農用柴油機性能影響因素與技術提升途徑

張 莉

(隴西縣農業農村局，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展下，農機產業實現了持續升級，尤其隨著農業生產全程機械化的逐漸普及，農業機械的需求量進一步提升，農機裝備正全面覆蓋農業生產的全過程。農用柴油機作為農業生產中使用最多的動力機械，其在生產的各個環節發揮著重要作用。但在柴油機日常使用的過程中，由于使用時間的延長和工作量的增多，柴油機會因為多種不同原因出現性能異常，表現為柴油機動力減弱、燃油消耗量增加等，影響柴油機在農業生產中的性能發揮。因此，從農用柴油機在生產實踐中的實際使用規律，總結影響柴油機的性能因素，做到有針對性的技術提升十分必要。

1 農用柴油機技術特征

1.1 技術現狀

現階段，柴油機在農業主流機械產品中應用廣泛，其具有扭矩大、經濟性好、技術可靠等優點，在拖拉機、收割機、植保機械及農田灌溉等農機設備上發揮了重要的作用。我國的農用柴油機產品體系已經日趨完善，農機市場銷售和農業機械中使用的柴油機涵蓋單缸、雙缸、多缸柴油機的多種配套動力，能夠滿足農業生產的動力需求。隨著國家對農業機械排放要求的升級，我國農用柴油機產品也實現了技術的快速改良與優化，在改善排放污染質量的同時，柴油機整體的性能、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應用量得到快速提高，為我國農業機械向大型化和先進化發展創造了有利條件。以大型谷物聯合收獲機、大馬力拖拉機為主的大型機械中應用自主柴油機技術有效降低了農機銷售價格，提升了大型先進機型的市場占比。但相對來看，我國農用柴油機在結構合理性、電控技術應用、柴油機與農機匹配等方面與發達國家的先進產品還存在一定的差距[1]。

1.2 工作原理

柴油機工作過程的主要目的是將柴油燃燒產生的能量轉化為機械運轉的動能，實現動力的輸出。柴油機屬于壓燃式發動機，其工作過程主要包括進氣、壓縮、燃燒做功、排氣四個主要環節，農用柴油機日常使用時，進氣、壓縮、燃燒做功、排氣的環節循環往復進行，能夠為農業機械或其他設備提供持續的動力供給。進氣環節是柴油機工作的起始環節，工作時活塞下移增大汽缸內部空間，并形成真空吸力，進氣門開啟，將空氣吸入汽缸內部；壓縮環節是利用曲軸連續帶動活塞向上運動，此時進氣門、排氣門關閉確保空氣壓縮過程的密封性，因壓縮做功，汽缸內溫度不斷上升，形成高溫高壓的待燃燒環境；燃燒做功環節是在壓縮環節即將完成時，被霧化的柴油被迅速噴入汽缸內，并在高溫下快速轉變為蒸氣與空氣混合燃燒，隨著汽缸內溫度和壓力的提升，推動活塞下行，并帶動曲軸轉動輸出動力；排氣環節是利用飛輪慣性力帶動曲軸繼續轉動，將活塞推回到上止點，此過程進氣門關閉、排氣門開啟，廢氣由排氣門排出汽缸，進而開啟下一個循環[2]。

2 性能異常的典型表現

2.1 動力下降

柴油機的動力下降主要表現為隨著農機使用時間的延長，柴油機輸出的動力明顯降低，表現為農機作業過程中的牽引力不足、轉速不夠等故障問題，在一定程度上影響柴油機的工作效率。

2.2 平穩性降低

柴油機在正常工作狀態下能夠很好地控制機械運轉過程中產生的振動、噪音，隨著柴油機使用時間的延長，因為零部件的磨損、損壞等原因易造成機械運轉的穩定性下降，從而表現為柴油機運轉過程中出現異常振動、敲擊聲、顫抖等問題。

2.3 能耗上升

當柴油機的性能狀態逐漸下降，其冷卻系統、潤滑系統所能起到的作用也相應降低，機械零部件磨損導致機械運轉過程摩擦力增大，近而導致燃燒作功部分被無用的磨擦、生熱所消耗，使能源的實際利用率明顯降低，燃油消耗量相應上升。

2.4 排放性能降低

當柴油機的性能出現異常，常伴隨燃燒質量的下降，柴油的不安全燃燒會導致柴油機排放產生更多的顆粒、有害氣體等污染，不利于柴油機使用過程的環境保護[3]。

3 農用柴油機性能影響因素

3.1 供油系統的技術性影響

供油系統是柴油供給的重要系統，其工作性能對于柴油機整體性能影響很大，常見的因供油系統影響柴油機性能的因素包括以下幾點。

3.1.1 柴油霧化質量

霧化質量是影響燃燒作功的重要因素，柴油機的霧化質量主要受到噴油器性能的影響，若噴油器出現損壞或堵塞問題，則會造成柴油霧化質量下降、燃燒室內不能有效形成可燃混合氣，造成柴油不能充分燃燒，使柴油機出現動力性降低、燃油消耗率上升、排氣異常等問題，因此應對損壞的噴油器或堵塞的噴油嘴進行及時的維修和更換，確保霧化質量。

3.1.2 供油量

適量供油是保證柴油機正常運轉的重要前提，但在柴油機使用過程中可能因為多種因素造成供油量不足的問題，近而影響柴油機的運轉效率，造成動力下降等問題。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，當發現供油量不足時，應當及時排除堵塞或氣阻問題，確保供油的連續性。

3.1.3 供油時機

供油時機是保障柴油適時燃燒作功的前提，為確保柴油油霧與空氣有恰當的混合時間，因此應將噴油時機適當提前，以保證活塞到達上止點位置時油氣混合均勻，從而最大限度的燃燒，使熱能轉化為機械能。若供油時機不恰當，則會顯著降低熱能轉化為機械能的效率，因此應對供油提前角進行合理調整，以保證供油時間的準確性。

3.2 配氣機構的技術性影響

配氣機構是向燃燒室供應空氣并排出廢氣的機構，配氣機構對柴油機性能的影響包括以下幾方面。

3.2.1 氣門間隙影響

氣門間隙對于進排氣的時機影響很大，柴油機作為精密的動力機械，需要進氣門與排氣門在最適合的時機開啟與關閉，以保證油氣混合的合理性。此外，若氣門間隙調整不當，還可能影響燃燒室的密封性，導致燃燒作功過程的壓力不足或部分熱量散失，造成柴油機動力性能降低，溫度異常升高或油耗增加，因此應重視對進排氣門間隙的合理化調整[4]。

3.2.2 空氣濾清器狀態的影響

空氣濾清器的主要作用是過濾空氣中的雜質，確保進入汽缸參與燃燒空氣的潔凈。若空氣濾清器因長期使用出現堵塞，會造成進氣量降低，從而影響柴油機的燃燒性能，引起動力下降、油耗升高等問題；此外，若空氣濾清器出現破損，也會造成空氣中的粉塵、雜質等進入燃燒室，導致活塞等密封原件磨損加劇，影響柴油機的使用壽命和動力性能。因此，應重視對空氣濾清器等的清潔和更換。

3.3 燃燒系統的技術性影響

燃燒系統是柴油燃燒將熱能轉換為機械能的重要系統，燃燒系統的技術性對于柴油機的整體性能影響很大。

3.3.1 活塞組磨損或損壞

在燃燒系統長期運轉的過程中，受到高溫高壓及沖擊載荷等影響，活塞組中的活塞環、汽缸套等易產生磨損問題導致燃燒室密封性能下降，引起柴油機的動力不足，嚴重時甚至造成機油進入燃燒室參與燃燒，出現排氣“冒藍煙”現象。活塞組的磨損問題必須及時處理，以免因磨損、拉傷等問題引起更嚴重的機械故障。

3.3.2 氣環損壞或失效

氣環是柴油機燃燒室的重要密封原件，其性能良好才能保證柴油在適當的霧化狀態下燃燒作功，但在高溫高壓的環境中使用，氣環也能夠出現彈性下降、雜質累積等問題，影響密封性能，因此應重視對于氣環的清理和更換。

3.3.3 積碳問題

在柴油機使用過程中，由于機油的持續潤滑作用，會不可避免地在燃燒室積累積碳，當積碳累積過多而沒有被及時清理，會導致柴油機的功能出現多方面的異常。積碳累積可能造成進氣門和排氣門無法徹底關閉，或造成氣環在活塞環內粘結，導致燃燒室的整體密封性明顯下降，造成燃燒質量降低，影響柴油機動力、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，導致燃燒不充分，降低柴油機性能[5]。

3.4 冷卻系統的技術性影響

冷卻系統是柴油機運轉的輔助系統，其能夠為柴油機的長期運行提供良好的工作環境，避免出現溫度過高，影響機械性能和壽命的問題，柴油機的冷卻系統包括風冷和水冷兩大部分。冷卻系統的功能異常會造成柴油機溫度持續升高，導致零部件的機械狀態和潤滑效果降低，嚴重影響柴油機的動力輸出和使用壽命。冷卻系統常見的性能異常包括：冷卻液循環不暢、風機故障、散熱器贓污或堵塞等，柴油機使用過程應重視對冷卻系統的維護和保養，確保冷卻系統始終處于正常狀態下工作。

3.5 潤滑系統的技術性影響

潤滑系統是柴油機各部件運行過程的輔助潤滑系統，柴油機主要以機油潤滑為主，合理的潤滑能有效保證各個運轉部件的使用壽命。當柴油機的潤滑系統出現故障問題時，常表現為潤滑質量的降低，導致出現摩擦力增大，引起各個汽缸運行阻力的全面增加，同時會降低重要運轉部件的使用壽命，導致活塞、汽缸壁等出現磨損，引起密封性能下降，并導致柴油機整體的性能出現異常。

4 農用柴油機的性能優化

4.1 現代化技術的應用

柴油機在農業生產中要發揮更高的效率，必須在成熟的機械結構基礎上引進更多的現代化技術，做好柴油機與電控技術、監測技術的結合，并在農用柴油機中進一步普及渦輪增壓、高壓共軌、可變氣門正時等技術，確保柴油機在性能可靠的前提下具有更合理的運行邏輯。

4.2 結構優化與制造技術提升

在現階段柴油機技術的基礎上，要重視農業生產使用過程中出現的問題，從產品設計的研發角度有針對性地進行技術升級與問題處理，使柴油機的結構與功能實現日趨完善。同時，柴油機生產企業要重視生產制造和成套裝配設備的引進，確保柴油機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，影響柴油機的使用性能[6]。

4.3 使用方式的合理化

農業管理部門要重視對農民的技術培訓工作，提高農用柴油機使用過程的合理性，只有農民充分了解柴油機的使用原理和要求，才能避免農業生產過程中出現超負荷使用、不規范保養等問題，更有利于保障農用柴油機的良好技術狀態。

4.4 故障預防與檢測維修

維修保養工作是柴油機長期穩定使用的前提，在農用柴油機使用的過程中要做好按照保養手冊的要求進行定期規范的保養，并在保養過程中對柴油機的易損部件進行檢查，及時更換老化的密封件或損壞的傳動零件，并在柴油機出現異常振動、噪音、升溫、排氣故障等問題時，選擇合理規范的途徑進行維修，以保證復雜問題的及時妥善解決。

5 結語

綜上所述，柴油機在農業機械化生產的過程中發揮了巨大作用，其已經成為農業機械不可或缺的組成部分，隨著柴油機技術的不斷提升，其性能也將實現不斷的優化，但面對復雜的農業生產形式，柴油機應用過程需考慮的問題仍十分復雜，應實現農用柴油機與我國農業生產的最佳匹配，還有大量的技術工作要做。