В зависимости от условий работы к двигателям внутреннего сго­рания предъявляют различные требования. Например, в стацио­нарных условиях двигатель должен поддерживать скоростной режим в заданных границах независимо от нагрузки; судовые дви­гатели не должны давать больших колебаний частоты вращения вала при внезапных сбросах нагрузки. Условия работы транспорт­ных двигателей имеют свои особенности. Учитывая это, вопрос о необходимости установки регулятора частоты вращения для раз­личных условий работы двигателей следует решать особо.

Для оценки возможностей работы двигателя в стационарных условиях необходимо обратиться к взаимному влиянию характери­стик двигателя и потребителя на поле возможных режимов (см. рис. 26). Если принять, что точка L на характеристике 1 двигателя соответствует номинальному режиму его работы, а ?? — допу­стимое изменение скоростного режима при сбросе нагрузки, то легко убедиться, что даже незначительное уменьшение сопротив­ления (переход с характеристики 7 на характеристику 8) повлечет за собой изменение угловой скорости, выходящее за намеченную границу (новый режим устанавливается в точке L₁).

Для обеспечения заданного диапазона скоростных режимов сле­дует при выбранном изменении сопротивления перейти на новую частичную характеристику 2 двигателя, тогда новый режим работы установится в точке Е, т. е. вблизи от заданной границы. Однако для перехода на частичную характеристику 2 следует по мере незна­чительного увеличения угловой скорости воздействовать на орган управления двигателя и перемещать его в сторону уменьшения подачи топлива. Наоборот, при увеличении сопротивления и пони­жении угловой скорости подача топлива должна увеличиваться.

Перемещения органа управления могут осуществляться об­служивающим персоналом, тогда это будет называться ручным ре­гулированием (рис. 46, а). Однако, учитывая возможность частых изменений нагрузки во времени, ручное регулирование весьма затруднительно и не обеспечивает точности поддержания скорост­ного режима, так как процесс ручного регулирования всецело зави­сит от субъективных качеств человека.

Сказанное свидетельствует о необходимости установки на дви­гателе, работающем в стационарных условиях, автоматического регулятора частоты вращения независимо от типа двигателя (рис. 46, б).

В стационарных условиях задается один скоростной режим работы, поэтому автоматический регулятор должен быть однорежимным.

Во многих случаях при стационарных условиях работы к по­стоянству скоростных режимов независимо от нагрузки предъяв­ляют высокие требования (допускаемое ?? мало или равно нулю). Например, генератор переменного тока должен работать практиче­ски при постоянной угловой скорости ротора, так как только при этом условии сохраняется постоянной частота тока.

Таким высоким требованием постоянства скоростного режима должен удовлетворять автоматический прецизионный регулятор, имеющий специальную конструкцию.

Необходимость применения регулятора на судовых двигателях также зависит от типа двигателя и условий его работы.

На мелких моторных судах используют карбюраторные двига­тели, которые имеют понижающиеся скоростные характеристики по мере увеличения угловой скорости вала (см. рис. 23, а, б). Эти двигатели, как правило, работают непосредственно на гребной винт, поэтому момент сопротивления резко возрастает по мере уве­личения ? (см. рис. 25, а). Анализ этих характеристик указывает на хорошую устойчивость работы .двигателей. При значительном открытии дроссельной заслонки, например при ? ? 0,8 (см. рис. 23, а, б), угловая скорость вала может превысить номиналь­ный режим, если произойдет внезапный сброс нагрузки (оголение гребного винта). При этом мощность неуклонно понижается и до­стигает режима холостого хода при угловой скорости вала, превы­шающей номинальный режим в 1,3—1,5 раза. Соответственно уве­личиваются инерционные силы в подвижных деталях двигателя, не достигая, однако, критического значения, опасного для прочности. Увеличение скоростного режима в карбюраторных двигателях выше номинального не вызывает значительного ухудшения тепло­вого процесса. Учитывая сказанное, можно сделать вывод, что при работе карбюраторного двигателя непосредственно на гребной винт установка автоматического регулятора необязательна.

При работе дизеля на гребной винт его характеристики (см. рис. 23, в, г) указывают на то, что номинальный скоростной режим может быть превзойден почти при всех положениях органа управ­ления, а при некоторой угловой скорости, превышающей номиналь­ную, характеристики двигателя пересекают характеристику пре­дела дымности (кривая 5 на рис. 23, г). Кроме того, инерционные силы в механизме двигателя могут значительно увеличиваться, а пересечение границы дымности повлечет за собой догорание топлива в процессе выхлопа, что обычно приводит к перегреву вы­пускных клапанов и коллектора, а также головки двигателя в ме­сте выпуска отработавшего газа. Следовательно, переход через но­минальный скоростной режим в судовых дизелях допустим лишь в строго ограниченных пределах. Однако взаимное влияние харак­теристики дизеля и сопротивления гребного винта при угловой ско­рости, близкой к номинальной, не может обеспечить достаточную устойчивость работы (с увеличением ? растет как N_e так и N_c). Поэтому каждый дизель, работающий непосредственно на гребной винт, необходимо оборудовать автоматическим регулятором ча­стоты вращения. Этот автоматический регулятор не должен допу­скать чрезмерного повышения угловой скорости вала дизеля при оголении (или при потере) гребного винта. В соответствии с назна­чением такой регулятор называют предельным.

Современные судовые силовые установки с дизелями часто имеют электропередачу, включенную между двигателем и гребным винтом. В этом случае работа судового двигателя аналогична ра­боте стационарного, поэтому такие двигатели снабжаются преци­зионными автоматическими регуляторами.

Если судовые двигатели периодически работают на гребной винт и электрогенератор, то автоматический регулятор должен быть и предельным и прецизионным одновременно.

В некоторых случаях судовые двигатели должны иметь воз­можность длительное время работать при заданных скоростных режимах, меньших номинального. Такие двигатели должны быть снабжены всережимными автоматическими регуляторами, обеспе­чивающим работу двигателя на любом заданном скоростном ре­жиме в диапазоне от ?_ном до ?_min. Применение всережимного ре­гулятора па судовом дизеле становится предпочтительным также при дистанционном управлении.

При желании избежать больших как инерционных, так и теп­ловых перегрузок на судовых дизелях устанавливают либо все- режимные предельные регуляторы, либо всережимные регуляторы с программным упором рейки топливного насоса.

Двигатели, установленные на транспортных агрегатах, рабо­тают при переменных скоростных и нагрузочных режимах.

Сравнительный анализ характеристик карбюраторных двигате­лей и дизелей, а также характеристик потребителей (см. рис. 25, в) показывает, что карбюраторные двигатели в транспортных усло­виях имеют значительно более устойчивые режимы работы. Это свидетельствует о том, что установка предельного автоматического регулятора на транспортный карбюраторный двигатель необяза­тельна.

Для транспортных двигателей существенное значение имеет устойчивость малых скоростных режимов холостого хода. Этот режим используется при прогреве двигателя, на кратковременных стоянках и т. п. Работа водителя была бы крайне затруднительна, если бы этот режим был неустойчив и двигатель часто останавли­вался.

Работа на холостом ходу определяется условием равенства индикаторного крутящего момента моменту сил внутренних со­противлений. В карбюраторных двигателях холостой ход на малых скоростных режимах возникает при сильно прикрытом дросселе, когда коэффициент наполнения и примерно пропорциональная ему подача рабочей смеси, а следовательно, и крутящий момент резко уменьшаются при увеличении угловой скорости (кривые 4 на рис. 23, а, б). Так как с ростом угловой скорости медленно возрас­тает момент сопротивления М_вт, скоростные режимы холостого хода, определяемые точкой пересечения М_i и М_вт, оказываются вы­сокоустойчивыми, и установки автоматического регулятора не требуется.

Совершенно иначе ведет себя в транспортных условиях дизель. При анализе условий работы дизеля была выявлена необходимость установки предельного автоматического регулятора при работе двигателя непосредственно на гребной винт. Это остается справед­ливым и для транспортных условий, так как характеристики сопро­тивления гребного винта и сопротивлений перемещению автомо­биля по виду близки одна к другой. Следовательно, и в этом случае установка предельного автоматического регулятора необходима.

При холостом ходе на малых скоростных режимах орган управ­ления дизелем перемещается в сторону уменьшения подачи топ­лива. Свойство топливного насоса золотникового типа увеличивать подачу топлива с увеличением угловой скорости сохраняется и при малых скоростных режимах, вследствие чего с возрастанием угловой скорости медленно растут как индикаторный крутящий момент двигателя, так и момент сил внутренних сопротивлений, причем возрастание кривой момента сил внутренних сопротивле­ний может быть более (или менее) интенсивным, чем возрастание индикаторного крутящего момента двигателя. Поэтому режимы работы холостого хода при малых скоростных режимах могут быть либо слабо устойчивыми (F_д > 0), либо вообще неустойчивыми (F_д < 0). В обоих случаях установка автоматического регулятора холостого хода необходима. Таким образом, транспортные дизели необходимо снабжать автоматическими регуляторами, работаю­щими, по крайней мере, на двух скоростных режимах: предельном и минимальном. Такие регуляторы называются двухрежимными (см. рис. 12).

Трудности управления двигателем на промежуточных скорост­ных режимах (между регулируемыми максимальными и минималь­ными) желание обеспечить большую стабильность скорости дви­жения при переменной нагрузке приводят к необходимости приме­нения в транспортных условиях всережимных автоматических регуляторов частоты вращения.

В настоящее время пытаются заменить двухрежимные и всережимные регуляторы частоты вращения трехрежимными регуля­торами, в которых три регулируемых режима охватывают весь диапазон возможных значений угловой скорости. Такой регулятор обеспечивает работу двигателя на номинальном и минимальном скоростных режимах так же, как и двухрежимный. Однако про­межуточные скоростные режимы (в отличие от двухрежимного) также находятся под действием автоматического регулятора, но с регуляторными характеристиками, имеющими большую неравно­мерность. Трехрежимный регулятор повышает устойчивость про­межуточных скоростных режимов и препятствует резкому измене­нию цикловой подачи при смене нагрузки.

Известно, что скоростные характеристики карбюраторных дви­гателей создают такое взаимодействие двигателя с потребителем, при котором установка на двигатель автоматического регулятора частоты вращения не является необходимой. Поэтому большин­ство карбюраторных двигателей эксплуатируют без таких регуляторов. Тем не менее отсутствие регулятора частоты вращения мо­жет привести к чрезмерному увеличению угловой скорости вала при внезапных сбросах нагрузки, как это может быть, например, в судовых условиях при штормовой погоде, при выполнении сель­скохозяйственных работ и т. д.

В этих случаях для предотвращения больших забросов ча­стоты вращения коленчатого вала на карбюраторном двигателе желательно установить предельный регулятор скорости.