農(nóng)用柴油機(jī)供油系統(tǒng)故障及維修技術(shù)

尤立峰

(尚志市農(nóng)業(yè)綜合行政執(zhí)法大隊(duì)，黑龍江 尚志 150600)

0 引言

現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用了大量農(nóng)業(yè)機(jī)械，除農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備外，行進(jìn)式動(dòng)力機(jī)械占據(jù)了農(nóng)業(yè)機(jī)械的很大比例，且在大面積農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，農(nóng)業(yè)機(jī)械的正常行駛和運(yùn)轉(zhuǎn)都依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力，柴油機(jī)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的動(dòng)力機(jī)械，為多種農(nóng)業(yè)機(jī)械提供了可靠的動(dòng)力保障。截至2020年底，我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力已達(dá)到10.56億kW，農(nóng)業(yè)機(jī)械的柴油年消耗量超過6 000萬t，占我國柴油消耗總量的近50%。供油系統(tǒng)作為柴油機(jī)使用過程中的重要功能部分，為柴油機(jī)的性能發(fā)揮創(chuàng)造良好條件。在復(fù)雜的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，柴油機(jī)供油系統(tǒng)也可能因?yàn)槎喾N因素的影響出現(xiàn)故障問題，及時(shí)合理的維修是保障柴油機(jī)高效率使用的關(guān)鍵，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)順利實(shí)施的重要保障。

1 農(nóng)用柴油機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 技術(shù)應(yīng)用情況

“十三五”期間，我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，配套的柴油機(jī)等動(dòng)力機(jī)械在產(chǎn)品性能和可靠性方面取得了長足的進(jìn)步。僅就拖拉機(jī)而言，2020年我國拖拉機(jī)保有量2 204.88萬臺，且58.84 kW(80馬力)以上拖拉機(jī)超過143.66萬臺，顯示出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對柴油機(jī)產(chǎn)品的需求升級。從現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)看，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的柴油機(jī)根據(jù)不同的用途覆蓋了單缸柴油機(jī)、雙缸柴油機(jī)和多缸柴油機(jī)等眾多產(chǎn)品，能夠很好地保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉、運(yùn)輸、耕地、播種、收獲等作業(yè)過程對動(dòng)力的需求。我國生產(chǎn)的單缸柴油機(jī)大部分供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用，在農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電等設(shè)施設(shè)備中應(yīng)用廣泛，也用于地形不良的山區(qū)、丘陵等地的耕整地、農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)仁褂?。單缸柴油機(jī)配套的拖拉機(jī)、運(yùn)輸車等產(chǎn)品近年來逐漸被雙缸和多缸柴油機(jī)所取代，其保有量逐年下降；雙缸柴油機(jī)是現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)小型拖拉機(jī)和運(yùn)輸車等設(shè)備的主要?jiǎng)恿C(jī)械，配套動(dòng)力多集中在17.65～35.30 kW(24～48馬力)；多缸柴油機(jī)主要包括3缸、4缸、6缸、8缸等機(jī)型，3缸、4缸柴油機(jī)多配套中型拖拉機(jī)或自走式收獲機(jī)等設(shè)備使用，6缸、8缸柴油機(jī)多配套大馬力拖拉機(jī)、大型聯(lián)合收獲機(jī)、大型棉花采摘機(jī)等使用。

總體上講，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的柴油機(jī)以自主研發(fā)和生產(chǎn)的產(chǎn)品為主，其在動(dòng)力性能和可靠性上能夠滿足現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的使用需求。但與國外同類型的柴油機(jī)產(chǎn)品對比，在機(jī)械結(jié)構(gòu)、精密性、節(jié)能性、環(huán)保性等很多參數(shù)上仍有很大的差距，尤其在大馬力柴油機(jī)技術(shù)上，由于強(qiáng)化指標(biāo)較低，整機(jī)性能僅達(dá)到國外同等級產(chǎn)品的78%～80%，且產(chǎn)品的零部件標(biāo)準(zhǔn)化和通用化程度仍不盡人意，電控系統(tǒng)邏輯有待提升，柴油機(jī)使用過程穩(wěn)定性和耐久性不盡人意。但從“十三五”期間的柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展來看，與“十二五”期間已經(jīng)有了長足的進(jìn)步，其中電控高壓燃油噴射技術(shù)、增壓中冷及電控供油技術(shù)等大量先進(jìn)技術(shù)在我國自主柴油機(jī)產(chǎn)品上得到應(yīng)用，進(jìn)一步拉近了自主先進(jìn)柴油機(jī)產(chǎn)品的國際差距。

1.2 組成與結(jié)構(gòu)

柴油機(jī)主要是以柴油作為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，通過將汽缸內(nèi)部的空氣壓縮至600～700 ℃后將柴油油霧噴入汽缸遇到高溫空氣燃燒做功，推動(dòng)活塞及連桿運(yùn)動(dòng)，將燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能輸出。柴油機(jī)的主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.正時(shí)皮帶；2.凸輪軸正時(shí)帶輪；3.排氣門；4.汽缸；5.水泵；6.水泵同步帶；7.曲軸；8.曲軸同步帶輪；9機(jī)油泵鏈條；10.機(jī)油泵；11.油底殼；12.連桿；13.機(jī)油濾清器；14.限壓閥；15.活塞；16.進(jìn)氣門；17.噴油器；18.汽缸蓋；19.液壓挺柱；20.凸輪軸圖1 柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)組成

柴油機(jī)主要包括以下幾大部分：一是配氣機(jī)構(gòu)，主要包括進(jìn)氣門、排氣門、正時(shí)皮帶、凸輪軸正時(shí)帶輪、凸輪軸、液壓挺柱等，用以控制氣體進(jìn)入和排出發(fā)動(dòng)機(jī)；二是曲柄連桿機(jī)構(gòu)，包括曲軸、活塞、連桿等；三是柴油供給系統(tǒng)，包括噴油器主體及其附屬管路；四是潤滑系，主要包括機(jī)油泵、限壓閥、機(jī)油濾清器等；五是冷卻系，包括水泵及輸液管路；六是機(jī)體組件，主要包括汽缸體、汽缸蓋、油底殼等。

柴油機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用具有以下優(yōu)勢：一是使用成本較低，柴油機(jī)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用具有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性，且日常維護(hù)保養(yǎng)的成本不高，通用配件供應(yīng)充足；二是具備良好的可靠性，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境相對惡劣，農(nóng)機(jī)使用常受到復(fù)雜的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、粉塵、振動(dòng)影響，而柴油機(jī)技術(shù)成熟，能夠勝任農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較長時(shí)間的集中工作任務(wù)；三是工作模式多樣化，能夠適應(yīng)耕整地、播種、收獲等不同的動(dòng)力模式需求，動(dòng)力儲備性好，能夠保證動(dòng)力連續(xù)高效供給。

2 柴油機(jī)供油系統(tǒng)

供油系統(tǒng)是農(nóng)用柴油機(jī)的重要功能部分，承擔(dān)著柴油的存儲、過濾、供給等功能。供油系統(tǒng)與配氣機(jī)構(gòu)和曲柄連桿機(jī)構(gòu)共同組成柴油機(jī)的燃燒系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)換的主體結(jié)構(gòu)。供油系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括調(diào)速器、噴油泵、噴油器、輸油泵、高壓油管、回油管、油箱、粗濾器、精濾器等。供油系統(tǒng)工作時(shí)，柴油經(jīng)過粗濾器進(jìn)入輸油泵后進(jìn)入精濾器，過濾后的柴油在噴油泵中被增壓，高壓柴油經(jīng)過高壓油管進(jìn)入噴油器，再通過噴油器將燃油霧化并噴入汽缸參與燃燒。供油系統(tǒng)的供油質(zhì)量對于燃燒過程的影響很大，正常情況下，供油系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)按時(shí)、定量將標(biāo)準(zhǔn)壓力下的霧化柴油噴入汽缸參與燃燒，并在停止噴油時(shí)迅速切斷燃油的供給，避免出現(xiàn)滴漏。供油系統(tǒng)不僅能保證燃燒做功，還能保證柴油利用率、燃油經(jīng)濟(jì)性，以及環(huán)保性，保證柴油機(jī)源源不斷輸出充沛動(dòng)力?，F(xiàn)階段使用的供油系統(tǒng)根據(jù)噴油器的不同，在技術(shù)上也存在一定差異，常用技術(shù)包括孔式噴油器技術(shù)、軸針式噴油器技術(shù)、電磁閥式噴油器技術(shù)等，不同的噴油器技術(shù)在預(yù)防積碳、降低噪音、改善排放等方面存在一定的差異。此外，供油系統(tǒng)的噴油泵也包括直列式噴油泵、軸向壓縮轉(zhuǎn)子式分配泵等多種類型，直列式噴油泵應(yīng)用時(shí)間較長，具有性能可靠、成本低、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，軸向壓縮轉(zhuǎn)子式分配泵能實(shí)現(xiàn)更小的空間提供更充足的燃油供給，更適合功率更大的新型電控柴油機(jī)。

1.調(diào)速器；2.噴油泵；3.高壓油管；4.噴油器；5.回油管；6.油箱；7.粗濾器；8.輸油泵；9.精濾器圖2 供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

3 常見故障問題與維修技術(shù)

3.1 常見故障種類

常見的供油系統(tǒng)故障問題及發(fā)生概率(不完全統(tǒng)計(jì))如圖3所示，常見的故障問題集中在噴油泵、噴油器及輸油泵等位置，供油系統(tǒng)的常見故障以堵塞、磨損為主[1]。

圖3 供油系統(tǒng)常見故障及發(fā)生率

3.2 常見故障與維修

3.2.1 供油功能故障

供油功能故障是供油常見的故障形式，導(dǎo)致供油功能故障的原因是多方面的，包括濾清器堵塞、油路存有空氣、噴油泵偶件磨損等。供油功能故障表現(xiàn)為供油系統(tǒng)供油量不足或不供油，影響柴油機(jī)的正常啟動(dòng)和燃燒性能。

對于供油功能故障首先應(yīng)查看油箱是否缺油，排除油量不足問題后檢查濾清器及油路是否存在堵塞。將低壓油管拆開，檢查油路是否通暢，并查看油路中冒出的柴油是否存在大量氣泡。若油路堵塞，應(yīng)及時(shí)清理，若油路中存在空氣，應(yīng)先查明進(jìn)入空氣的原因，并將油路逐段排氣，通常先排除低壓油路空氣，再排除高壓油路空氣。若發(fā)現(xiàn)柴油濾清器出現(xiàn)堵塞，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行濾芯清理或更換新的濾芯。供油功能故障還可能是噴油泵故障導(dǎo)致的，當(dāng)噴油泵偶件因長期使用出現(xiàn)磨損，會導(dǎo)致供油量明顯下降，此時(shí)應(yīng)更換新的噴油泵偶件[2]。

3.2.2 噴油時(shí)機(jī)故障

噴油時(shí)機(jī)不正確是供油系統(tǒng)的另一個(gè)常見故障，噴油時(shí)機(jī)不正確會造成柴油進(jìn)入汽缸后燃燒不充分，嚴(yán)重時(shí)會造成排氣異常。噴油時(shí)機(jī)主要受供油提前角的控制，當(dāng)供油提前角過大，會導(dǎo)致噴油時(shí)機(jī)提前，混合氣燃燒不充分造成有效壓力下降，動(dòng)力性能和排氣質(zhì)量下降；若供油提前角過小，導(dǎo)致噴油時(shí)機(jī)滯后，柴油油霧達(dá)不到最佳燃燒時(shí)長，導(dǎo)致部分柴油未燃燒就被排出，導(dǎo)致油耗增加和功率下降，噴油時(shí)機(jī)過早或過晚都可能造成排氣冒黑煙問題。

不同型號的柴油機(jī)供油提前角也不相同，因此應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行供油提前角的調(diào)整。在調(diào)整供油提前角時(shí)，應(yīng)先將噴油泵一端的高壓油管螺母拆下，并將另一端的高壓油管螺母擰松，旋轉(zhuǎn)高壓油管至管口朝上后將高壓油管螺母擰緊。轉(zhuǎn)動(dòng)飛輪并觀察高壓油管內(nèi)的柴油狀態(tài)，當(dāng)油面有上升趨勢時(shí)，查看供油刻線是否對準(zhǔn)標(biāo)定的刻線，可通過增減噴油泵與齒輪室蓋之間的墊片實(shí)現(xiàn)對供油提前角的調(diào)整。通常每增加或減少一片0.1 mm的墊片，可使供油提前角增加或減少1.5°～2°[3]。

3.3.3 噴油器滴油故障

噴油器滴油故障多是由于針閥偶件磨損造成的，由于在柴油機(jī)使用過程中，針閥偶件長期受到頻繁的沖擊載荷作用，會造針錐面出現(xiàn)磨損問題，嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生刻痕或斑點(diǎn)，造成密封性能下降，從而出現(xiàn)滴油故障。

對于滴油故障，應(yīng)先拆卸噴油器的緊固座和出油閥彈簧，用力壓緊出油閥并打開節(jié)氣門，搖轉(zhuǎn)曲軸感受壓力狀態(tài)，若出油閥位置只有較小的頂出力，并出現(xiàn)柴油滲出、滴漏問題，說明針閥偶件磨損嚴(yán)重，應(yīng)對其進(jìn)行成套更換[4]。

3.3.4 輸油泵故障

輸油泵是驅(qū)動(dòng)柴油在低壓油路內(nèi)循環(huán)的動(dòng)力裝置，實(shí)際使用過程中，常因維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)造成輸油泵堵塞、進(jìn)油量不足等問題，影響供油質(zhì)量。

對于輸油泵的功能異常，應(yīng)首先檢查粗濾器的過濾網(wǎng)是否堵塞或磨損，并查看輸油泵各處的密封墊片是否完好，發(fā)現(xiàn)密封性能降低或油液滲漏應(yīng)及時(shí)更換墊片。檢查輸油泵內(nèi)部的進(jìn)油閥彈簧、出油閥彈簧、活塞彈簧、挺桿彈簧的功能是否正常，發(fā)現(xiàn)彈簧彈力下降或折斷應(yīng)及時(shí)更換[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，供油系統(tǒng)對于柴油機(jī)的性能影響很大，而供油系統(tǒng)受到復(fù)雜的工作環(huán)境影響，其故障量占柴油機(jī)整體故障量的25%～30%，因此，利用供油系統(tǒng)的功能和原理，合理進(jìn)行供油系統(tǒng)的故障維護(hù)與修理，能更好的保障柴油機(jī)的使用狀態(tài)，使其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮更大的效能。

(05)