Опыт эксплуатации двигателей внутреннего сгорания показал, что основной причиной нарушения их нормальной работы являются неисправности в системах смазки и охлаждения, своевременно незамеченные обслуживающим персоналом. Недостаточная подача масла приводит к выплавлению подшипников, а плохая работа системы охлаждения и перегрев двигателя являются причинами заклинивания поршней в цилиндрах, в результате чего двигатель выходит из строя на длительное время. Для своевременного выявления отклонений от нормального режима работы двигателя были созданы автоматические приборы, которые сигнализируют о падении давления в системе смазки и о повышении температуры охлаждающей воды.

Вторая степень автоматизации обеспечивает автоматический или дистанционный пуск и остановку двигателя, прогрев и включение нагрузки, регулирование температуры воды и масла в системах охлаждения и смазки двигателя, контроль за его работой и защиту при аварийном состоянии. При этой степени автоматизации сохраняется необходимость обслуживания агрегата для поддержания уровня масла и топлива в расходных баках, подкачки воздушных баллонов и т. д.

Третья степень автоматизации обеспечивает работу агрегата без обслуживающего персонала. Системы автоматического управления, защиты и сигнализации содержат три группы устройств: первичные приборы, или датчики; промежуточные системы и передачи; исполнительные и показывающие приборы. Датчиком является первичный прибор, воспринимающий изменение контролируемого параметра и передающий его на промежуточные системы. Так, например, в электрических автоматических системах датчик объединяется с реле, которое под действием импульса датчика включает исполнительный электрический ток.

Все датчики, применяемые в установках с двигателями внутреннего сгорания, делятся на температурные, давления, числа оборотов, уровня и контроля сгорания.

Температурные датчики служат для изменения температуры воды, масла и газов, а также деталей двигателя и для включения первичной цепи тока при выходе температуры за допустимые пределы. В системах автоматического управления применяются биметаллические и дилатометрические датчики. Наиболее простыми по конструкции являются биметаллические датчики (рис. 1, а). Принцип работы такого датчика основан на изгибе сваренной из двух различных металлов пластины вследствие неодинакового расширения этих металлов при нагреве. Изгиб вызывает перемещение свободного конца пластины и замыкание контактов. Недостатками таких датчиков являются нарушение четкости включения системы из-за замасливания контактов и быстрый выход их из строя из-за искрения.

Дилатометрический датчик (рис. 1, б) устроен по принципу измерения разности удлинения двух стержней из различных металлов. Для увеличения измеряемой разности один из стержней делают из металла с очень малым коэффициентом теплового линейного расширения, например из инвара, а другой — из металла с большим коэффициентом расширения, например из латуни. При нагревании датчика один из стержней удлиняется больше другого. Перемещение свободного конца одного из стержней по отношению к другому увеличивается специальным механизмом и используется для перемещения контактов, замыкающих или размыкающих электрическую цепь.

Датчики давления служат для измерения давления среды (масла, воды, воздуха) и включения первичной цепи тока при выходе давления за допустимые пределы. По конструкции датчики давления бывают пружинно-поршневые, мембранные, силь-фонные, с манометрической пружиной и гидростатические.

В пружинно-поршневом датчике подвижный поршенек нагружается с одной стороны измеряемым давлением, а с другой— пружиной, натяжение которой может быть отрегулировано. Конец штока поршня является контактным звеном, замыкающим или размыкающим электрическую цепь подачи сигнала.

В мембранных датчиках для измерения малых давлений используются мембраны из прорезиненных тканей, для измерения больших давлений — тонкие мембраны из латуни и стали. Мембрана с одной стороны нагружена измеряемым давлением, с другой-^ калиброванной пружиной, внутри которой проходит шток, соединенный с контактами электроцепи.

Микровыключатели применяются в датчиках для переключения электрических цепей при малом перемещении управляющего органа. Резкое переключение контактов предохраняет их от обгорания. Главным элементом микровыключателя является трехперая плоская пружина, на свободном конце которой укреплен кон такт из тугоплавкого металла.

К группе промежуточных устройств, связывающих первичный прибор с сигнальной аппаратурой, относятся наиболее важные и часто употребляемые в автоматических системах электромагнитные реле. Они служат для усиления импульса и его размножения при необходимости передачи сигнала на несколько пультов. Основным элементом электромагнитных реле является электромагнитная катушка, через которую проходит ток первичной цепи, замыкаемой контактным устройством датчика. Появление тока в обмотке электромагнита сопровождается протягиванием и поворотом якоря. В свою очередь, перемещение якоря вызывает замыкание или размыкание ряда контактов вторичных цепей тока, количество которых определяется числом исполнительных и сигнализирующих устройств.

Полностью автоматизированный дизельный агрегат оснащается следующими аппаратами, приборами и устройствами автоматизации:
1) датчиками, контролирующими температуру воды в системе охлаждения и масла в системе смазки двигателя, температуру подшипников и отработавших газов, а для дизельной электростанции — температуру подшипников и обмоток генератора;
2) датчиками, контролирующими давление масла в системе смазки двигателя, воздуха в пусковых баллонах, воды в системе водоснабжения, топлива в системе подогрева топлива;
3) датчиками (реле), контролирующими уровень масла в поддоне картера двигателя, топлива в расходных баках и резервуарах системы топливоснабжения, воды в системе охлаждения двигателя;
4) датчиками (реле), контролирующими число оборотов коленчатого вала двигателя;
5) регуляторами, поддерживающими необходимое число оборотов коленчатого вала двигателя, а также регуляторами температуры воды и масла в системах охлаждения и смазки;
6) аппаратами, механизмами и приводами систем автоматического пуска и остановки агрегата;
7) устройствами, обеспечивающими блокировку и сигнализацию;
8) коммутационными аппаратами с электромагнитным приводом;
9) щитами управления и автоматики.

Ленинградский институт водного транспорта в творческом содружестве с Центральным научно-исследовательским дизельным институтом разработали и внедрили приборы аварийно-предупредительной сигнализации и автоматической защиты для судовых дизелей, в частности для дизелей ЗДб и 6S275 («Шкода»), Система сигнализации и защиты предусматривает подачу предупредительных звуковых и световых сигналов (сигнализацию), а также остановку (защиту) дизеля в случае нарушения нормальной работы систем охлаждения и смазки.

Аварийно-предупредительная сигнализация и защита дизелей 6 S 275

Система сигнализации и защиты дизеля 6S275 («Шкода») включает следующие приборы:
а) два датчика минимального давления РМД — для смазочного масла и охлаждающей воды;
б) два датчика максимальной температуры РТСД-3 — для смазочного масла и охлаждающей воды;
в) стоп-устройство;
г) сирену и электрический звонок;
д) главный и дублирующий пульты.

Датчик минимального давления служит для подачи предупредительного сигнала и включения устройства автоматической остановки дизеля при падении давления в системе смазки ниже допустимого значения. Он устанавливается на нагнетательной магистрали смазки (после фильтра грубой очистки) и имеет пределы регулировки 0,1—4 бар с точностью ±0,2 бар.

Датчик максимальной температуры предназначен для подачи предупредительного сигнала при перегреве охлаждающей воды или смазочного масла выше максимально допустимой температуры. На дизелях 6S275 устанавливаются два датчика: один в замкнутой системе водяного охлаждения, другой — на магистрали системы смазки перед масляным холодильником.

Стоп-устройство — основной элемент общей системы автоматики, позволяющей без вмешательства обслуживающего персонала останавливать дизель в случае наступления аварийного состояния (при падении давления смазочного масла и охлаждающей воды, при повышении температуры отработанного масла и выходящей из дизеля охлаждающей воды, а также при разносе дизеля). После получения импульса от датчика минимального давления ток через силовую цепь главного пульта направляется в силовое реле, которое, срабатывая, втягивает в себя сердечник, освобождая при этом систему тяг. Эти тяги передвигают рычаг регулятора в положение, при котором подача топлива насосом прекращается и дизель останавливается.

Главный сигнализационный пульт устанавливается непосредственно в машинном отделении, а дублирующий — в рулевой рубке на судах или в дежурном помещении электростанции, в местах, удобных для наблюдения за аппаратурой. На пультах размещены промежуточные реле, сигнализационные лампы, предохранители, реле звуковых сигналов и др.

Принципиальная схема автоматической сигнализации и защиты некоторых дизелей представлена на рис. 4. Она состоит из датчиков температуры и давления, промежуточных реле, сигнальных зеленых ламп, сигнальных красных ламп, силового реле, сирены, звонка, выключателей, термореле времени, тягового реле и электрокабелей, которыми соединены приборы с аккумуляторными батареями напряжением 12 в.

Из схемы видно, что при работающем двигателе все контакты пер вичных реле замкнуты. Возникновение аварийного состояния сопро вождается срабатыванием датчиков температурь, и давл^ия и про межуточных реле, в результате чего гаснет соответствующая зеленая лампаи загорается красная лампа как на главномдульте в.машинном отделении, так и на дублирующем пульте – в рулевой рубке.

Одновременно включается в цепь силовое реле, которое срабатывает и включает звуковые сигналы: сирену в машинном отделении и звонок в рулевой рубке. При этом между моментом появления сигнала и моментом срабатывания стоп-устройства дается выдержка времени, в течение которого обслуживающий персонал принимает решение об остановке двигателя. Выдержка времени достигается с помощью специального термореле.