柴油机调速特性.doc

柴油机调速特性分析报告
（宋国民）
（2010年3月）

一、前言 2
二、柴油机调速的分类 2
2.1按照结构和工作原理来分类 2
2.1.1机械式调速器 2
2.1.2液压式调速器 3
2.1.3 电子式调速器 4
2.2 功能分类的机械 4
2.2.1 定速调速器 4
2.2.2 全程调速器 5
2.2.3 两级式调速器 5
2.2.4 复合式调速器 7
三、结论 7

一、前言
发动机当负荷减小时，转速升高，转速升高导致柱塞泵循环供油量增加，循环供油量增加又导致转速进一步升高，这样不断地恶性循环，造成发动机转速越来越高，最后飞车；反之，当负荷增大时，转速降低，转速降低导致柱塞泵循环供油量减少，循环供油量减少又导致转速进一步降低，这样不断地恶性循环，造成发动机转速越来越低，最后熄火。
柴油机本身的速度特性不能满足大多数从动机械的要求，因为其扭矩曲线比较平坦，当外界阻力矩有少量变化时柴油机转速就会有很大波动。这对柴油机及其从动机械的正常运转不利，因此柴油机需装设调速器，调速器可根据外界阻力矩的变化，自动调节供油量，从而使柴油机保持在所要求的转速下稳定运转。

二、柴油机调速的分类
不同的调速器会导致柴油机具有不同的调速特性，调速特性表征了柴油机克服外界阻力矩波动时保持稳定工作的能力，按功能来分类，柴油机调速器可分为以下几种：
u 定速调速器
u 两极调速器
u 全程调速器
u 复合式调速器
按照结构和工作原理来分类，柴油机的调速器可分为以下形式：
u 机械式调速器
u 液压式调速器
u 电子调速

2.1按照结构和工作原理来分类
2.1.1机械式调速器
最早机械式调速器是1874年由James发明的离心式机械调速器目前广泛应用的机械式调速器，如下图所示，利用飞锤旋转时产生的离心力与调速器弹簧回位力之间的平衡的原理来实现调速过程的，当转速变化时，飞锤的转动即转变为滑套及其相连接的喷油泵齿杆的移动，以达到调节喷油泵循环供油量的目的。

图：机械式

由于飞锤所产生的调节力在低速时较小，故这种调速器只适用于高速的中小功率柴油机，对大型柴油机，由于油量调节机构磨擦阻力较大，加之柴油机转速不高，若再采用纯机械式飞锤，势必要增加飞锤与调速质量与尺寸，使调速器的结构十分笨重而导致灵敏度降低。
早在二十世纪60年代，美国WOODWARD公司推出2301/EG-3P型电-液调速器，实际上都是液压与机械结构或液压与电子控制结合的调速器

2.1.2液压式调速器
在液压式调速器中，转速感应元件仍采用离心式飞锤，其功能只是将转速变化的信息转换为控制液压机构滑阀的运动，而调节力的放大、连接喷油泵齿杆的助力活塞的运动、齿杆运动信号或转速的反馈以及其他许多附加功能，均由液压系统来完成。

图：液压式调速器

2.1.3 电子式调速器
在电子调速器中，不采用离心飞锤来作为转速感应元件，而是用各种电测方法来确定转速的大小，而且转速的测量、设定、比较与调节均采用电子控制，因此整个系统具有很高的响应速度与调节精度，也易于准确地实现恒速调速，能够满足柴油发电机组的无差并联运行的要求，因此是一种有发展前途的调速器。

图：电子式调速器

2.2 功能分类的机械
2.2.1 定速调速器
发电用柴油机要求在外界负荷（用电量）变化时能保持恒定的转速，以保证发电机的电压和频率恒定。若外界负荷减少而喷油量不变，则柴油机的功率就会大于外负荷而使转速升高，转速升高后又进一步扩大了功率的不平衡，使转速继续升高以致发生飞车，反之，若外界负荷增加而喷油量不变，柴油机转速就会降低并最终导致停车。所以，发电柴油机自身没有自动调速性能，为保证在外负荷变化时仍能保持恒速稳定运转，必须装设定速调速器。

图：定速调速器特性

2.2.2 全程调速器
在重型汽车上则多采用全程式调速器，这种调速器除具有两极式调速器的功能外，还能对柴油机工作转速范围内的任何转速起调节作用，使柴油机在各种转速下都能稳定运转。

图：全程式调速器

2.2.3 两级式调速器
两极式调速器只在柴油机的最高转速和怠速起自动调节作用，而在最高转速和怠速之间的其他任何转速，调速器不起调节作用。
中、小型汽车柴油机多数采用两极式调速器，以起到防止超速和稳定怠速的作用，具有低速稳定、高速控制灵敏，操作轻便，易于修复调整等特点，能满足农用运输车及其他柴油机的广泛应用。

图：两极式调速器特性

在转速n1~n2低速段，调速器自动调节供油量以维持怠速稳定性，高速段n3~n4范围内自动调节油量，n2~n3之间，供油量由驾驶员用油门踏板直接控制，柴油机按照速度特性工作。

2.2.4 复合式调速器
以上多种调速特性的组合，根据实际情况进行调整，需根据应用对象的不同单独开发使用。

三、结论
不同总类的调速特性适应于不同用途的车辆和发动机，主要应根据车辆使用特性进行调整，但电子化是趋势。能源短缺、环保问题、微电子技术和控制理论的能源短缺、环保问题、微电子技术和控制理论的发展及对自动化水平要求的提高，推动了柴油机电控技术，特别是以微机为核心的数字式电子控制技术的发展。现代控制理论、自适应控制、自学习系统等的进展使电子调速器的研究具备了更完善的理论基础。与机械式、液压式调速器相比，电子调速器具有调节精度高、结构简单、易实现自动化等优点，是今后调速器的主要发展方向。科学技术的发展和社会要求的日益提高，使得机械式调速器和液压式调速器必将被电子式调速器所替代。越来越多的科研工作者集结于电子调速器的研究领域，为柴油机电子调速器的迅猛发展推波助澜。

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