农用柴油机性能影响因素与技术提升途径

张 莉

(陇西县农业农村局，甘肃 陇西 748100)

0 引言

近年来，在国家政策的大力支持和科技水平的快速发展下，农机产业实现了持续升级，尤其随着农业生产全程机械化的逐渐普及，农业机械的需求量进一步提升，农机装备正全面覆盖农业生产的全过程。农用柴油机作为农业生产中使用最多的动力机械，其在生产的各个环节发挥着重要作用。但在柴油机日常使用的过程中，由于使用时间的延长和工作量的增多，柴油机会因为多种不同原因出现性能异常，表现为柴油机动力减弱、燃油消耗量增加等，影响柴油机在农业生产中的性能发挥。因此，从农用柴油机在生产实践中的实际使用规律，总结影响柴油机的性能因素，做到有针对性的技术提升十分必要。

1 农用柴油机技术特征

1.1 技术现状

现阶段，柴油机在农业主流机械产品中应用广泛，其具有扭矩大、经济性好、技术可靠等优点，在拖拉机、收割机、植保机械及农田灌溉等农机设备上发挥了重要的作用。我国的农用柴油机产品体系已经日趋完善，农机市场销售和农业机械中使用的柴油机涵盖单缸、双缸、多缸柴油机的多种配套动力，能够满足农业生产的动力需求。随着国家对农业机械排放要求的升级，我国农用柴油机产品也实现了技术的快速改良与优化，在改善排放污染质量的同时，柴油机整体的性能、能源利用率也明显提升。且在“十三五”期间，150 kW以上的大马力柴油机应用量得到快速提高，为我国农业机械向大型化和先进化发展创造了有利条件。以大型谷物联合收获机、大马力拖拉机为主的大型机械中应用自主柴油机技术有效降低了农机销售价格，提升了大型先进机型的市场占比。但相对来看，我国农用柴油机在结构合理性、电控技术应用、柴油机与农机匹配等方面与发达国家的先进产品还存在一定的差距[1]。

1.2 工作原理

柴油机工作过程的主要目的是将柴油燃烧产生的能量转化为机械运转的动能，实现动力的输出。柴油机属于压燃式发动机，其工作过程主要包括进气、压缩、燃烧做功、排气四个主要环节，农用柴油机日常使用时，进气、压缩、燃烧做功、排气的环节循环往复进行，能够为农业机械或其他设备提供持续的动力供给。进气环节是柴油机工作的起始环节，工作时活塞下移增大汽缸内部空间，并形成真空吸力，进气门开启，将空气吸入汽缸内部；压缩环节是利用曲轴连续带动活塞向上运动，此时进气门、排气门关闭确保空气压缩过程的密封性，因压缩做功，汽缸内温度不断上升，形成高温高压的待燃烧环境；燃烧做功环节是在压缩环节即将完成时，被雾化的柴油被迅速喷入汽缸内，并在高温下快速转变为蒸气与空气混合燃烧，随着汽缸内温度和压力的提升，推动活塞下行，并带动曲轴转动输出动力；排气环节是利用飞轮惯性力带动曲轴继续转动，将活塞推回到上止点，此过程进气门关闭、排气门开启，废气由排气门排出汽缸，进而开启下一个循环[2]。

2 性能异常的典型表现

2.1 动力下降

柴油机的动力下降主要表现为随着农机使用时间的延长，柴油机输出的动力明显降低，表现为农机作业过程中的牵引力不足、转速不够等故障问题，在一定程度上影响柴油机的工作效率。

2.2 平稳性降低

柴油机在正常工作状态下能够很好地控制机械运转过程中产生的振动、噪音，随着柴油机使用时间的延长，因为零部件的磨损、损坏等原因易造成机械运转的稳定性下降，从而表现为柴油机运转过程中出现异常振动、敲击声、颤抖等问题。

2.3 能耗上升

当柴油机的性能状态逐渐下降，其冷却系统、润滑系统所能起到的作用也相应降低，机械零部件磨损导致机械运转过程摩擦力增大，近而导致燃烧作功部分被无用的磨擦、生热所消耗，使能源的实际利用率明显降低，燃油消耗量相应上升。

2.4 排放性能降低

当柴油机的性能出现异常，常伴随燃烧质量的下降，柴油的不安全燃烧会导致柴油机排放产生更多的颗粒、有害气体等污染，不利于柴油机使用过程的环境保护[3]。

3 农用柴油机性能影响因素

3.1 供油系统的技术性影响

供油系统是柴油供给的重要系统，其工作性能对于柴油机整体性能影响很大，常见的因供油系统影响柴油机性能的因素包括以下几点。

3.1.1 柴油雾化质量

雾化质量是影响燃烧作功的重要因素，柴油机的雾化质量主要受到喷油器性能的影响，若喷油器出现损坏或堵塞问题，则会造成柴油雾化质量下降、燃烧室内不能有效形成可燃混合气，造成柴油不能充分燃烧，使柴油机出现动力性降低、燃油消耗率上升、排气异常等问题，因此应对损坏的喷油器或堵塞的喷油嘴进行及时的维修和更换，确保雾化质量。

3.1.2 供油量

适量供油是保证柴油机正常运转的重要前提，但在柴油机使用过程中可能因为多种因素造成供油量不足的问题，近而影响柴油机的运转效率，造成动力下降等问题。供油量异常的常见原因如油路堵塞、空气气阻、柴油滤清器堵塞等，当发现供油量不足时，应当及时排除堵塞或气阻问题，确保供油的连续性。

3.1.3 供油时机

供油时机是保障柴油适时燃烧作功的前提，为确保柴油油雾与空气有恰当的混合时间，因此应将喷油时机适当提前，以保证活塞到达上止点位置时油气混合均匀，从而最大限度的燃烧，使热能转化为机械能。若供油时机不恰当，则会显著降低热能转化为机械能的效率，因此应对供油提前角进行合理调整，以保证供油时间的准确性。

3.2 配气机构的技术性影响

配气机构是向燃烧室供应空气并排出废气的机构，配气机构对柴油机性能的影响包括以下几方面。

3.2.1 气门间隙影响

气门间隙对于进排气的时机影响很大，柴油机作为精密的动力机械，需要进气门与排气门在最适合的时机开启与关闭，以保证油气混合的合理性。此外，若气门间隙调整不当，还可能影响燃烧室的密封性，导致燃烧作功过程的压力不足或部分热量散失，造成柴油机动力性能降低，温度异常升高或油耗增加，因此应重视对进排气门间隙的合理化调整[4]。

3.2.2 空气滤清器状态的影响

空气滤清器的主要作用是过滤空气中的杂质，确保进入汽缸参与燃烧空气的洁净。若空气滤清器因长期使用出现堵塞，会造成进气量降低，从而影响柴油机的燃烧性能，引起动力下降、油耗升高等问题；此外，若空气滤清器出现破损，也会造成空气中的粉尘、杂质等进入燃烧室，导致活塞等密封原件磨损加剧，影响柴油机的使用寿命和动力性能。因此，应重视对空气滤清器等的清洁和更换。

3.3 燃烧系统的技术性影响

燃烧系统是柴油燃烧将热能转换为机械能的重要系统，燃烧系统的技术性对于柴油机的整体性能影响很大。

3.3.1 活塞组磨损或损坏

在燃烧系统长期运转的过程中，受到高温高压及冲击载荷等影响，活塞组中的活塞环、汽缸套等易产生磨损问题导致燃烧室密封性能下降，引起柴油机的动力不足，严重时甚至造成机油进入燃烧室参与燃烧，出现排气“冒蓝烟”现象。活塞组的磨损问题必须及时处理，以免因磨损、拉伤等问题引起更严重的机械故障。

3.3.2 气环损坏或失效

气环是柴油机燃烧室的重要密封原件，其性能良好才能保证柴油在适当的雾化状态下燃烧作功，但在高温高压的环境中使用，气环也能够出现弹性下降、杂质累积等问题，影响密封性能，因此应重视对于气环的清理和更换。

3.3.3 积碳问题

在柴油机使用过程中，由于机油的持续润滑作用，会不可避免地在燃烧室积累积碳，当积碳累积过多而没有被及时清理，会导致柴油机的功能出现多方面的异常。积碳累积可能造成进气门和排气门无法彻底关闭，或造成气环在活塞环内粘结，导致燃烧室的整体密封性明显下降，造成燃烧质量降低，影响柴油机动力、排气、燃油利用率等性能。此外，积碳累积还可能造成喷油器的喷油嘴堵塞，影响柴油雾化效果，导致燃烧不充分，降低柴油机性能[5]。

3.4 冷却系统的技术性影响

冷却系统是柴油机运转的辅助系统，其能够为柴油机的长期运行提供良好的工作环境，避免出现温度过高，影响机械性能和寿命的问题，柴油机的冷却系统包括风冷和水冷两大部分。冷却系统的功能异常会造成柴油机温度持续升高，导致零部件的机械状态和润滑效果降低，严重影响柴油机的动力输出和使用寿命。冷却系统常见的性能异常包括：冷却液循环不畅、风机故障、散热器赃污或堵塞等，柴油机使用过程应重视对冷却系统的维护和保养，确保冷却系统始终处于正常状态下工作。

3.5 润滑系统的技术性影响

润滑系统是柴油机各部件运行过程的辅助润滑系统，柴油机主要以机油润滑为主，合理的润滑能有效保证各个运转部件的使用寿命。当柴油机的润滑系统出现故障问题时，常表现为润滑质量的降低，导致出现摩擦力增大，引起各个汽缸运行阻力的全面增加，同时会降低重要运转部件的使用寿命，导致活塞、汽缸壁等出现磨损，引起密封性能下降，并导致柴油机整体的性能出现异常。

4 农用柴油机的性能优化

4.1 现代化技术的应用

柴油机在农业生产中要发挥更高的效率，必须在成熟的机械结构基础上引进更多的现代化技术，做好柴油机与电控技术、监测技术的结合，并在农用柴油机中进一步普及涡轮增压、高压共轨、可变气门正时等技术，确保柴油机在性能可靠的前提下具有更合理的运行逻辑。

4.2 结构优化与制造技术提升

在现阶段柴油机技术的基础上，要重视农业生产使用过程中出现的问题，从产品设计的研发角度有针对性地进行技术升级与问题处理，使柴油机的结构与功能实现日趋完善。同时，柴油机生产企业要重视生产制造和成套装配设备的引进，确保柴油机零部件的加工精度和装配精度，避免制造装配过程的不合理因素，影响柴油机的使用性能[6]。

4.3 使用方式的合理化

农业管理部门要重视对农民的技术培训工作，提高农用柴油机使用过程的合理性，只有农民充分了解柴油机的使用原理和要求，才能避免农业生产过程中出现超负荷使用、不规范保养等问题，更有利于保障农用柴油机的良好技术状态。

4.4 故障预防与检测维修

维修保养工作是柴油机长期稳定使用的前提，在农用柴油机使用的过程中要做好按照保养手册的要求进行定期规范的保养，并在保养过程中对柴油机的易损部件进行检查，及时更换老化的密封件或损坏的传动零件，并在柴油机出现异常振动、噪音、升温、排气故障等问题时，选择合理规范的途径进行维修，以保证复杂问题的及时妥善解决。

5 结语

综上所述，柴油机在农业机械化生产的过程中发挥了巨大作用，其已经成为农业机械不可或缺的组成部分，随着柴油机技术的不断提升，其性能也将实现不断的优化，但面对复杂的农业生产形式，柴油机应用过程需考虑的问题仍十分复杂，应实现农用柴油机与我国农业生产的最佳匹配，还有大量的技术工作要做。