農用柴油機功率降低的原因與性能優化技術分析

賀尚玉

(五常市興隆鄉農機管理站，黑龍江 五常 150225)

0 引言

隨著我國農業機械的快速發展與生產效率不斷提升，各種農業新技術與作業模式都不斷進步，在加快農業機械化進程的同時，各類農業機械也應運而生[1]。農業機械數量的逐漸升高對相關配套零部件的要求也越來越高。

柴油機是農業機械的重要動力設備，具有扭矩大、功率高、經濟性能好等特點，型號較多，應用較為廣泛，為農業機械田間生產效率的提升提供可靠保障[2]。柴油機在田間使用過程中由于使用時間過長、柴油機質量問題等會造成柴油機故障的出現，及時分析故障產生的原因對于穩定農用柴油機田間工作穩定性與可靠性具有重要意義。本研究針對目前農用柴油機工作過程中存在的主要問題與故障原因進行系統闡述，提出未來農用柴油機在使用過程中應該注意的主要問題，研究結果對于提高農業機械田間作業效率、延長柴油機工作壽命具有重要意義，為我國柴油機的研制與深入研究提供技術借鑒與理論參考。

1 農用柴油機的應用情況分析

截至2020年，玉米綜合機械化作業效率95.2%，小麥綜合機械化作業效率86.9%，水稻綜合機械化作業效率82.6%。我國農業機械化綜合效率達到85%以上，同比提高22%，表1概述了我國目前各個作業工序的機械化擴展面積。

表1 2020年農業生產各作業工序機械化作業效率

目前，我國農業機械使用柴油機最為典型的機械如表2所示，水稻插秧機與大型聯合收獲機中的柴油機平均故障率較高，平均故障率可以達到5%以上，但是在農業生產中插秧與收獲是保障糧食產量的重要作業工序，直接影響作物的生產與糧食產量的提升，因此，提高柴油機的穩定輸出與工作可靠性是保障農業生產的重要基礎條件。柴油機工作效率是影響農業機械作業功能的決定因素，在提高柴油機高效率的同時，培養操作人員積極學習柴油機發生故障時的正確診斷與合理維修也是保證柴油機工作可靠性的重要保障，避免由于柴油機故障影響作業性能造成的經濟損失與糧食產量降低。

表2 典型農業機械柴油機功率及故障發生率統計

隨著柴油機的普遍應用與發展，目前在農業機械、拖拉機使用柴油發動機在2020年累計銷量達589萬臺，與2016年相比增加15.24%(圖1)。隨著目前汽車行業及相關工程機械的快速發展，柴油機銷售幅度也會逐年上升。

圖1 柴油機銷售總量

2 柴油機功率降低的原因與維修

2.1 柴油機配氣系統調整不當

配氣系統是柴油發動機的重要組成部分，其中氣門結構、配氣邊界條件和配氣相位對柴油機性能的影響較大[3]。氣門結構主要影響氣體排放，主要功能是按照柴油發動機燃燒工作順序和循換進行定時開關控氣閥門，保證新鮮空氣吸入柴油機汽缸內，使燃燒廢氣及時排出。其中氣門的控制間隙是影響柴油機工作效率的重要因素，氣門間隙過小，會導致缸內氣體與外界新鮮空氣無法及時進行交換，出現“漏氣”現象；如果氣門間隙過大，會導致外界大量新鮮空氣進入汽缸，造成汽缸內氣壓降低，燃燒效率降低，發動機功率下降，零件之間配合不協調，加劇磨損。因此，氣門間隙的檢查是保證柴油機正常工作的重要基礎與條件。配氣邊界條件中，進氣溫度、空氣系數及外界空氣的進氣壓力都會影響柴油機燃燒性能與功率，目前，相關研究發現通過改變柴油發動機的配氣相位可以適當調整進氣效率，從而提高燃燒效率及柴油機的輸出功率。

2.2 燃油供給系統故障

農用柴油發動機的供給系統是根據不同作業工況及作業環境的要求，自動配置出一定濃度的可燃氣體，吸入汽缸，同時將燃燒產生的廢氣排出氣缸。主要包括柴油機燃油泵、過濾器、壓力調節器、阻力器、油嘴等組成。過濾器主要是過濾燃油系統中的水分及雜質，并需要定期更換和清理，防止發生堵塞，降低工作效率。油壓調節器主要是調節柴油發動機的燃油壓力，保證輸出功率穩定。在柴油機工作中，要注意調節噴油泵供油量的調節螺釘，定期進行加固處理，防止在工作過程中因為震動而導致松動現象發生，導致油量供應不穩定，降低柴油發動機的工作效率。

2.3 潤滑系統故障

柴油機潤滑系統常見的工作故障主要包括油壓過低、油壓過高及無油壓3種故障類型。

當油壓低于0.35 MPa時稱為油壓過低，此時機油無法到達各個零部件的表面，會加劇零件的磨損，降低整體工作效率，當看到油壓指示器無浮標或者出現燃油發動機整機溫度過高等現象可能是由于油壓過低導致。為了減少油壓過低的現象發生，應該及時檢查油缸油面高度是否達到規定要求，同時檢查各個零部件之間的配合關系，曲軸磨損過大也會導致油壓過低現象。

當柴油發動機經過更新零部件或者大修后，由于各零部件之間配合間隙較小，會導致油壓過高的問題，可能會是暫時現象，可以在使用一段時間后看是否會有改善；其次是柴油選擇不當，如季節更換時，沒有及時更換機油，會因為黏度問題導致油壓上升；最后是當過濾裝置出現堵塞現象時，會使整機壓力升高，偶爾還會由于指示器下部有污染物而導致下移受阻，產生誤導。

柴油機泵體工作時不泵油，會導致油面過低，進而導致無油壓現象發生；其次是當指示器壓力表出現損壞時也會導致油壓顯示“0”。當出現油壓過低時，要對相關零部件進行專業檢修與更換，不及時進行檢修會導致零部件空轉磨損，甚至會出現燒瓦現象。

2.4 冷卻系統故障

農用柴油機冷卻系統主要為水冷系統，柴油機在工作過程中，水箱內冷卻液不足、水泵的供水效率低以及水循環管路堵塞會導致柴油機冷卻系統的故障，會導致油溫過高，會造成氣缸氣體減少，燃燒不充分，柴油機動力性能降低，一方面降低柴油機的使用壽命，另一方面燃燒不完全還會導致生成有毒污染腐蝕氣體，如硫酸和碳酸等，危害環境。

2.5 供油提前角不正確

柴油發動機供油提前角過大或過小對柴油機工作性能、動力性及啟動性都有重要的影響。當供油提前角過小會導致供油減少，供油時間推遲，導致柴油氣缸過分燃燒，柴油發動機溫度快速升高，出現“冒黑煙”等現象；供油提前角過大會導致氣體混合不完全，新鮮空氣過多，表現為柴油機功率下降、工作動力不足[4]。總結來說，當柴油發動機出現脆響聲、冒黑煙、動力不足及溫度過高等，一般都可能是供油提前角過小導致；當整機溫度過低、車體冒白煙、柴油機燃燒不完全產生辣眼睛氣體都基本可以判斷為供油提前角過大導致。

3 柴油機功率不足的故障診斷

3.1 檢查柴油機排氣煙色

農用柴油發動機在正常運轉時，燃料比較充分的燃燒會產生無色透明的氣體，或者在燃燒初期會產生淡藍色氣體，后期顏色逐漸變淡，產生無色透明氣體；當柴油機發生故障，如燃燒不完全時，會產生黑煙，當燃燒充分導致溫度過高，燃燒缺氧時，會產生碳黑色氣體。

3.2 檢查柴油機運轉中發出的響聲

在柴油發動機工作過程中，汽缸內發出金屬響聲表示柴油發動機的供油提前角出現故障，應該及時進行調整；在柴油發動機進行運轉時，出現強有力的撞擊聲，可能是由于零部件的磨損嚴重，此時應該及時檢查軸瓦，必要時進行更換；當柴油發動機運轉時發出尖銳刺耳的聲音時，可能是由于活塞與連桿之間配合過松，應該及時調整間隙；當柴油發動機工作時出現輕微敲擊聲，可能是由于氣門彈簧折斷，應該進行及時檢查與更換。

3.3 檢查柴油機運轉穩定性

柴油發動機運轉不穩定，波動較大、輸出功率不穩定、排煙不正常等都是柴油發動機不穩定的表現。此時應及時檢查油路中是否存在堵塞或者空氣進入油路，造成柴油機出現忽然停止或不能啟動及運轉不穩定。當噴油泵調速器發生故障導致工作失調時，柴油機工作負荷增加，導致柴油發動機轉速降低，如果是噴油泵調速器彈簧過緊，會導致供油量增加，從而導致轉速快速增加，供油量迅速降低，從而引起柴油機工作不穩定。

4 柴油發動機工作性能優化技術

4.1 改善柴油燃燒質量

柴油燃燒質量是影響整機工作的重要基礎條件，首先需要提高柴油質量，在購買柴油時，做到仔細辨別，把控品質，從源頭提升整機質量，使用雜質少、質量高的柴油，保證燃燒穩定性。在進行柴油機運轉時，可以通過改善噴油嘴，提高噴霧密度，達到細而均勻，并且可以精準地控制噴油量和時間，同時可以進行油氣比例調節，在保證柴油發動機充分燃燒的同時避免溫度過高，還可以通過添加相關的燃料添加劑，改善燃燒質量。

4.2 采用柴油機增壓技術

柴油發動機增壓技術是指將進入燃燒汽缸內的空氣進行壓縮，供給更多的空氣，提高缸體壓力，從而提高空氣燃燒質量，促進燃燒更加徹底，排放更加干凈，在適當的調節系統下，進行合理的燃油供給，提高柴油發動機燃燒質量，改善經濟性能，還可以達到降低噪聲與污染物排放的目的[5]。

4.3 冷卻系統技術優化

柴油機運轉過程中，由于柴油燃燒及各個零部件之間的運動摩擦產生的大量熱量，如果沒有冷卻系統或者冷卻系統出現故障，柴油發動機就不能進行正常工作。冷卻系統主要作用就是保證柴油發動機可以在適宜的溫度下進行工作。目前主要以水冷發動機和風冷發動機應用最為廣泛。

5 結語

以農用柴油發動機為主要研究對象，通過分析目前柴油發動機在我國的發展與應用現狀，討論柴油發動機在保持田間工作效率的同時產生的一些功率輸出不穩定、污染嚴重及其他故障問題，提出維持農用拖拉機柴油發動機田間工作穩定性與可靠性的重要措施，未來應該增強對農用拖拉機的定期保養、檢查與合理維修，減少柴油發動機故障發生率。研究結果對于提高農用拖拉機田間穩定性與可靠性提供技術參考與借鑒。

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