигателя.
Однако при работе судна на волнении в случае оголения гребного винта частота вращения может недопустимо возрасти, что чревато поломкой двигателя. Если же случится обрыв гребного винта или его лопастей, поломка валопровода и т. п., то дизель пойдет «вразнос» и может вообще разрушиться.
Итак, на главном двигателе, работающем на гребной винт, необходим автоматический регулятор, который ограничивал бы частоту вращения, т. е. предельно допустимый скоростной режим. Вместе с тем, этот регулятор не должен оказывать влияния на подачу топлива при работе двигателя на любом скоростном режиме ниже предельно допустимого. Такие регуляторы называются однорежимными или предельными.
Отличительной особенностью их конструкции является отсутствие постоянной связи между регулятором и рейкой топливных насосов. Это позволяет изменять подачу топлива вручную с поста управления (с ЦПУ, мостика) в широких пределах. Но при достижении двигателем заданного скоростного режима регулятор начинает оказывать воздействие на топливную рейку, не допуская дальнейшего увеличения частоты вращения. Значение предельной частоты вращения, которую регулятор допускает, задают соответствующим затягом его пружины.
Дизель-генераторы, включая главные дизель-генераторы, вырабатывают электрический ток определенного напряжения, а генераторы переменного тока — и определенной частоты. Как напряжение, так и частота тока зависят от частоты вращения ротора генератора, т. е. от частоты вращения дизеля. Для получения неизменного напряжения и частоты дизель должен работать с постоянной частотой вращения при любой нагрузке.
Таким образом, регулятор дизель-генератора должен автоматически поддерживать постоянным заданный скоростной режим, увеличивая подачу топлива при увеличении нагрузки и уменьшая эту подачу при уменьшении нагрузки. Кроме этого, у регулятора должно быть предусмотрено устройство, позволяющее задавать необходимую частоту вращения дизеля, которую регулятор должен поддерживать неизменной. Такие регуляторы носят название всережимных.
Их конструктивное отличие заключается в том, что между регулятором и тягой топливных насосов двигателя существует жесткая связь. Рукояткой с поста управления непосредственно не воздействуют на топливную тягу, а изменяют затяг пружины регулятора. Каждому скоростному режиму соответствует определенный затяг пружины.
Сопоставляя оба рассмотренных регулятора, отметим, что их принципиальное различие заключается в том, каким образом регулятор связан с рейкой топливных насосов. При отсутствии постоянной связи регулятор будет однорежимным; если постоянная связь имеется, — всережимным.
У применяемых на главных двигателях регуляторах нередко предусматривается возможность использовать их как в качестве однорежимных, так и всережимных; такие регуляторы называются всережимно-предельными. Переключение регулятора с одной схемы на другую осуществляется изменением характера его связи с топливной рейкой, что предусматривается конструкцией регулятора.
Целесообразность применения такого регулятора объясняется различными условиями эксплуатации главного двигателя. При нормальных условиях плавания регулятор включается как предельный и подачей топлива управляют с поста управления. При волнении моря, чтобы предотвратить резкие колебания частоты вращения двигателя, регулятор включают как всережимный, несколько ослабляя затяг его пружины. Это позволяет эксплуатировать двигатель при качке судна на постоянной, хотя и пониженной частоте вращения.
Следует заметить, что при использовании всережимного регулятора, в случае чрезмерного повышения нагрузки, продолжение работы дизеля при неизменной частоте вращения будет приводить к его перегрузке. Чтобы этого не происходило, в конструкции всережимных регуляторов предусматривают устройство, ограничивающее подачу топлива (упор максимальной подачи). Такой регулятор называется всережимным регулятором с ограничением по нагрузке. При увеличении нагрузки он поддерживает заданную частоту вращения путем увеличения подачи топлива до определенного предела. По достижении предельной нагрузки дальнейшее увеличение подачи топлива не происходит, и частота вращения двигателя начинает снижаться. Это предотвращает возможную поломку двигателя. Всережимные регуляторы с ограничением по нагрузке применяют на дизель-генераторах.
И, наконец, рассмотрим, как будет происходить изменение подачи топлива у двигателя, снабженного всережимным регулятором с ограничением по нагрузке при переводе его на более высокий скоростной режим, не превышающий, однако, допускаемого по нагрузке. Как только рукояткой будет увеличен затяг пружины, возникает несоответствие между частотой вращения двигателя в данный момент и задаваемой регулятором. Это приведет к тому, что регулятор сразу начнет увеличивать подачу топлива до максимального значения и двигатель, прежде чем достичь заданной частоты вращения, будет работать какое- то время на предельной подаче топлива. Чтобы этого не происходило, в регуляторе должен быть предусмотрен еще один ограничитель, связанный с рукояткой поста управления. Тогда при переходе на более высокий скоростной режим количество подаваемого топлива будет ограничиваться не упором максимальной подачи, а этим ограничителем. Его обычно настраивают так, чтобы допускаемая им подача топлива не превышала ту, которая соответствует задаваемому скоростному режиму более чем на 10—15%. После выхода двигателя на новую частоту вращения в случае дальнейшего увеличения нагрузки подача топлива будет ограничиваться не упором максимальной подачи, а этим ограничителем.
Разумеется, если нагрузка, соответствующая задаваемой частоте вращения, будет близкой к предельной, то ограничение подачи топлива как на переходном режиме, так и после выхода двигателя на заданную частоту вращения осуществляется упором максимальной подачи. Такой регулятор называют всережимным регулятором с ограничением по нагрузке и по задаваемым и фактическим оборотам. Если у подобного регулятора отсутствует упор максимальной подачи, то его называют всережимным регулятором с ограничением по задаваемым и фактическим оборотам.
Регуляторы этих типов применяются для главных двигателей. Для маломощных высокооборотных дизелей, работающих на потребители через разобщительную муфту, применяются регуляторы называемые двухрежимными, которые, кроме ограничения nмакс, автоматически поддерживают сниженную частоту вращения холостого хода.
