農(nóng)用柴油機(jī)性能影響因素與技術(shù)提升途徑

張 莉

(隴西縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，甘肅 隴西 748100)

0 引言

近年來，在國家政策的大力支持和科技水平的快速發(fā)展下，農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了持續(xù)升級(jí)，尤其隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程機(jī)械化的逐漸普及，農(nóng)業(yè)機(jī)械的需求量進(jìn)一步提升，農(nóng)機(jī)裝備正全面覆蓋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程。農(nóng)用柴油機(jī)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用最多的動(dòng)力機(jī)械，其在生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用。但在柴油機(jī)日常使用的過程中，由于使用時(shí)間的延長(zhǎng)和工作量的增多，柴油機(jī)會(huì)因?yàn)槎喾N不同原因出現(xiàn)性能異常，表現(xiàn)為柴油機(jī)動(dòng)力減弱、燃油消耗量增加等，影響柴油機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的性能發(fā)揮。因此，從農(nóng)用柴油機(jī)在生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)際使用規(guī)律，總結(jié)影響柴油機(jī)的性能因素，做到有針對(duì)性的技術(shù)提升十分必要。

1 農(nóng)用柴油機(jī)技術(shù)特征

1.1 技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，柴油機(jī)在農(nóng)業(yè)主流機(jī)械產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，其具有扭矩大、經(jīng)濟(jì)性好、技術(shù)可靠等優(yōu)點(diǎn)，在拖拉機(jī)、收割機(jī)、植保機(jī)械及農(nóng)田灌溉等農(nóng)機(jī)設(shè)備上發(fā)揮了重要的作用。我國的農(nóng)用柴油機(jī)產(chǎn)品體系已經(jīng)日趨完善，農(nóng)機(jī)市場(chǎng)銷售和農(nóng)業(yè)機(jī)械中使用的柴油機(jī)涵蓋單缸、雙缸、多缸柴油機(jī)的多種配套動(dòng)力，能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)力需求。隨著國家對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械排放要求的升級(jí)，我國農(nóng)用柴油機(jī)產(chǎn)品也實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的快速改良與優(yōu)化，在改善排放污染質(zhì)量的同時(shí)，柴油機(jī)整體的性能、能源利用率也明顯提升。且在“十三五”期間，150 kW以上的大馬力柴油機(jī)應(yīng)用量得到快速提高，為我國農(nóng)業(yè)機(jī)械向大型化和先進(jìn)化發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。以大型谷物聯(lián)合收獲機(jī)、大馬力拖拉機(jī)為主的大型機(jī)械中應(yīng)用自主柴油機(jī)技術(shù)有效降低了農(nóng)機(jī)銷售價(jià)格，提升了大型先進(jìn)機(jī)型的市場(chǎng)占比。但相對(duì)來看，我國農(nóng)用柴油機(jī)在結(jié)構(gòu)合理性、電控技術(shù)應(yīng)用、柴油機(jī)與農(nóng)機(jī)匹配等方面與發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)產(chǎn)品還存在一定的差距[1]。

1.2 工作原理

柴油機(jī)工作過程的主要目的是將柴油燃燒產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的輸出。柴油機(jī)屬于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作過程主要包括進(jìn)氣、壓縮、燃燒做功、排氣四個(gè)主要環(huán)節(jié)，農(nóng)用柴油機(jī)日常使用時(shí)，進(jìn)氣、壓縮、燃燒做功、排氣的環(huán)節(jié)循環(huán)往復(fù)進(jìn)行，能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械或其他設(shè)備提供持續(xù)的動(dòng)力供給。進(jìn)氣環(huán)節(jié)是柴油機(jī)工作的起始環(huán)節(jié)，工作時(shí)活塞下移增大汽缸內(nèi)部空間，并形成真空吸力，進(jìn)氣門開啟，將空氣吸入汽缸內(nèi)部；壓縮環(huán)節(jié)是利用曲軸連續(xù)帶動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)進(jìn)氣門、排氣門關(guān)閉確?？諝鈮嚎s過程的密封性，因壓縮做功，汽缸內(nèi)溫度不斷上升，形成高溫高壓的待燃燒環(huán)境；燃燒做功環(huán)節(jié)是在壓縮環(huán)節(jié)即將完成時(shí)，被霧化的柴油被迅速噴入汽缸內(nèi)，并在高溫下快速轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵馀c空氣混合燃燒，隨著汽缸內(nèi)溫度和壓力的提升，推動(dòng)活塞下行，并帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)輸出動(dòng)力；排氣環(huán)節(jié)是利用飛輪慣性力帶動(dòng)曲軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，將活塞推回到上止點(diǎn)，此過程進(jìn)氣門關(guān)閉、排氣門開啟，廢氣由排氣門排出汽缸，進(jìn)而開啟下一個(gè)循環(huán)[2]。

2 性能異常的典型表現(xiàn)

2.1 動(dòng)力下降

柴油機(jī)的動(dòng)力下降主要表現(xiàn)為隨著農(nóng)機(jī)使用時(shí)間的延長(zhǎng)，柴油機(jī)輸出的動(dòng)力明顯降低，表現(xiàn)為農(nóng)機(jī)作業(yè)過程中的牽引力不足、轉(zhuǎn)速不夠等故障問題，在一定程度上影響柴油機(jī)的工作效率。

2.2 平穩(wěn)性降低

柴油機(jī)在正常工作狀態(tài)下能夠很好地控制機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的振動(dòng)、噪音，隨著柴油機(jī)使用時(shí)間的延長(zhǎng)，因?yàn)榱悴考哪p、損壞等原因易造成機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性下降，從而表現(xiàn)為柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)異常振動(dòng)、敲擊聲、顫抖等問題。

2.3 能耗上升

當(dāng)柴油機(jī)的性能狀態(tài)逐漸下降，其冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)所能起到的作用也相應(yīng)降低，機(jī)械零部件磨損導(dǎo)致機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程摩擦力增大，近而導(dǎo)致燃燒作功部分被無用的磨擦、生熱所消耗，使能源的實(shí)際利用率明顯降低，燃油消耗量相應(yīng)上升。

2.4 排放性能降低

當(dāng)柴油機(jī)的性能出現(xiàn)異常，常伴隨燃燒質(zhì)量的下降，柴油的不安全燃燒會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)排放產(chǎn)生更多的顆粒、有害氣體等污染，不利于柴油機(jī)使用過程的環(huán)境保護(hù)[3]。

3 農(nóng)用柴油機(jī)性能影響因素

3.1 供油系統(tǒng)的技術(shù)性影響

供油系統(tǒng)是柴油供給的重要系統(tǒng)，其工作性能對(duì)于柴油機(jī)整體性能影響很大，常見的因供油系統(tǒng)影響柴油機(jī)性能的因素包括以下幾點(diǎn)。

3.1.1 柴油霧化質(zhì)量

霧化質(zhì)量是影響燃燒作功的重要因素，柴油機(jī)的霧化質(zhì)量主要受到噴油器性能的影響，若噴油器出現(xiàn)損壞或堵塞問題，則會(huì)造成柴油霧化質(zhì)量下降、燃燒室內(nèi)不能有效形成可燃混合氣，造成柴油不能充分燃燒，使柴油機(jī)出現(xiàn)動(dòng)力性降低、燃油消耗率上升、排氣異常等問題，因此應(yīng)對(duì)損壞的噴油器或堵塞的噴油嘴進(jìn)行及時(shí)的維修和更換，確保霧化質(zhì)量。

3.1.2 供油量

適量供油是保證柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要前提，但在柴油機(jī)使用過程中可能因?yàn)槎喾N因素造成供油量不足的問題，近而影響柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，造成動(dòng)力下降等問題。供油量異常的常見原因如油路堵塞、空氣氣阻、柴油濾清器堵塞等，當(dāng)發(fā)現(xiàn)供油量不足時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)排除堵塞或氣阻問題，確保供油的連續(xù)性。

3.1.3 供油時(shí)機(jī)

供油時(shí)機(jī)是保障柴油適時(shí)燃燒作功的前提，為確保柴油油霧與空氣有恰當(dāng)?shù)幕旌蠒r(shí)間，因此應(yīng)將噴油時(shí)機(jī)適當(dāng)提前，以保證活塞到達(dá)上止點(diǎn)位置時(shí)油氣混合均勻，從而最大限度的燃燒，使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。若供油時(shí)機(jī)不恰當(dāng)，則會(huì)顯著降低熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率，因此應(yīng)對(duì)供油提前角進(jìn)行合理調(diào)整，以保證供油時(shí)間的準(zhǔn)確性。

3.2 配氣機(jī)構(gòu)的技術(shù)性影響

配氣機(jī)構(gòu)是向燃燒室供應(yīng)空氣并排出廢氣的機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)對(duì)柴油機(jī)性能的影響包括以下幾方面。

3.2.1 氣門間隙影響

氣門間隙對(duì)于進(jìn)排氣的時(shí)機(jī)影響很大，柴油機(jī)作為精密的動(dòng)力機(jī)械，需要進(jìn)氣門與排氣門在最適合的時(shí)機(jī)開啟與關(guān)閉，以保證油氣混合的合理性。此外，若氣門間隙調(diào)整不當(dāng)，還可能影響燃燒室的密封性，導(dǎo)致燃燒作功過程的壓力不足或部分熱量散失，造成柴油機(jī)動(dòng)力性能降低，溫度異常升高或油耗增加，因此應(yīng)重視對(duì)進(jìn)排氣門間隙的合理化調(diào)整[4]。

3.2.2 空氣濾清器狀態(tài)的影響

空氣濾清器的主要作用是過濾空氣中的雜質(zhì)，確保進(jìn)入汽缸參與燃燒空氣的潔凈。若空氣濾清器因長(zhǎng)期使用出現(xiàn)堵塞，會(huì)造成進(jìn)氣量降低，從而影響柴油機(jī)的燃燒性能，引起動(dòng)力下降、油耗升高等問題；此外，若空氣濾清器出現(xiàn)破損，也會(huì)造成空氣中的粉塵、雜質(zhì)等進(jìn)入燃燒室，導(dǎo)致活塞等密封原件磨損加劇，影響柴油機(jī)的使用壽命和動(dòng)力性能。因此，應(yīng)重視對(duì)空氣濾清器等的清潔和更換。

3.3 燃燒系統(tǒng)的技術(shù)性影響

燃燒系統(tǒng)是柴油燃燒將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的重要系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)的技術(shù)性對(duì)于柴油機(jī)的整體性能影響很大。

3.3.1 活塞組磨損或損壞

在燃燒系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，受到高溫高壓及沖擊載荷等影響，活塞組中的活塞環(huán)、汽缸套等易產(chǎn)生磨損問題導(dǎo)致燃燒室密封性能下降，引起柴油機(jī)的動(dòng)力不足，嚴(yán)重時(shí)甚至造成機(jī)油進(jìn)入燃燒室參與燃燒，出現(xiàn)排氣“冒藍(lán)煙”現(xiàn)象?；钊M的磨損問題必須及時(shí)處理，以免因磨損、拉傷等問題引起更嚴(yán)重的機(jī)械故障。

3.3.2 氣環(huán)損壞或失效

氣環(huán)是柴油機(jī)燃燒室的重要密封原件，其性能良好才能保證柴油在適當(dāng)?shù)撵F化狀態(tài)下燃燒作功，但在高溫高壓的環(huán)境中使用，氣環(huán)也能夠出現(xiàn)彈性下降、雜質(zhì)累積等問題，影響密封性能，因此應(yīng)重視對(duì)于氣環(huán)的清理和更換。

3.3.3 積碳問題

在柴油機(jī)使用過程中，由于機(jī)油的持續(xù)潤(rùn)滑作用，會(huì)不可避免地在燃燒室積累積碳，當(dāng)積碳累積過多而沒有被及時(shí)清理，會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)的功能出現(xiàn)多方面的異常。積碳累積可能造成進(jìn)氣門和排氣門無法徹底關(guān)閉，或造成氣環(huán)在活塞環(huán)內(nèi)粘結(jié)，導(dǎo)致燃燒室的整體密封性明顯下降，造成燃燒質(zhì)量降低，影響柴油機(jī)動(dòng)力、排氣、燃油利用率等性能。此外，積碳累積還可能造成噴油器的噴油嘴堵塞，影響柴油霧化效果，導(dǎo)致燃燒不充分，降低柴油機(jī)性能[5]。

3.4 冷卻系統(tǒng)的技術(shù)性影響

冷卻系統(tǒng)是柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的輔助系統(tǒng)，其能夠?yàn)椴裼蜋C(jī)的長(zhǎng)期運(yùn)行提供良好的工作環(huán)境，避免出現(xiàn)溫度過高，影響機(jī)械性能和壽命的問題，柴油機(jī)的冷卻系統(tǒng)包括風(fēng)冷和水冷兩大部分。冷卻系統(tǒng)的功能異常會(huì)造成柴油機(jī)溫度持續(xù)升高，導(dǎo)致零部件的機(jī)械狀態(tài)和潤(rùn)滑效果降低，嚴(yán)重影響柴油機(jī)的動(dòng)力輸出和使用壽命。冷卻系統(tǒng)常見的性能異常包括：冷卻液循環(huán)不暢、風(fēng)機(jī)故障、散熱器贓污或堵塞等，柴油機(jī)使用過程應(yīng)重視對(duì)冷卻系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)，確保冷卻系統(tǒng)始終處于正常狀態(tài)下工作。

3.5 潤(rùn)滑系統(tǒng)的技術(shù)性影響

潤(rùn)滑系統(tǒng)是柴油機(jī)各部件運(yùn)行過程的輔助潤(rùn)滑系統(tǒng)，柴油機(jī)主要以機(jī)油潤(rùn)滑為主，合理的潤(rùn)滑能有效保證各個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)部件的使用壽命。當(dāng)柴油機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題時(shí)，常表現(xiàn)為潤(rùn)滑質(zhì)量的降低，導(dǎo)致出現(xiàn)摩擦力增大，引起各個(gè)汽缸運(yùn)行阻力的全面增加，同時(shí)會(huì)降低重要運(yùn)轉(zhuǎn)部件的使用壽命，導(dǎo)致活塞、汽缸壁等出現(xiàn)磨損，引起密封性能下降，并導(dǎo)致柴油機(jī)整體的性能出現(xiàn)異常。

4 農(nóng)用柴油機(jī)的性能優(yōu)化

4.1 現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用

柴油機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中要發(fā)揮更高的效率，必須在成熟的機(jī)械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上引進(jìn)更多的現(xiàn)代化技術(shù)，做好柴油機(jī)與電控技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)的結(jié)合，并在農(nóng)用柴油機(jī)中進(jìn)一步普及渦輪增壓、高壓共軌、可變氣門正時(shí)等技術(shù)，確保柴油機(jī)在性能可靠的前提下具有更合理的運(yùn)行邏輯。

4.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化與制造技術(shù)提升

在現(xiàn)階段柴油機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，要重視農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用過程中出現(xiàn)的問題，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研發(fā)角度有針對(duì)性地進(jìn)行技術(shù)升級(jí)與問題處理，使柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)與功能實(shí)現(xiàn)日趨完善。同時(shí)，柴油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)要重視生產(chǎn)制造和成套裝配設(shè)備的引進(jìn)，確保柴油機(jī)零部件的加工精度和裝配精度，避免制造裝配過程的不合理因素，影響柴油機(jī)的使用性能[6]。

4.3 使用方式的合理化

農(nóng)業(yè)管理部門要重視對(duì)農(nóng)民的技術(shù)培訓(xùn)工作，提高農(nóng)用柴油機(jī)使用過程的合理性，只有農(nóng)民充分了解柴油機(jī)的使用原理和要求，才能避免農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)超負(fù)荷使用、不規(guī)范保養(yǎng)等問題，更有利于保障農(nóng)用柴油機(jī)的良好技術(shù)狀態(tài)。

4.4 故障預(yù)防與檢測(cè)維修

維修保養(yǎng)工作是柴油機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定使用的前提，在農(nóng)用柴油機(jī)使用的過程中要做好按照保養(yǎng)手冊(cè)的要求進(jìn)行定期規(guī)范的保養(yǎng)，并在保養(yǎng)過程中對(duì)柴油機(jī)的易損部件進(jìn)行檢查，及時(shí)更換老化的密封件或損壞的傳動(dòng)零件，并在柴油機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)、噪音、升溫、排氣故障等問題時(shí)，選擇合理規(guī)范的途徑進(jìn)行維修，以保證復(fù)雜問題的及時(shí)妥善解決。

5 結(jié)語

綜上所述，柴油機(jī)在農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)的過程中發(fā)揮了巨大作用，其已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)機(jī)械不可或缺的組成部分，隨著柴油機(jī)技術(shù)的不斷提升，其性能也將實(shí)現(xiàn)不斷的優(yōu)化，但面對(duì)復(fù)雜的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式，柴油機(jī)應(yīng)用過程需考慮的問題仍十分復(fù)雜，應(yīng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)用柴油機(jī)與我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最佳匹配，還有大量的技術(shù)工作要做。