宋晉龍

（太原學(xué)院，山西 太原 030032）

在國家政策的大力推動下，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化實現(xiàn)了持續(xù)升級，農(nóng)業(yè)機(jī)械逐漸得到了普及，農(nóng)機(jī)裝備正全面覆蓋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程[1]。而柴油機(jī)為大部分農(nóng)業(yè)機(jī)械提供動力，為農(nóng)業(yè)機(jī)械田間生產(chǎn)提供可靠保障。在復(fù)雜多樣的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，柴油機(jī)由于工作量大、使用時間長，并受到各種不利因素的影響，經(jīng)常會出現(xiàn)性能異常，最直接的表現(xiàn)就是燃油消耗量增加、柴油機(jī)功率下降[2]。因此，農(nóng)用柴油機(jī)具有穩(wěn)定的工作性能，對保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)動力需求具有重要意義。本文對農(nóng)用柴油機(jī)工作性能進(jìn)行研究，使其能夠更好地在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮作用。

1 農(nóng)用柴油機(jī)的應(yīng)用概況

我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有環(huán)境多樣性、季節(jié)性明顯、工作任務(wù)量大、維修條件差等特點。近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)得到了顯著提升，各類農(nóng)業(yè)機(jī)械也應(yīng)運(yùn)而生。常用的農(nóng)業(yè)機(jī)械有拖拉機(jī)、插秧機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)等，而柴油機(jī)作為一種重要的動力設(shè)備，憑借自身功率高、經(jīng)濟(jì)性能好、扭矩大等優(yōu)勢，在我國農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用十分廣泛[3]。目前，在我國主要農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備上使用的柴油機(jī)有多種型號，具體如表1 所示。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，柴油機(jī)的穩(wěn)定輸出與工作可靠性直接影響農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)的功能，因此，為了保障農(nóng)業(yè)機(jī)械田間生產(chǎn)效率，提升糧食產(chǎn)量，必須要保證柴油機(jī)的作業(yè)性能。

表1 不同農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備使用的柴油機(jī)

2 農(nóng)用柴油機(jī)的功能結(jié)構(gòu)組成

農(nóng)用柴油機(jī)分為單缸、雙缸、多缸柴油機(jī)，主要由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、燃油供給系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成[4]。1）曲柄連桿機(jī)構(gòu)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)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(dāng)柴油燃燒后，連桿承受爆發(fā)氣體壓力，將活塞往復(fù)直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并對外做功。因此，曲柄連桿機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)形成動能的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)。2）燃油供給系統(tǒng)。燃油供給系統(tǒng)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(tǒng)能夠按照柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的需求，將柴油噴入汽缸套與壓縮空氣混合。3）配氣系統(tǒng)。配氣系統(tǒng)包括搖臂、搖臂座、凸輪軸、挺柱、推桿、進(jìn)氣門、排氣門、空氣濾清器、輸氣管路等。通過配氣系統(tǒng)，新鮮空氣可以按時進(jìn)入柴油機(jī)汽缸，并排出燃燒后產(chǎn)生的廢氣。4）潤滑系統(tǒng)。潤滑系統(tǒng)包括機(jī)油泵、集油器、機(jī)油過濾器、散熱器、油底殼、壓力表、溫度表等。該系統(tǒng)能夠?qū)櫥蛪核偷讲裼蜋C(jī)各運(yùn)動配合面，減少磨損，有效延長柴油機(jī)使用壽命。5）冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)包括冷卻液箱、冷卻液泵、風(fēng)扇、散熱片、節(jié)溫器等。該系統(tǒng)可以給高溫工作環(huán)境下的柴油機(jī)進(jìn)行降溫，把多余的熱量散發(fā)掉，保證柴油機(jī)處于正常工作溫度。

3 農(nóng)用柴油機(jī)的工作原理

農(nóng)用柴油機(jī)能夠?qū)⒉裼突旌蠚馊紵a(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的動能，它屬于一種壓燃式發(fā)動機(jī)，進(jìn)氣、壓縮、燃燒、排氣四個環(huán)節(jié)組成一個工作循環(huán)過程[5]。進(jìn)氣環(huán)節(jié)、壓縮環(huán)節(jié)、排氣環(huán)節(jié)是燃燒環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備過程，由曲軸帶動活塞完成。燃燒環(huán)節(jié)即做功過程，由活塞帶動曲軸完成。

3.1 進(jìn)氣環(huán)節(jié)

農(nóng)用柴油機(jī)每個工作循環(huán)的進(jìn)氣量影響柴油油霧的噴發(fā)量，因此，進(jìn)氣量直接決定柴油機(jī)的輸出功率。進(jìn)氣量越高，柴油機(jī)的運(yùn)行越有利，通常由充氣系數(shù)表示。進(jìn)氣環(huán)節(jié)是柴油機(jī)工作的起始階段，曲軸旋轉(zhuǎn)帶動活塞上下運(yùn)動，汽缸容積逐漸增大，形成真空吸力，進(jìn)氣門開啟排氣門關(guān)閉，空氣吸入到汽缸內(nèi)。當(dāng)進(jìn)氣環(huán)節(jié)完成時，汽缸內(nèi)溫度達(dá)到51 ℃~72℃，氣壓達(dá)到80 kPa~90 kPa。

3.2 壓縮環(huán)節(jié)

農(nóng)用柴油機(jī)完成進(jìn)氣環(huán)節(jié)后，曲軸會連續(xù)帶動活塞向上運(yùn)動，關(guān)閉進(jìn)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(guān)嚴(yán)。汽缸內(nèi)的空氣持續(xù)壓縮，溫度、壓力不斷上升，為柴油燃燒提供一個高溫高壓環(huán)境。壓縮環(huán)節(jié)完成后，由于柴油機(jī)壓縮空氣的壓力較高，氣缸內(nèi)的溫度達(dá)到550 ℃左右，壓力高達(dá)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(huán)節(jié)

燃燒環(huán)節(jié)即做功過程，在壓縮環(huán)節(jié)即將完成時，柴油經(jīng)過壓縮霧化被迅速噴入汽缸內(nèi)。在高溫下經(jīng)物理化學(xué)作用，柴油變?yōu)檎羝c空氣混合?；钊\(yùn)動到上止點，柴油蒸汽與空氣開始自燃。隨著汽缸內(nèi)溫度和壓力的提升，活塞又開始向下運(yùn)動，并通過連接桿帶動曲軸轉(zhuǎn)動輸出動力，向外做功。汽缸中最大壓力可達(dá)9 000 kPa，最高溫度可達(dá)2 000 ℃?；钊滦羞^程中，汽缸的壓力下降、容積增大，柴油燃燒產(chǎn)生的熱能逐漸轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的動能。當(dāng)活塞運(yùn)動到下止點時，做功環(huán)節(jié)完成，排氣門打開。

3.4 排氣環(huán)節(jié)

當(dāng)農(nóng)用柴油機(jī)完成了進(jìn)氣、壓縮、燃燒等環(huán)節(jié)后，進(jìn)入排氣環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)利用飛輪的慣性帶動曲軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，活塞通過連接桿往上止點移動。此過程中，排氣門開啟、進(jìn)氣門關(guān)閉。燃燒后的廢氣在活塞運(yùn)動作用下，從排氣門排出汽缸。廢氣要從汽缸內(nèi)徹底排除干凈，以避免汽缸中的廢氣影響下一個工作循環(huán)過程。當(dāng)活塞運(yùn)動到上止點后，排氣門關(guān)閉，曲軸帶動活塞進(jìn)入下一個工作循環(huán)，以實現(xiàn)柴油機(jī)工作效能。

4 農(nóng)用柴油機(jī)性能的影響因素及優(yōu)化措施

4.1 供油不足

農(nóng)用柴油機(jī)供油不足主要有空氣進(jìn)入和油路部分堵塞兩種情況[6]。第一，發(fā)生空氣進(jìn)入后，柴油機(jī)動力明顯不足，可在油管接頭處聽見“呲呲”聲，導(dǎo)致該情況的原因是空氣進(jìn)入低壓油路，從而形成氣阻。第二，發(fā)生油路部分堵塞后，柴油機(jī)供油阻力增加，可聽見“吃力”聲，轉(zhuǎn)速下降較快。針對上述兩種情況，可采取針對性優(yōu)化措施，以恢復(fù)農(nóng)用柴油機(jī)正常工作性能。第一，聽見“呲呲”聲后，可根據(jù)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(nóng)用柴油機(jī)的重要部件，可將霧化的柴油噴進(jìn)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(xué)能轉(zhuǎn)換為動能。農(nóng)用柴油機(jī)經(jīng)長期使用后，彈簧等壓力部件以及噴油嘴會發(fā)生老化情況，導(dǎo)致柴油霧化不良，嚴(yán)重影響柴油機(jī)的動力性能。因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)農(nóng)用柴油機(jī)動力下降時，應(yīng)重點檢查彈簧及噴油嘴的功能是否正常，如發(fā)現(xiàn)有老化情況發(fā)生應(yīng)及時修理或更換。另外，還要注意檢查噴油器內(nèi)部偶件質(zhì)量，如果噴油器內(nèi)部配合偶件出現(xiàn)問題，應(yīng)及時成對更換。

4.3 積碳累積

機(jī)油在長期使用過程中，不可避免地會產(chǎn)生積碳[7]。若不能及時處理，將會導(dǎo)致柴油機(jī)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(dǎo)致柴油無法充分燃燒，柴油機(jī)工作性能下降。第二，積碳累積在燃燒室出口處，可能造成進(jìn)氣門和排氣門關(guān)不嚴(yán)，導(dǎo)致燃燒室的密封性能降低，燃燒質(zhì)量下降，影響柴油機(jī)工作性能。第三，積碳累積在活塞頂部凹坑內(nèi)，霧化柴油與空氣的混合效果下降，影響燃燒和動能轉(zhuǎn)化質(zhì)量[8]。針對農(nóng)用柴油機(jī)積碳累積問題，應(yīng)定期進(jìn)行積碳清洗工作。為避免積碳累積過多、難以清洗，當(dāng)柴油機(jī)積碳較輕時，可采用清洗儀進(jìn)行清洗。若遇積碳累積嚴(yán)重情況，清洗儀無法清洗柴油機(jī)時，可拆卸柴油機(jī)，使用專用設(shè)備及清洗劑進(jìn)行清洗，使柴油機(jī)工作性能得以恢復(fù)。

4.4 氣門閉合失效

進(jìn)氣門和排氣門的工作狀態(tài)對農(nóng)用柴油機(jī)性能影響較大，它是柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的供氣和排氣結(jié)構(gòu)。當(dāng)進(jìn)氣門和排氣門結(jié)構(gòu)部件發(fā)生損壞時，其密封性失效，柴油機(jī)會發(fā)出有規(guī)律的間斷異響。當(dāng)進(jìn)氣門和排氣門的工作狀態(tài)不良時，基本是由氣門彈簧件損壞導(dǎo)致，因此，應(yīng)檢查氣門彈簧彈力是否正常，判斷彈簧件是否發(fā)生損壞問題。若發(fā)現(xiàn)彈簧件存在損壞，應(yīng)及時更換彈簧件，并保證活塞位于上止點位置時，進(jìn)氣門和排氣門均處于關(guān)閉狀態(tài)[9]。

4.5 汽缸密封不良

農(nóng)用柴油機(jī)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(yùn)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(jī)工作高溫影響，容易發(fā)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(yùn)行間隙需要十分精確。由于活塞在汽缸內(nèi)長期做往復(fù)運(yùn)動，活塞運(yùn)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(jī)性能[10]。針對上述汽缸密封不良的問題，應(yīng)先查明具體原因。如是汽缸墊損壞問題，應(yīng)更換汽缸墊，為保證更換后汽缸墊的密封嚴(yán)密性，更換汽缸墊時，應(yīng)按照對角線順序拆卸汽缸蓋螺栓。如是活塞運(yùn)行間隙過大問題，應(yīng)對汽缸套和活塞進(jìn)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(jìn)入汽缸的空氣潔凈。由于農(nóng)用柴油機(jī)長期在田間工作，空氣濾清器極其容易發(fā)生堵塞問題。若不能及時清潔，柴油機(jī)進(jìn)氣嚴(yán)重受阻，從而影響柴油燃燒質(zhì)量，導(dǎo)致柴油機(jī)動力下降、油耗升高等問題發(fā)生。因此，當(dāng)空氣濾清器發(fā)生堵塞問題時，應(yīng)及時清潔空氣濾清器的濾芯。在濾芯清潔操作時，應(yīng)先用手輕拍濾芯，再利用壓縮空氣將粉塵從濾芯內(nèi)向外吹出。若長期使用中出現(xiàn)濾芯損壞問題，應(yīng)立即更換濾芯，不可勉強(qiáng)使用，確?？諝鉃V清器的過濾效果。

4.7 活塞組磨損

活塞組主要包括活塞環(huán)、汽缸套等部件，在農(nóng)用柴油機(jī)長期運(yùn)行的過程中，活塞組會受到高溫高壓及沖擊載荷影響，導(dǎo)致活塞環(huán)、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(jī)的動力不足，工作明顯有無力感。在磨損嚴(yán)重時，會聽到異常的響聲。發(fā)生活塞組磨損問題，主要原因是柴油機(jī)啟動后預(yù)熱不充分或者柴油機(jī)工作溫度太高，導(dǎo)致活塞組部件強(qiáng)度、硬度下降，最終造成嚴(yán)重磨損問題發(fā)生。針對活塞組磨損問題，應(yīng)嚴(yán)格注意柴油機(jī)日常操作，確?；钊M可在良好的狀態(tài)運(yùn)行。第一，為最大限度保護(hù)活塞組不受冷而出現(xiàn)磨損，柴油機(jī)啟動后應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱完成后再提速。第二，柴油機(jī)停止工作時，為了能讓柴油機(jī)溫度下降，需要怠速運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘，避免突然停機(jī)造成磨損。

5 結(jié)論

綜上所述，農(nóng)用柴油機(jī)的性能直接影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，面對復(fù)雜的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式及作業(yè)環(huán)境，不斷提高農(nóng)用柴油機(jī)工作穩(wěn)定性具有重要意義。本文從功能結(jié)構(gòu)組成及工作原理角度入手，對農(nóng)用柴油機(jī)的性能影響因素進(jìn)行分析，并提出針對性的優(yōu)化措施，以實現(xiàn)農(nóng)用柴油機(jī)與我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最佳匹配。