Как и у паровых машин, целью регулирования двигателя внутреннего сгорания является поддержание соответствия между нагрузкой двигателя и количеством тепла, преобразованного в механическую энергию.
Однако если у паровой машины паровой котел является аккумулятором энергии, то у двигателей внутреннего сгорания такого аккумулятора нет: подготовка горючей смеси происходит в двигателе перед самым сгоранием, ввиду чего регулирование обладает меньшей гибкостью и пределы его более ограничены.
В стационарных двигателях число оборотов при изменении нагрузки должно по возможности сохраняться постоянным. Для этого при различных нагрузках необходимо увеличить или уменьшить количество топлива, подаваемого в рабочие цилиндры, что обеспечивается соответствующим регулированием.
В зависимости от конструкции и системы двигателя регулирование может быть количественным, качественным и пропусками вспышек в цилиндре.
При количественном регулировании изменяется количество смеси воздуха и топлива, подаваемого в цилиндр, без изменения состава смеси (желательно наивыгоднейшего). Этот способ регулирования обычно, применяется в карбюраторных или газовых двигателях. Требуемое изменение количества горючей смеси достигается прикрытием заслонки (дросселя) — дросселированием на всасывающей трубе при входе в. цилиндр. Основным преимуществом указанного регулирования является постоянство состава горючей смеси, а следовательно, хорошее качество сгорания при всех нагрузках. Однако вследствие дросселирования при переходе от больших нагрузок к малым давление сжатия понижается. Ввиду этого инерционные силы при малых нагрузках оказываются больше давления сжатия, что отрицательно влияет па динамику двигателя; кроме того, существенное изменение давления сжатия ухудшает условия воспламенения горючей смеси.
При качественном регулировании изменяется количество - топлива без изменения количества воздуха. Такой способ регулирования применяется в дизелях. Здесь количество поступающего в цилиндр воздуха можно считать одним и тем же при всех нагрузках, количество же впрыскиваемого в цилиндр жидкого топлива (подаваемого насосом) меняется в зависимости от нагрузки; но так как вес жидкого топлива даже при наибольшей нагрузке составляет лишь несколько процентов от веса воздуха, то количественное изменение здесь ничтожно.
Качественное регулирование по сравнению с количественным обладает тем преимуществом, что давление сжатия при нем остается неизменным. Однако это регулирование для газовых и карбюраторных двигателей связано с определенными ограничениями, так как для каждой горючей смеси существует более или менее узкий предел воспламенения. Как очень богатая смесь (с очень малым коэффициентом избытка воздуха а), так и очень бедная (с очень большим а) теряет воспламеняемость — затрудняется вспышка.
Поэтому качественное регулирование в этих двигателях нерационально и.допустимо лишь в узком диапазоне изменения состава смеси, в котором может быть обеспечена надежная воспламеняемость и удовлетворительное качество сгорания.
В газовых двигателях широко применяется так называемое смешанное регулирование, при котором в зависимости от величины нагрузки пользуются то количественным, то качественным регулированием. При этом используются преимущества обоих видов регулирования.
Регулирование пропусками вспышек в цилиндре состоит в прекращении подачи топлива при возрастании числа оборотов двигателя; после того как произойдет несколько пропусков вспышек, число оборотов понижается и насос вновь автоматически включается в действие. Отсутствие вспышек во время пропусков ведет к большой неравномерности хода двигателя. Такое регулирование встречается только в калоризаторных двигателях.
Автоматическое регулирование подачи топлива в цилиндры производится центробежным регулятором, который воздействует па работу топливных насосов. Это воздействие может быть непосредственным, как в регуляторах прямого действия, так и посредством вспомогательного механизма, как в регуляторах непрямого действия. Вспомогательный исполнительный механизм, называемый сервомотором, усиливает воздействие регулятора.
Центробежные регуляторы прямого действия применяются для всех двигателей небольшой мощности и у многих двигателей средней мощности (до 1000 л. е.). У двигателей большой мощности (свыше 1000 л. с.) преимущественно применяют регуляторы непрямого действия с гидравлическими сервомоторами. Работа их будет, рассмотрена в части II курса.
Регуляторы, предназначенные для поддержания заданного числа оборотов двигателя при любом изменении нагрузки, называются однорежимными регуляторами.
В настоящее время весьма широкое распространение начинают получать так называемые всережимные регуляторы, которые поддерживают любое заданное число оборотов вала в пределах определенного диапазона. Регулятор указанного типа может быть установлен ручным приводом на ходу двигателя на любое число оборотов в этом диапазоне, которое и будет поддерживаться постоянным вне зависимости от изменения нагрузки двигателя. На фиг. 107 приведена схема всережимного регулятора быстроходного дизеля.
На хвостовике валика 4 с кулачками, приводящими в движение плунжеры топливного насоса, укреплена крестовина 2 с шестью пазами, в которых свободно установлены шесть грузов — шаров 5; они зажаты с одной стороны неподвижной конической тарелкой 1, а с другой — плоской тарелкой 3, вращающейся во время работы топливного насоса. Зубчатая рейка 8 связана с плунжерами насоса и устанавливает их на определенную подачу топлива, причем две пружины 6 через рычаг 7 стремятся установить эту рейку на положение максимальной подачи: однако шары 5, расходясь под действием центробежной силы, препятствуют действию пружин и, преодолевая их сопротивление, стремятся через тот же рычаг 7 уменьшить подачу топлива. При своем передвижении шары отодвигают плоскую тарелку и через рычаг 7 передвигают зубчатую рейку 8. Следовательно, при уменьшении нагрузки (когда число оборотов вала начинает увеличиваться) шары при некотором числе оборотов вала, зависящем от силы сопротивления пружин, начинают передвигать рейку влево, уменьшать подачу топлива, прекращая дальнейшее повышение числа оборотов. При увеличении же нагрузки (когда число оборотов вала начинает уменьшаться) шары дают возможность пружинам 6 увеличить подачу топлива, что и обеспечивает поддержание оборотов в определенной норме. Если рычаг 9, расположенный на щите управления дизелем, установить в положение I, то после запуска дизеля регулятор будет поддерживать неизменным нормальное число оборотов независимо от колебаний нагрузки. При установке рычага 9 в промежуточное положение (между положениями I и II) натяжение пружин 6 уменьшится, что заставит регулятор поддерживать неизменным скорость вращения вала, меньшую по сравнению с ранее установленным числом оборотов. При установке рычага 9 в крайнее левое положение (положение II) подача топлива прекращается и дизель останавливается.
|