淺析小型農(nóng)用柴油機(jī)基本工作原理與工作過程

于會洋

小型農(nóng)用柴油機(jī)在我縣使用十分廣泛，如何使廣大農(nóng)機(jī)用戶真正了解柴油機(jī)的構(gòu)造、原理及工作過程，使其在出現(xiàn)故障時(shí)能夠自己有效地進(jìn)行及時(shí)維修，不耽誤農(nóng)活，對此，結(jié)合我在農(nóng)機(jī)部門多年的工作實(shí)際，對此進(jìn)行簡要分析。柴油機(jī)的基本工作原理，就是把燃油（柴油）燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)動而向外作功。因?yàn)椴裼桶l(fā)動機(jī)（簡稱柴油機(jī)）是用不容易揮發(fā)的柴油做為燃油。

一、小型農(nóng)用柴油機(jī)進(jìn)氣行程分析

在我縣，農(nóng)村使用的小型農(nóng)用柴油機(jī)多數(shù)是單缸四行程柴油機(jī)。所謂單缸是指柴油機(jī)的氣缸數(shù)為一個(gè)；所謂四行程指的是柴油機(jī)曲軸要轉(zhuǎn)動兩圈才能完成一個(gè)工作循環(huán)，即進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)行程。單缸柴油機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，耗油量少，且運(yùn)行費(fèi)用低廉。所以在我縣的廣大農(nóng)村小拖拉機(jī)、三輪農(nóng)用運(yùn)輸車以及排灌、農(nóng)副產(chǎn)品加工中被普遍使用。柴油機(jī)工作時(shí)是將柴油（燃料）燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，因?yàn)椴裼椭苯釉诓裼蜋C(jī)內(nèi)部（氣缸內(nèi)）燃燒，所以又稱為內(nèi)燃機(jī)。柴油機(jī)在正常工作時(shí)，靠曲軸旋轉(zhuǎn)的帶動，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動。這時(shí)由配氣機(jī)構(gòu)使進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉。隨著活塞的上下移動（主要是向下移動），氣缸內(nèi)容積逐漸加大，造成真空吸力，新鮮空氣不斷地從進(jìn)氣閥門被吸入氣缸內(nèi)。活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣行程結(jié)束，進(jìn)氣門隨之而來被關(guān)閉。此時(shí)氣缸內(nèi)的氣體壓力為78.5～88.2千帕（0.8～0.9千克力/立方厘米），溫度為50～70℃。對進(jìn)氣行程的要求是進(jìn)氣要充分，進(jìn)氣量越多越好，即充氣系數(shù)越大。

二、小型農(nóng)用柴油機(jī)壓縮沖程分析

在農(nóng)業(yè)機(jī)械正常工作時(shí)，柴油機(jī)的曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，帶動活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動。這時(shí)，進(jìn)氣和排氣閥門都關(guān)閉，氣缸內(nèi)的空氣逐漸被壓縮，壓力和溫度不斷升高。柴油機(jī)一般都具有較大的壓縮比，壓縮終了時(shí)，氣缸中的壓力可達(dá)2940～4900千帕（30～50千克力/立方厘米），溫度可達(dá)到500～600℃（比柴油的自燃溫度要高200—300℃）。對于壓縮行程的要求是氣門關(guān)閉要嚴(yán)，氣缸和活塞之間密封性要好，千萬不能漏氣。

三、小型農(nóng)用柴油機(jī)作功行程分析

這個(gè)行程也叫做燃燒膨脹行程，是指在柴油機(jī)工作時(shí)，當(dāng)壓縮行程接近終了時(shí)，噴油器將柴油以細(xì)小的油霧狀態(tài)噴入氣缸內(nèi)。這些油霧在高溫下很快蒸發(fā)，與氣缸中的空氣混合成為可燃性的混合氣體。經(jīng)過很短的一段著火準(zhǔn)備階段，當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，可燃混合氣在高溫下立即自燃，放出大量熱量，使氣缸內(nèi)氣體的溫度和壓力急劇上升，其最高值可達(dá)5900～8800千帕（60～90千克力/立方厘米），溫度升高到1700～2000℃。此時(shí)進(jìn)、排氣門都是關(guān)閉的，高溫高壓的氣體因膨脹而產(chǎn)生的巨大推力，推動活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動，再通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)使曲軸旋轉(zhuǎn)，將可燃混合氣燃燒發(fā)出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊⑶S的機(jī)械運(yùn)動，而向外作功。隨著活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動，氣缸容積逐漸擴(kuò)大，氣缸內(nèi)氣體的壓力和溫度也相應(yīng)降低。

四、小型農(nóng)用柴油機(jī)排氣行程分析

柴油機(jī)工作中，在飛輪慣性的作用下，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，通過連桿帶動活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動。此時(shí)排氣閥門打開，進(jìn)氣閥門依然關(guān)閉，燃燒后的廢氣被向上運(yùn)動的活塞驅(qū)趕，從排氣門排出。對排氣行程的要求是排氣要干凈，殘留在氣缸內(nèi)的廢氣越少越好。排氣行程結(jié)束后，即活塞到達(dá)上止點(diǎn)后，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞又開始從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動，開始下一個(gè)進(jìn)氣行程。柴油機(jī)每進(jìn)行一次進(jìn)氣—壓縮—作功—排氣的過程，叫做一個(gè)工作循環(huán)。在這個(gè)循環(huán)中，曲軸轉(zhuǎn)動了兩圈，經(jīng)歷了四個(gè)行程，所以稱這種柴油機(jī)為四行程柴油機(jī)。在一個(gè)工作循環(huán)中，曲軸轉(zhuǎn)動了兩圈，經(jīng)歷了四個(gè)行程，而只有一個(gè)（作功）行程是由活塞帶動曲軸旋轉(zhuǎn)來作功的。其他三個(gè)行程都是為作功準(zhǔn)備的，需要由曲軸帶動活塞運(yùn)動。那么，在不作功的三個(gè)行程中，曲軸的動力又是從何而來的呢？原來，在曲軸一端裝有一個(gè)飛輪，在作功行程，膨脹的氣體通過連桿使曲軸加速旋轉(zhuǎn)，飛輪隨之而來也會加速旋轉(zhuǎn)，這樣一來就會產(chǎn)生一定的運(yùn)動慣性力。而在非作功的三個(gè)行程中，活塞就是由曲軸和飛輪的慣性力帶動完成的。

單缸柴油機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)動兩圈半只有半圈作功，所以會產(chǎn)生較大的震動，曲軸旋轉(zhuǎn)也不平衡。而多缸的柴油機(jī)則可以通過正確排列和合理確定各缸的工作順序，使各缸的作功行程相互交錯(cuò)，這樣一來，就大大提高了曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。endprint