農(nóng)用柴油機(jī)功率降低的原因與性能優(yōu)化技術(shù)分析

賀尚玉

(五常市興隆鄉(xiāng)農(nóng)機(jī)管理站，黑龍江 五常 150225)

0 引言

隨著我國農(nóng)業(yè)機(jī)械的快速發(fā)展與生產(chǎn)效率不斷提升，各種農(nóng)業(yè)新技術(shù)與作業(yè)模式都不斷進(jìn)步，在加快農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程的同時(shí)，各類農(nóng)業(yè)機(jī)械也應(yīng)運(yùn)而生[1]。農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)量的逐漸升高對相關(guān)配套零部件的要求也越來越高。

柴油機(jī)是農(nóng)業(yè)機(jī)械的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，具有扭矩大、功率高、經(jīng)濟(jì)性能好等特點(diǎn)，型號(hào)較多，應(yīng)用較為廣泛，為農(nóng)業(yè)機(jī)械田間生產(chǎn)效率的提升提供可靠保障[2]。柴油機(jī)在田間使用過程中由于使用時(shí)間過長、柴油機(jī)質(zhì)量問題等會(huì)造成柴油機(jī)故障的出現(xiàn)，及時(shí)分析故障產(chǎn)生的原因?qū)τ诜€(wěn)定農(nóng)用柴油機(jī)田間工作穩(wěn)定性與可靠性具有重要意義。本研究針對目前農(nóng)用柴油機(jī)工作過程中存在的主要問題與故障原因進(jìn)行系統(tǒng)闡述，提出未來農(nóng)用柴油機(jī)在使用過程中應(yīng)該注意的主要問題，研究結(jié)果對于提高農(nóng)業(yè)機(jī)械田間作業(yè)效率、延長柴油機(jī)工作壽命具有重要意義，為我國柴油機(jī)的研制與深入研究提供技術(shù)借鑒與理論參考。

1 農(nóng)用柴油機(jī)的應(yīng)用情況分析

截至2020年，玉米綜合機(jī)械化作業(yè)效率95.2%，小麥綜合機(jī)械化作業(yè)效率86.9%，水稻綜合機(jī)械化作業(yè)效率82.6%。我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化綜合效率達(dá)到85%以上，同比提高22%，表1概述了我國目前各個(gè)作業(yè)工序的機(jī)械化擴(kuò)展面積。

表1 2020年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各作業(yè)工序機(jī)械化作業(yè)效率

目前，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械使用柴油機(jī)最為典型的機(jī)械如表2所示，水稻插秧機(jī)與大型聯(lián)合收獲機(jī)中的柴油機(jī)平均故障率較高，平均故障率可以達(dá)到5%以上，但是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中插秧與收獲是保障糧食產(chǎn)量的重要作業(yè)工序，直接影響作物的生產(chǎn)與糧食產(chǎn)量的提升，因此，提高柴油機(jī)的穩(wěn)定輸出與工作可靠性是保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)條件。柴油機(jī)工作效率是影響農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)功能的決定因素，在提高柴油機(jī)高效率的同時(shí)，培養(yǎng)操作人員積極學(xué)習(xí)柴油機(jī)發(fā)生故障時(shí)的正確診斷與合理維修也是保證柴油機(jī)工作可靠性的重要保障，避免由于柴油機(jī)故障影響作業(yè)性能造成的經(jīng)濟(jì)損失與糧食產(chǎn)量降低。

表2 典型農(nóng)業(yè)機(jī)械柴油機(jī)功率及故障發(fā)生率統(tǒng)計(jì)

隨著柴油機(jī)的普遍應(yīng)用與發(fā)展，目前在農(nóng)業(yè)機(jī)械、拖拉機(jī)使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在2020年累計(jì)銷量達(dá)589萬臺(tái)，與2016年相比增加15.24%(圖1)。隨著目前汽車行業(yè)及相關(guān)工程機(jī)械的快速發(fā)展，柴油機(jī)銷售幅度也會(huì)逐年上升。

圖1 柴油機(jī)銷售總量

2 柴油機(jī)功率降低的原因與維修

2.1 柴油機(jī)配氣系統(tǒng)調(diào)整不當(dāng)

配氣系統(tǒng)是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，其中氣門結(jié)構(gòu)、配氣邊界條件和配氣相位對柴油機(jī)性能的影響較大[3]。氣門結(jié)構(gòu)主要影響氣體排放，主要功能是按照柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒工作順序和循換進(jìn)行定時(shí)開關(guān)控氣閥門，保證新鮮空氣吸入柴油機(jī)汽缸內(nèi)，使燃燒廢氣及時(shí)排出。其中氣門的控制間隙是影響柴油機(jī)工作效率的重要因素，氣門間隙過小，會(huì)導(dǎo)致缸內(nèi)氣體與外界新鮮空氣無法及時(shí)進(jìn)行交換，出現(xiàn)“漏氣”現(xiàn)象；如果氣門間隙過大，會(huì)導(dǎo)致外界大量新鮮空氣進(jìn)入汽缸，造成汽缸內(nèi)氣壓降低，燃燒效率降低，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，零件之間配合不協(xié)調(diào)，加劇磨損。因此，氣門間隙的檢查是保證柴油機(jī)正常工作的重要基礎(chǔ)與條件。配氣邊界條件中，進(jìn)氣溫度、空氣系數(shù)及外界空氣的進(jìn)氣壓力都會(huì)影響柴油機(jī)燃燒性能與功率，目前，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)通過改變柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位可以適當(dāng)調(diào)整進(jìn)氣效率，從而提高燃燒效率及柴油機(jī)的輸出功率。

2.2 燃油供給系統(tǒng)故障

農(nóng)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的供給系統(tǒng)是根據(jù)不同作業(yè)工況及作業(yè)環(huán)境的要求，自動(dòng)配置出一定濃度的可燃?xì)怏w，吸入汽缸，同時(shí)將燃燒產(chǎn)生的廢氣排出氣缸。主要包括柴油機(jī)燃油泵、過濾器、壓力調(diào)節(jié)器、阻力器、油嘴等組成。過濾器主要是過濾燃油系統(tǒng)中的水分及雜質(zhì)，并需要定期更換和清理，防止發(fā)生堵塞，降低工作效率。油壓調(diào)節(jié)器主要是調(diào)節(jié)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油壓力，保證輸出功率穩(wěn)定。在柴油機(jī)工作中，要注意調(diào)節(jié)噴油泵供油量的調(diào)節(jié)螺釘，定期進(jìn)行加固處理，防止在工作過程中因?yàn)檎饎?dòng)而導(dǎo)致松動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致油量供應(yīng)不穩(wěn)定，降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。

2.3 潤滑系統(tǒng)故障

柴油機(jī)潤滑系統(tǒng)常見的工作故障主要包括油壓過低、油壓過高及無油壓3種故障類型。

當(dāng)油壓低于0.35 MPa時(shí)稱為油壓過低，此時(shí)機(jī)油無法到達(dá)各個(gè)零部件的表面，會(huì)加劇零件的磨損，降低整體工作效率，當(dāng)看到油壓指示器無浮標(biāo)或者出現(xiàn)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)溫度過高等現(xiàn)象可能是由于油壓過低導(dǎo)致。為了減少油壓過低的現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)該及時(shí)檢查油缸油面高度是否達(dá)到規(guī)定要求，同時(shí)檢查各個(gè)零部件之間的配合關(guān)系，曲軸磨損過大也會(huì)導(dǎo)致油壓過低現(xiàn)象。

當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過更新零部件或者大修后，由于各零部件之間配合間隙較小，會(huì)導(dǎo)致油壓過高的問題，可能會(huì)是暫時(shí)現(xiàn)象，可以在使用一段時(shí)間后看是否會(huì)有改善；其次是柴油選擇不當(dāng)，如季節(jié)更換時(shí)，沒有及時(shí)更換機(jī)油，會(huì)因?yàn)轲ざ葐栴}導(dǎo)致油壓上升；最后是當(dāng)過濾裝置出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象時(shí)，會(huì)使整機(jī)壓力升高，偶爾還會(huì)由于指示器下部有污染物而導(dǎo)致下移受阻，產(chǎn)生誤導(dǎo)。

柴油機(jī)泵體工作時(shí)不泵油，會(huì)導(dǎo)致油面過低，進(jìn)而導(dǎo)致無油壓現(xiàn)象發(fā)生；其次是當(dāng)指示器壓力表出現(xiàn)損壞時(shí)也會(huì)導(dǎo)致油壓顯示“0”。當(dāng)出現(xiàn)油壓過低時(shí)，要對相關(guān)零部件進(jìn)行專業(yè)檢修與更換，不及時(shí)進(jìn)行檢修會(huì)導(dǎo)致零部件空轉(zhuǎn)磨損，甚至?xí)霈F(xiàn)燒瓦現(xiàn)象。

2.4 冷卻系統(tǒng)故障

農(nóng)用柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)主要為水冷系統(tǒng)，柴油機(jī)在工作過程中，水箱內(nèi)冷卻液不足、水泵的供水效率低以及水循環(huán)管路堵塞會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)的故障，會(huì)導(dǎo)致油溫過高，會(huì)造成氣缸氣體減少，燃燒不充分，柴油機(jī)動(dòng)力性能降低，一方面降低柴油機(jī)的使用壽命，另一方面燃燒不完全還會(huì)導(dǎo)致生成有毒污染腐蝕氣體，如硫酸和碳酸等，危害環(huán)境。

2.5 供油提前角不正確

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)供油提前角過大或過小對柴油機(jī)工作性能、動(dòng)力性及啟動(dòng)性都有重要的影響。當(dāng)供油提前角過小會(huì)導(dǎo)致供油減少，供油時(shí)間推遲，導(dǎo)致柴油氣缸過分燃燒，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)溫度快速升高，出現(xiàn)“冒黑煙”等現(xiàn)象；供油提前角過大會(huì)導(dǎo)致氣體混合不完全，新鮮空氣過多，表現(xiàn)為柴油機(jī)功率下降、工作動(dòng)力不足[4]?？偨Y(jié)來說，當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)脆響聲、冒黑煙、動(dòng)力不足及溫度過高等，一般都可能是供油提前角過小導(dǎo)致；當(dāng)整機(jī)溫度過低、車體冒白煙、柴油機(jī)燃燒不完全產(chǎn)生辣眼睛氣體都基本可以判斷為供油提前角過大導(dǎo)致。

3 柴油機(jī)功率不足的故障診斷

3.1 檢查柴油機(jī)排氣煙色

農(nóng)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃料比較充分的燃燒會(huì)產(chǎn)生無色透明的氣體，或者在燃燒初期會(huì)產(chǎn)生淡藍(lán)色氣體，后期顏色逐漸變淡，產(chǎn)生無色透明氣體；當(dāng)柴油機(jī)發(fā)生故障，如燃燒不完全時(shí)，會(huì)產(chǎn)生黑煙，當(dāng)燃燒充分導(dǎo)致溫度過高，燃燒缺氧時(shí)，會(huì)產(chǎn)生碳黑色氣體。

3.2 檢查柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)出的響聲

在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，汽缸內(nèi)發(fā)出金屬響聲表示柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的供油提前角出現(xiàn)故障，應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行調(diào)整；在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，出現(xiàn)強(qiáng)有力的撞擊聲，可能是由于零部件的磨損嚴(yán)重，此時(shí)應(yīng)該及時(shí)檢查軸瓦，必要時(shí)進(jìn)行更換；當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出尖銳刺耳的聲音時(shí)，可能是由于活塞與連桿之間配合過松，應(yīng)該及時(shí)調(diào)整間隙；當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)出現(xiàn)輕微敲擊聲，可能是由于氣門彈簧折斷，應(yīng)該進(jìn)行及時(shí)檢查與更換。

3.3 檢查柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，波動(dòng)較大、輸出功率不穩(wěn)定、排煙不正常等都是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定的表現(xiàn)。此時(shí)應(yīng)及時(shí)檢查油路中是否存在堵塞或者空氣進(jìn)入油路，造成柴油機(jī)出現(xiàn)忽然停止或不能啟動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。當(dāng)噴油泵調(diào)速器發(fā)生故障導(dǎo)致工作失調(diào)時(shí)，柴油機(jī)工作負(fù)荷增加，導(dǎo)致柴油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，如果是噴油泵調(diào)速器彈簧過緊，會(huì)導(dǎo)致供油量增加，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速快速增加，供油量迅速降低，從而引起柴油機(jī)工作不穩(wěn)定。

4 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能優(yōu)化技術(shù)

4.1 改善柴油燃燒質(zhì)量

柴油燃燒質(zhì)量是影響整機(jī)工作的重要基礎(chǔ)條件，首先需要提高柴油質(zhì)量，在購買柴油時(shí)，做到仔細(xì)辨別，把控品質(zhì)，從源頭提升整機(jī)質(zhì)量，使用雜質(zhì)少、質(zhì)量高的柴油，保證燃燒穩(wěn)定性。在進(jìn)行柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以通過改善噴油嘴，提高噴霧密度，達(dá)到細(xì)而均勻，并且可以精準(zhǔn)地控制噴油量和時(shí)間，同時(shí)可以進(jìn)行油氣比例調(diào)節(jié)，在保證柴油發(fā)動(dòng)機(jī)充分燃燒的同時(shí)避免溫度過高，還可以通過添加相關(guān)的燃料添加劑，改善燃燒質(zhì)量。

4.2 采用柴油機(jī)增壓技術(shù)

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)是指將進(jìn)入燃燒汽缸內(nèi)的空氣進(jìn)行壓縮，供給更多的空氣，提高缸體壓力，從而提高空氣燃燒質(zhì)量，促進(jìn)燃燒更加徹底，排放更加干凈，在適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)下，進(jìn)行合理的燃油供給，提高柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒質(zhì)量，改善經(jīng)濟(jì)性能，還可以達(dá)到降低噪聲與污染物排放的目的[5]。

4.3 冷卻系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化

柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于柴油燃燒及各個(gè)零部件之間的運(yùn)動(dòng)摩擦產(chǎn)生的大量熱量，如果沒有冷卻系統(tǒng)或者冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)就不能進(jìn)行正常工作。冷卻系統(tǒng)主要作用就是保證柴油發(fā)動(dòng)機(jī)可以在適宜的溫度下進(jìn)行工作。目前主要以水冷發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用最為廣泛。

5 結(jié)語

以農(nóng)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為主要研究對象，通過分析目前柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在我國的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀，討論柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在保持田間工作效率的同時(shí)產(chǎn)生的一些功率輸出不穩(wěn)定、污染嚴(yán)重及其他故障問題，提出維持農(nóng)用拖拉機(jī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)田間工作穩(wěn)定性與可靠性的重要措施，未來應(yīng)該增強(qiáng)對農(nóng)用拖拉機(jī)的定期保養(yǎng)、檢查與合理維修，減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)故障發(fā)生率。研究結(jié)果對于提高農(nóng)用拖拉機(jī)田間穩(wěn)定性與可靠性提供技術(shù)參考與借鑒。

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