农用柴油机功率降低的原因与性能优化技术分析

贺尚玉

(五常市兴隆乡农机管理站，黑龙江 五常 150225)

0 引言

随着我国农业机械的快速发展与生产效率不断提升，各种农业新技术与作业模式都不断进步，在加快农业机械化进程的同时，各类农业机械也应运而生[1]。农业机械数量的逐渐升高对相关配套零部件的要求也越来越高。

柴油机是农业机械的重要动力设备，具有扭矩大、功率高、经济性能好等特点，型号较多，应用较为广泛，为农业机械田间生产效率的提升提供可靠保障[2]。柴油机在田间使用过程中由于使用时间过长、柴油机质量问题等会造成柴油机故障的出现，及时分析故障产生的原因对于稳定农用柴油机田间工作稳定性与可靠性具有重要意义。本研究针对目前农用柴油机工作过程中存在的主要问题与故障原因进行系统阐述，提出未来农用柴油机在使用过程中应该注意的主要问题，研究结果对于提高农业机械田间作业效率、延长柴油机工作寿命具有重要意义，为我国柴油机的研制与深入研究提供技术借鉴与理论参考。

1 农用柴油机的应用情况分析

截至2020年，玉米综合机械化作业效率95.2%，小麦综合机械化作业效率86.9%，水稻综合机械化作业效率82.6%。我国农业机械化综合效率达到85%以上，同比提高22%，表1概述了我国目前各个作业工序的机械化扩展面积。

表1 2020年农业生产各作业工序机械化作业效率

目前，我国农业机械使用柴油机最为典型的机械如表2所示，水稻插秧机与大型联合收获机中的柴油机平均故障率较高，平均故障率可以达到5%以上，但是在农业生产中插秧与收获是保障粮食产量的重要作业工序，直接影响作物的生产与粮食产量的提升，因此，提高柴油机的稳定输出与工作可靠性是保障农业生产的重要基础条件。柴油机工作效率是影响农业机械作业功能的决定因素，在提高柴油机高效率的同时，培养操作人员积极学习柴油机发生故障时的正确诊断与合理维修也是保证柴油机工作可靠性的重要保障，避免由于柴油机故障影响作业性能造成的经济损失与粮食产量降低。

表2 典型农业机械柴油机功率及故障发生率统计

随着柴油机的普遍应用与发展，目前在农业机械、拖拉机使用柴油发动机在2020年累计销量达589万台，与2016年相比增加15.24%(图1)。随着目前汽车行业及相关工程机械的快速发展，柴油机销售幅度也会逐年上升。

图1 柴油机销售总量

2 柴油机功率降低的原因与维修

2.1 柴油机配气系统调整不当

配气系统是柴油发动机的重要组成部分，其中气门结构、配气边界条件和配气相位对柴油机性能的影响较大[3]。气门结构主要影响气体排放，主要功能是按照柴油发动机燃烧工作顺序和循换进行定时开关控气阀门，保证新鲜空气吸入柴油机汽缸内，使燃烧废气及时排出。其中气门的控制间隙是影响柴油机工作效率的重要因素，气门间隙过小，会导致缸内气体与外界新鲜空气无法及时进行交换，出现“漏气”现象；如果气门间隙过大，会导致外界大量新鲜空气进入汽缸，造成汽缸内气压降低，燃烧效率降低，发动机功率下降，零件之间配合不协调，加剧磨损。因此，气门间隙的检查是保证柴油机正常工作的重要基础与条件。配气边界条件中，进气温度、空气系数及外界空气的进气压力都会影响柴油机燃烧性能与功率，目前，相关研究发现通过改变柴油发动机的配气相位可以适当调整进气效率，从而提高燃烧效率及柴油机的输出功率。

2.2 燃油供给系统故障

农用柴油发动机的供给系统是根据不同作业工况及作业环境的要求，自动配置出一定浓度的可燃气体，吸入汽缸，同时将燃烧产生的废气排出气缸。主要包括柴油机燃油泵、过滤器、压力调节器、阻力器、油嘴等组成。过滤器主要是过滤燃油系统中的水分及杂质，并需要定期更换和清理，防止发生堵塞，降低工作效率。油压调节器主要是调节柴油发动机的燃油压力，保证输出功率稳定。在柴油机工作中，要注意调节喷油泵供油量的调节螺钉，定期进行加固处理，防止在工作过程中因为震动而导致松动现象发生，导致油量供应不稳定，降低柴油发动机的工作效率。

2.3 润滑系统故障

柴油机润滑系统常见的工作故障主要包括油压过低、油压过高及无油压3种故障类型。

当油压低于0.35 MPa时称为油压过低，此时机油无法到达各个零部件的表面，会加剧零件的磨损，降低整体工作效率，当看到油压指示器无浮标或者出现燃油发动机整机温度过高等现象可能是由于油压过低导致。为了减少油压过低的现象发生，应该及时检查油缸油面高度是否达到规定要求，同时检查各个零部件之间的配合关系，曲轴磨损过大也会导致油压过低现象。

当柴油发动机经过更新零部件或者大修后，由于各零部件之间配合间隙较小，会导致油压过高的问题，可能会是暂时现象，可以在使用一段时间后看是否会有改善；其次是柴油选择不当，如季节更换时，没有及时更换机油，会因为黏度问题导致油压上升；最后是当过滤装置出现堵塞现象时，会使整机压力升高，偶尔还会由于指示器下部有污染物而导致下移受阻，产生误导。

柴油机泵体工作时不泵油，会导致油面过低，进而导致无油压现象发生；其次是当指示器压力表出现损坏时也会导致油压显示“0”。当出现油压过低时，要对相关零部件进行专业检修与更换，不及时进行检修会导致零部件空转磨损，甚至会出现烧瓦现象。

2.4 冷却系统故障

农用柴油机冷却系统主要为水冷系统，柴油机在工作过程中，水箱内冷却液不足、水泵的供水效率低以及水循环管路堵塞会导致柴油机冷却系统的故障，会导致油温过高，会造成气缸气体减少，燃烧不充分，柴油机动力性能降低，一方面降低柴油机的使用寿命，另一方面燃烧不完全还会导致生成有毒污染腐蚀气体，如硫酸和碳酸等，危害环境。

2.5 供油提前角不正确

柴油发动机供油提前角过大或过小对柴油机工作性能、动力性及启动性都有重要的影响。当供油提前角过小会导致供油减少，供油时间推迟，导致柴油气缸过分燃烧，柴油发动机温度快速升高，出现“冒黑烟”等现象；供油提前角过大会导致气体混合不完全，新鲜空气过多，表现为柴油机功率下降、工作动力不足[4]。总结来说，当柴油发动机出现脆响声、冒黑烟、动力不足及温度过高等，一般都可能是供油提前角过小导致；当整机温度过低、车体冒白烟、柴油机燃烧不完全产生辣眼睛气体都基本可以判断为供油提前角过大导致。

3 柴油机功率不足的故障诊断

3.1 检查柴油机排气烟色

农用柴油发动机在正常运转时，燃料比较充分的燃烧会产生无色透明的气体，或者在燃烧初期会产生淡蓝色气体，后期颜色逐渐变淡，产生无色透明气体；当柴油机发生故障，如燃烧不完全时，会产生黑烟，当燃烧充分导致温度过高，燃烧缺氧时，会产生碳黑色气体。

3.2 检查柴油机运转中发出的响声

在柴油发动机工作过程中，汽缸内发出金属响声表示柴油发动机的供油提前角出现故障，应该及时进行调整；在柴油发动机进行运转时，出现强有力的撞击声，可能是由于零部件的磨损严重，此时应该及时检查轴瓦，必要时进行更换；当柴油发动机运转时发出尖锐刺耳的声音时，可能是由于活塞与连杆之间配合过松，应该及时调整间隙；当柴油发动机工作时出现轻微敲击声，可能是由于气门弹簧折断，应该进行及时检查与更换。

3.3 检查柴油机运转稳定性

柴油发动机运转不稳定，波动较大、输出功率不稳定、排烟不正常等都是柴油发动机不稳定的表现。此时应及时检查油路中是否存在堵塞或者空气进入油路，造成柴油机出现忽然停止或不能启动及运转不稳定。当喷油泵调速器发生故障导致工作失调时，柴油机工作负荷增加，导致柴油发动机转速降低，如果是喷油泵调速器弹簧过紧，会导致供油量增加，从而导致转速快速增加，供油量迅速降低，从而引起柴油机工作不稳定。

4 柴油发动机工作性能优化技术

4.1 改善柴油燃烧质量

柴油燃烧质量是影响整机工作的重要基础条件，首先需要提高柴油质量，在购买柴油时，做到仔细辨别，把控品质，从源头提升整机质量，使用杂质少、质量高的柴油，保证燃烧稳定性。在进行柴油机运转时，可以通过改善喷油嘴，提高喷雾密度，达到细而均匀，并且可以精准地控制喷油量和时间，同时可以进行油气比例调节，在保证柴油发动机充分燃烧的同时避免温度过高，还可以通过添加相关的燃料添加剂，改善燃烧质量。

4.2 采用柴油机增压技术

柴油发动机增压技术是指将进入燃烧汽缸内的空气进行压缩，供给更多的空气，提高缸体压力，从而提高空气燃烧质量，促进燃烧更加彻底，排放更加干净，在适当的调节系统下，进行合理的燃油供给，提高柴油发动机燃烧质量，改善经济性能，还可以达到降低噪声与污染物排放的目的[5]。

4.3 冷却系统技术优化

柴油机运转过程中，由于柴油燃烧及各个零部件之间的运动摩擦产生的大量热量，如果没有冷却系统或者冷却系统出现故障，柴油发动机就不能进行正常工作。冷却系统主要作用就是保证柴油发动机可以在适宜的温度下进行工作。目前主要以水冷发动机和风冷发动机应用最为广泛。

5 结语

以农用柴油发动机为主要研究对象，通过分析目前柴油发动机在我国的发展与应用现状，讨论柴油发动机在保持田间工作效率的同时产生的一些功率输出不稳定、污染严重及其他故障问题，提出维持农用拖拉机柴油发动机田间工作稳定性与可靠性的重要措施，未来应该增强对农用拖拉机的定期保养、检查与合理维修，减少柴油发动机故障发生率。研究结果对于提高农用拖拉机田间稳定性与可靠性提供技术参考与借鉴。

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