浅析小型农用柴油机基本工作原理与工作过程

于会洋

小型农用柴油机在我县使用十分广泛，如何使广大农机用户真正了解柴油机的构造、原理及工作过程，使其在出现故障时能够自己有效地进行及时维修，不耽误农活，对此，结合我在农机部门多年的工作实际，对此进行简要分析。柴油机的基本工作原理，就是把燃油（柴油）燃烧产生的热能转变为曲轴的转动而向外作功。因为柴油发动机（简称柴油机）是用不容易挥发的柴油做为燃油。

一、小型农用柴油机进气行程分析

在我县，农村使用的小型农用柴油机多数是单缸四行程柴油机。所谓单缸是指柴油机的气缸数为一个；所谓四行程指的是柴油机曲轴要转动两圈才能完成一个工作循环，即进气、压缩、作功、排气四个行程。单缸柴油机结构简单，耗油量少，且运行费用低廉。所以在我县的广大农村小拖拉机、三轮农用运输车以及排灌、农副产品加工中被普遍使用。柴油机工作时是将柴油（燃料）燃烧所产生的热能转化为机械能的装置，因为柴油直接在柴油机内部（气缸内）燃烧，所以又称为内燃机。柴油机在正常工作时，靠曲轴旋转的带动，活塞由上止点向下止点运动。这时由配气机构使进气门打开，排气门关闭。随着活塞的上下移动（主要是向下移动），气缸内容积逐渐加大，造成真空吸力，新鲜空气不断地从进气阀门被吸入气缸内。活塞到达下止点时，进气行程结束，进气门随之而来被关闭。此时气缸内的气体压力为78.5～88.2千帕（0.8～0.9千克力/立方厘米），温度为50～70℃。对进气行程的要求是进气要充分，进气量越多越好，即充气系数越大。

二、小型农用柴油机压缩冲程分析

在农业机械正常工作时，柴油机的曲轴继续旋转，带动活塞由下止点向上止点运动。这时，进气和排气阀门都关闭，气缸内的空气逐渐被压缩，压力和温度不断升高。柴油机一般都具有较大的压缩比，压缩终了时，气缸中的压力可达2940～4900千帕（30～50千克力/立方厘米），温度可达到500～600℃（比柴油的自燃温度要高200—300℃）。对于压缩行程的要求是气门关闭要严，气缸和活塞之间密封性要好，千万不能漏气。

三、小型农用柴油机作功行程分析

这个行程也叫做燃烧膨胀行程，是指在柴油机工作时，当压缩行程接近终了时，喷油器将柴油以细小的油雾状态喷入气缸内。这些油雾在高温下很快蒸发，与气缸中的空气混合成为可燃性的混合气体。经过很短的一段着火准备阶段，当活塞接近上止点时，可燃混合气在高温下立即自燃，放出大量热量，使气缸内气体的温度和压力急剧上升，其最高值可达5900～8800千帕（60～90千克力/立方厘米），温度升高到1700～2000℃。此时进、排气门都是关闭的，高温高压的气体因膨胀而产生的巨大推力，推动活塞从上止点向下止点运动，再通过曲柄连杆机构使曲轴旋转，将可燃混合气燃烧发出的热能转变为活塞、曲轴的机械运动，而向外作功。随着活塞向下止点运动，气缸容积逐渐扩大，气缸内气体的压力和温度也相应降低。

四、小型农用柴油机排气行程分析

柴油机工作中，在飞轮惯性的作用下，曲轴继续旋转，通过连杆带动活塞从下止点向上止点运动。此时排气阀门打开，进气阀门依然关闭，燃烧后的废气被向上运动的活塞驅赶，从排气门排出。对排气行程的要求是排气要干净，残留在气缸内的废气越少越好。排气行程结束后，即活塞到达上止点后，曲轴继续旋转，活塞又开始从上止点向下止点运动，开始下一个进气行程。柴油机每进行一次进气—压缩—作功—排气的过程，叫做一个工作循环。在这个循环中，曲轴转动了两圈，经历了四个行程，所以称这种柴油机为四行程柴油机。在一个工作循环中，曲轴转动了两圈，经历了四个行程，而只有一个（作功）行程是由活塞带动曲轴旋转来作功的。其他三个行程都是为作功准备的，需要由曲轴带动活塞运动。那么，在不作功的三个行程中，曲轴的动力又是从何而来的呢？原来，在曲轴一端装有一个飞轮，在作功行程，膨胀的气体通过连杆使曲轴加速旋转，飞轮随之而来也会加速旋转，这样一来就会产生一定的运动惯性力。而在非作功的三个行程中，活塞就是由曲轴和飞轮的惯性力带动完成的。

单缸柴油机的曲轴转动两圈半只有半圈作功，所以会产生较大的震动，曲轴旋转也不平衡。而多缸的柴油机则可以通过正确排列和合理确定各缸的工作顺序，使各缸的作功行程相互交错，这样一来，就大大提高了曲轴运转的平稳性。endprint