淺析小型農(nóng)用柴油機基本工作原理與工作過程

【摘 要】小型農(nóng)用柴油機是我縣廣大農(nóng)戶經(jīng)常使用并且范圍十分廣的一種農(nóng)田作業(yè)機械，在使用過程中，由于時間的延長和技術(shù)操作上的原因，難免會發(fā)生故障。要想更好地使農(nóng)業(yè)機械服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，就要充分了解其工作原理和工作過程，以便在工作中出現(xiàn)故障時有的放矢，對癥下藥。因此，本文對小型柴油機基本工作原理與工作過程進(jìn)行了分析。重點分析研究了柴油機工作原理的四個過程，即進(jìn)氣行程、壓縮沖程、作功行程和排氣行程。通過這些描述使農(nóng)機戶對于柴油機的工作原理及過程有個了解，從而更好地使用農(nóng)用柴油機。

【關(guān)鍵詞】柴油機基本工作原理 小型柴油機 進(jìn)氣行程 壓縮沖程 作功行程 排氣行程 柴油機

小型農(nóng)用柴油機在我縣使用十分廣泛，如何使廣大農(nóng)機用戶真正了解柴油機的構(gòu)造、原理及工作過程，使其在出現(xiàn)故障時能夠自己有效地進(jìn)行及時維修，不耽誤農(nóng)活，對此，結(jié)合我在農(nóng)機部門多年的工作實際，對此進(jìn)行簡要分析。柴油機的基本工作原理，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。因為柴油發(fā)動機（簡稱柴油機）是用不容易揮發(fā)的柴油做為燃油。在柴油機中，新鮮空氣首先進(jìn)入氣缸內(nèi)，經(jīng)過強烈的壓縮，空氣溫度急劇升高后，壓力很高而且霧化很好的柴油適時地噴射到燃燒室內(nèi)，與高溫空氣混合，并且自行著火燃燒。所以柴油機又叫做壓燃式發(fā)動機。其過程可以簡單總結(jié)如下：

一、進(jìn)氣行程

在我國農(nóng)村小型柴油機被普遍應(yīng)用在拖拉機、三輪農(nóng)用運輸車、機械插秧、發(fā)電機等機械設(shè)備上，它具有體積小，重量輕，運轉(zhuǎn)平衡、工作可靠、使用維護(hù)方便等等優(yōu)點，是農(nóng)用機械最理想的動力源，也是使用最多，應(yīng)用最廣泛的動力機械。在我縣，農(nóng)村使用的小型農(nóng)用柴油機多數(shù)是單缸四行程柴油機。所謂單缸是指柴油機的氣缸數(shù)為一個；所謂四行程指的是柴油機曲軸要轉(zhuǎn)動兩圈才能完成一個工作循環(huán)，即進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個行程。單缸柴油機結(jié)構(gòu)簡單，耗油量少，且運行費用低廉。所以在我縣的廣大農(nóng)村小拖拉機、三輪農(nóng)用運輸車以及排灌、農(nóng)副產(chǎn)品加工中被普遍使用。柴油機工作時是將柴油（燃料）燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，因為柴油直接在柴油機內(nèi)部（氣缸內(nèi)）燃燒，所以又稱為內(nèi)燃機。柴油機在正常工作時，靠曲軸旋轉(zhuǎn)的帶動，活塞由上止點向下止點運動。這時由配氣機構(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)?；钊竭_(dá)下止點時，進(jìn)氣行程結(jié)束，進(jìn)氣門隨之而來被關(guān)閉。此時氣缸內(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、壓縮沖程

農(nóng)用小型柴油機多采用單缸、臥式四行程柴油機。小型單缸柴油機由機體零體、曲柄連桿機構(gòu)和進(jìn)排氣系統(tǒng)、柴油供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和啟動裝置組成。在農(nóng)業(yè)機械正常工作時，柴油機的曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，帶動活塞由下止點向上止點運動。這時，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。柴油機一般都具有較大的壓縮比，壓縮終了時，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、作功行程

當(dāng)壓縮行程接近終了前，油霧與高溫、高壓氣體混合，柴油自行燃燒。使氣缸內(nèi)壓力、溫度急劇上升，產(chǎn)生爆發(fā)力。此時進(jìn)、排氣門都是關(guān)閉的，受熱膨脹的氣體便推動活塞從上止點向下止點移動，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生動力。稱為作功行程。這個行程也叫做燃燒膨脹行程，是指在柴油機工作時，當(dāng)壓縮行程接近終了時，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)活塞接近上止點時，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，推動活塞從上止點向下止點運動，再通過曲柄連桿機構(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的機械運動，而向外作功。隨著活塞向下止點運動，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、排氣行程

柴油機工作中，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向上止點運動。此時排氣閥門打開，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)上止點后，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞又開始從上止點向下止點運動，開始下一個進(jìn)氣行程。柴油機每進(jìn)行一次進(jìn)氣—壓縮—作功—排氣的過程，叫做一個工作循環(huán)。在這個循環(huán)中，曲軸轉(zhuǎn)動了兩圈，經(jīng)歷了四個行程，所以稱這種柴油機為四行程柴油機。在一個工作循環(huán)中，曲軸轉(zhuǎn)動了兩圈，經(jīng)歷了四個行程，而只有一個（作功）行程是由活塞帶動曲軸旋轉(zhuǎn)來作功的。其他三個行程都是為作功準(zhǔn)備的，需要由曲軸帶動活塞運動。那么，在不作功的三個行程中，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)生一定的運動慣性力。而在非作功的三個行程中，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，這樣一來，就大大提高了曲軸運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王連成.農(nóng)業(yè)機械[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000

作者簡介：于君（1977-），吉林通榆人，現(xiàn)任職于吉林省通榆縣瞻榆鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)機械推廣中心站，研究方向為農(nóng)業(yè)機械管理與應(yīng)用。