農用柴油機性能優化措施研究

宋晉龍

（太原學院，山西 太原 030032）

在國家政策的大力推動下，我國農業機械化實現了持續升級，農業機械逐漸得到了普及，農機裝備正全面覆蓋農業生產的全過程[1]。而柴油機為大部分農業機械提供動力，為農業機械田間生產提供可靠保障。在復雜多樣的農業生產環境中，柴油機由于工作量大、使用時間長，并受到各種不利因素的影響，經常會出現性能異常，最直接的表現就是燃油消耗量增加、柴油機功率下降[2]。因此，農用柴油機具有穩定的工作性能，對保障農業生產作業動力需求具有重要意義。本文對農用柴油機工作性能進行研究，使其能夠更好地在農業生產中發揮作用。

1 農用柴油機的應用概況

我國農業生產具有環境多樣性、季節性明顯、工作任務量大、維修條件差等特點。近年來，隨著我國農業機械化進程的快速發展，農業機械技術得到了顯著提升，各類農業機械也應運而生。常用的農業機械有拖拉機、插秧機、聯合收割機等，而柴油機作為一種重要的動力設備，憑借自身功率高、經濟性能好、扭矩大等優勢，在我國農業機械上的應用十分廣泛[3]。目前，在我國主要農業機械設備上使用的柴油機有多種型號，具體如表1 所示。在農業生產中，柴油機的穩定輸出與工作可靠性直接影響農業機械作業的功能，因此，為了保障農業機械田間生產效率，提升糧食產量，必須要保證柴油機的作業性能。

表1 不同農業機械設備使用的柴油機

2 農用柴油機的功能結構組成

農用柴油機分為單缸、雙缸、多缸柴油機，主要由曲柄連桿機構、燃油供給系統、配氣系統、潤滑系統、冷卻系統等組成[4]。1）曲柄連桿機構。曲柄連桿機構包括汽缸體、汽缸蓋、汽缸套、汽缸墊、活塞、曲軸、曲軸箱、連桿、連桿軸瓦、曲軸瓦、飛輪等。當柴油燃燒后，連桿承受爆發氣體壓力，將活塞往復直線運動轉換為曲軸的旋轉運動，并對外做功。因此，曲柄連桿機構是柴油機形成動能的主要機械結構。2）燃油供給系統。燃油供給系統包括柴油箱、燃油濾清器、輸油泵、輸油管路、沉淀杯、噴油器等。該系統能夠按照柴油機運轉的需求，將柴油噴入汽缸套與壓縮空氣混合。3）配氣系統。配氣系統包括搖臂、搖臂座、凸輪軸、挺柱、推桿、進氣門、排氣門、空氣濾清器、輸氣管路等。通過配氣系統，新鮮空氣可以按時進入柴油機汽缸，并排出燃燒后產生的廢氣。4）潤滑系統。潤滑系統包括機油泵、集油器、機油過濾器、散熱器、油底殼、壓力表、溫度表等。該系統能夠將潤滑油壓送到柴油機各運動配合面，減少磨損，有效延長柴油機使用壽命。5）冷卻系統。冷卻系統包括冷卻液箱、冷卻液泵、風扇、散熱片、節溫器等。該系統可以給高溫工作環境下的柴油機進行降溫，把多余的熱量散發掉，保證柴油機處于正常工作溫度。

3 農用柴油機的工作原理

農用柴油機能夠將柴油混合氣燃燒產生的熱能轉化為機械運轉的動能，它屬于一種壓燃式發動機，進氣、壓縮、燃燒、排氣四個環節組成一個工作循環過程[5]。進氣環節、壓縮環節、排氣環節是燃燒環節的準備過程，由曲軸帶動活塞完成。燃燒環節即做功過程，由活塞帶動曲軸完成。

3.1 進氣環節

農用柴油機每個工作循環的進氣量影響柴油油霧的噴發量，因此，進氣量直接決定柴油機的輸出功率。進氣量越高，柴油機的運行越有利，通常由充氣系數表示。進氣環節是柴油機工作的起始階段，曲軸旋轉帶動活塞上下運動，汽缸容積逐漸增大，形成真空吸力，進氣門開啟排氣門關閉，空氣吸入到汽缸內。當進氣環節完成時，汽缸內溫度達到51 ℃~72℃，氣壓達到80 kPa~90 kPa。

3.2 壓縮環節

農用柴油機完成進氣環節后，曲軸會連續帶動活塞向上運動，關閉進氣門和排氣門。在壓縮過程中，絕對不能存在漏氣的情況，為保證活塞與汽缸間的氣密性，氣門必須關嚴。汽缸內的空氣持續壓縮，溫度、壓力不斷上升，為柴油燃燒提供一個高溫高壓環境。壓縮環節完成后，由于柴油機壓縮空氣的壓力較高，氣缸內的溫度達到550 ℃左右，壓力高達3 000 kPa~5 000 kPa，比柴油在空氣中自行燃燒的溫度高。

3.3 燃燒環節

燃燒環節即做功過程，在壓縮環節即將完成時，柴油經過壓縮霧化被迅速噴入汽缸內。在高溫下經物理化學作用，柴油變為蒸汽與空氣混合。活塞運動到上止點，柴油蒸汽與空氣開始自燃。隨著汽缸內溫度和壓力的提升，活塞又開始向下運動，并通過連接桿帶動曲軸轉動輸出動力，向外做功。汽缸中最大壓力可達9 000 kPa，最高溫度可達2 000 ℃。活塞下行過程中，汽缸的壓力下降、容積增大，柴油燃燒產生的熱能逐漸轉化為機械運轉的動能。當活塞運動到下止點時，做功環節完成，排氣門打開。

3.4 排氣環節

當農用柴油機完成了進氣、壓縮、燃燒等環節后，進入排氣環節。該環節利用飛輪的慣性帶動曲軸繼續轉動，活塞通過連接桿往上止點移動。此過程中，排氣門開啟、進氣門關閉。燃燒后的廢氣在活塞運動作用下，從排氣門排出汽缸。廢氣要從汽缸內徹底排除干凈，以避免汽缸中的廢氣影響下一個工作循環過程。當活塞運動到上止點后，排氣門關閉，曲軸帶動活塞進入下一個工作循環，以實現柴油機工作效能。

4 農用柴油機性能的影響因素及優化措施

4.1 供油不足

農用柴油機供油不足主要有空氣進入和油路部分堵塞兩種情況[6]。第一，發生空氣進入后，柴油機動力明顯不足，可在油管接頭處聽見“呲呲”聲，導致該情況的原因是空氣進入低壓油路，從而形成氣阻。第二，發生油路部分堵塞后，柴油機供油阻力增加，可聽見“吃力”聲，轉速下降較快。針對上述兩種情況，可采取針對性優化措施，以恢復農用柴油機正常工作性能。第一，聽見“呲呲”聲后，可根據實際情況，將螺絲接頭擰緊或者更換密封墊。第二，聽見“吃力”聲后，及時檢查供油管路，并清除堵塞物。

4.2 噴油器老化

噴油器是農用柴油機的重要部件，可將霧化的柴油噴進汽缸，與空氣混合燃燒，提高柴油的利用率，從而能夠充分地將化學能轉換為動能。農用柴油機經長期使用后，彈簧等壓力部件以及噴油嘴會發生老化情況，導致柴油霧化不良，嚴重影響柴油機的動力性能。因此，當發現農用柴油機動力下降時，應重點檢查彈簧及噴油嘴的功能是否正常，如發現有老化情況發生應及時修理或更換。另外，還要注意檢查噴油器內部偶件質量，如果噴油器內部配合偶件出現問題，應及時成對更換。

4.3 積碳累積

機油在長期使用過程中，不可避免地會產生積碳[7]。若不能及時處理，將會導致柴油機工作性能異常。第一，積碳累積在噴油嘴處，會堵塞噴油嘴，影響柴油霧化效果，導致柴油無法充分燃燒，柴油機工作性能下降。第二，積碳累積在燃燒室出口處，可能造成進氣門和排氣門關不嚴，導致燃燒室的密封性能降低，燃燒質量下降，影響柴油機工作性能。第三，積碳累積在活塞頂部凹坑內，霧化柴油與空氣的混合效果下降，影響燃燒和動能轉化質量[8]。針對農用柴油機積碳累積問題，應定期進行積碳清洗工作。為避免積碳累積過多、難以清洗，當柴油機積碳較輕時，可采用清洗儀進行清洗。若遇積碳累積嚴重情況，清洗儀無法清洗柴油機時，可拆卸柴油機，使用專用設備及清洗劑進行清洗，使柴油機工作性能得以恢復。

4.4 氣門閉合失效

進氣門和排氣門的工作狀態對農用柴油機性能影響較大，它是柴油機正常運轉的供氣和排氣結構。當進氣門和排氣門結構部件發生損壞時，其密封性失效，柴油機會發出有規律的間斷異響。當進氣門和排氣門的工作狀態不良時，基本是由氣門彈簧件損壞導致，因此，應檢查氣門彈簧彈力是否正常，判斷彈簧件是否發生損壞問題。若發現彈簧件存在損壞，應及時更換彈簧件，并保證活塞位于上止點位置時，進氣門和排氣門均處于關閉狀態[9]。

4.5 汽缸密封不良

農用柴油機汽缸密封不良主要有兩方面原因，分別為汽缸墊損壞、活塞運行間隙變大。第一，汽缸墊安裝在汽缸蓋和汽缸體之間，在長期使用過程中，由于受到柴油機工作高溫影響，容易發生損壞，造成汽缸密封不良。第二，為保證汽缸時刻保持良好的密封性能，活塞運行間隙需要十分精確。由于活塞在汽缸內長期做往復運動，活塞運行間隙會因磨損逐漸增大，最終降低汽缸密閉性，從而影響柴油機性能[10]。針對上述汽缸密封不良的問題，應先查明具體原因。如是汽缸墊損壞問題，應更換汽缸墊，為保證更換后汽缸墊的密封嚴密性，更換汽缸墊時，應按照對角線順序拆卸汽缸蓋螺栓。如是活塞運行間隙過大問題，應對汽缸套和活塞進行成套更換。

4.6 空氣濾清器堵塞

空氣濾清器屬于過濾空氣的裝置，可以保證進入汽缸的空氣潔凈。由于農用柴油機長期在田間工作，空氣濾清器極其容易發生堵塞問題。若不能及時清潔，柴油機進氣嚴重受阻，從而影響柴油燃燒質量，導致柴油機動力下降、油耗升高等問題發生。因此，當空氣濾清器發生堵塞問題時，應及時清潔空氣濾清器的濾芯。在濾芯清潔操作時，應先用手輕拍濾芯，再利用壓縮空氣將粉塵從濾芯內向外吹出。若長期使用中出現濾芯損壞問題，應立即更換濾芯，不可勉強使用，確保空氣濾清器的過濾效果。

4.7 活塞組磨損

活塞組主要包括活塞環、汽缸套等部件，在農用柴油機長期運行的過程中，活塞組會受到高溫高壓及沖擊載荷影響，導致活塞環、汽缸套部件的磨損、拉傷，從而使得汽缸壓縮效果不理想，柴油機的動力不足，工作明顯有無力感。在磨損嚴重時，會聽到異常的響聲。發生活塞組磨損問題，主要原因是柴油機啟動后預熱不充分或者柴油機工作溫度太高，導致活塞組部件強度、硬度下降，最終造成嚴重磨損問題發生。針對活塞組磨損問題，應嚴格注意柴油機日常操作，確保活塞組可在良好的狀態運行。第一，為最大限度保護活塞組不受冷而出現磨損，柴油機啟動后應進行預熱，預熱完成后再提速。第二，柴油機停止工作時，為了能讓柴油機溫度下降，需要怠速運轉幾分鐘，避免突然停機造成磨損。

5 結論

綜上所述，農用柴油機的性能直接影響到農業生產效率，面對復雜的農業生產形式及作業環境，不斷提高農用柴油機工作穩定性具有重要意義。本文從功能結構組成及工作原理角度入手，對農用柴油機的性能影響因素進行分析，并提出針對性的優化措施，以實現農用柴油機與我國農業生產的最佳匹配。