小型农用柴油机基本工作原理与工作过程的分析
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摘 要：小型农用柴油机在农业生产过程中的应用十分广泛，成为很多农机器具的主要动力源。本同通过对小型农用柴油机的工作原理进行介绍，分析其工作行程，为农用柴油机的维修保养工作提供参考，以提高农业生产效率。
关键词：小型农用柴油机;工作原理;做功行程
农机器具的使用给农业生产工作带来极大便利，柴油机作为农机器具的主要动力部件，相关的农业生产人员有必要对其工作原理、工作过程进行深入了解，从而掌握农用柴油机的使用方法、维修方法，使其更好的在农业生产生活中发挥作用。
1 小型农用柴油机的基本工作原理
小型农用柴油机的基本工作原理就是将柴油燃烧产生的热能转化为动能，带动曲轴转动从内向外做功，由进气、压缩、燃烧做功、排气四个环节组成一个循环系统。柴油机又称压燃式发动机，其使用的燃料为柴油，不容易挥发。在工作时，首先空气进入气缸后经过压缩，气温急剧上升，将压力足够高且雾化完全的柴油喷射到燃烧室内与高温空气混合，然后开始自行燃烧。[1]
2 小型农用柴油机的工作过程分析
2.1 进气行程分析
小型农用柴油机多为单杠四行程柴油机，即结构中只有一个气缸，由进气、压缩、燃烧、排气四个过程组成一个工作循环。单缸柴油机具有用油量省、结构简单易于维修、使用成本较低等特点，因此在农业生产中的应用较为广泛，如农用拖拉机、三轮车及各种产品加工设备等。进气行程是柴油机工作的起始阶段，在工作时曲轴旋转带动活塞上下运动，进气门打开排气门关闭。活塞上下移动使得气缸容积逐渐增大，气缸内的气压高于进气管中的氣压，形成真空吸力将空气吸入到气缸内，当活塞运动到下止点时进气行程完成，此时由于惯性的作用，仍有一部分气体能被吸入气缸内。进气行程完成时汽缸内的气压达到80～90千帕，温度达到51～72℃。进气行程的进气量决定了柴油机的运行情况，可由充气系数表示，充气系数越高进气越充分，对柴油机的运行越有利。
柴油机每个工作过程气缸的进气量决定了后期柴油油雾的喷发量，从而影响柴油机的输出功率。因此适当增加气缸进气量有助于提高输出功率，节约柴油机的使用成本。目前常用的方法是在进气前对空气进行加压，从而提高气缸内的空气密度，如使用涡旋式、离心式等机械增压器等。而在小型农用柴油机的加压工作中，常使用外部电机带动增压器进行空气加压。这样的好处是不消耗柴油机内的柴油，采用外部动力进行，提升原本柴油机的输出功率，降低油耗。机械增压法在增加空气密度的同时也能包证气缸的密闭性，让柴油油雾燃烧更充分，以节省农民的生产开销，提高农业经济效益。
2.2 压缩冲程分析
小型农用柴油机进气行程后，由于曲轴连续带动活塞的上下运动，使得进气阀和排气阀均关闭将气缸内的空气进行压缩，气缸内的温度、压力不断上升为柴油喷雾自燃和气体膨胀做功做准备。柴油机压缩空气的能力较高，压缩冲程完成后气缸内的压力高达3000～5000千帕，温度高达550℃左右，要比柴油在空气中自行燃烧的温度还高。压缩行程中，气门必须关严，保证活塞与气缸间的气密性，绝对不能存在漏气的情况。当柴油被喷入气缸后，需要经过千分之三秒左右的物理、化学变化才能开始燃烧，这段间隔称作发火延迟期，因此雾化喷油与活塞下移之间有一定时间间隔。
2.3 做功行程分析
做功行程即是小型农用柴油机内柴油燃烧的过程，当压缩过程即将完成时，柴油经过压缩雾化，以油雾的形式被喷到气缸中，经物理化学作用变为蒸汽后，与气缸中的高温空气混合，经过发火延迟期后，活塞运动到上止点，混合气体开始自行燃烧，大幅度提升气缸内的温度和压强，又使得活塞向下运动，从而通过连接杆带动曲轴进行向外做功工作，柴油油雾燃烧产生的热能转化为机械能。气缸中最高温度可达2000℃、最大压强可达9000千帕。活塞下行时气缸的容积增大、压强下降，当活塞移动到下止点时，排气阀打开，此时做功行程完成。
小型农用发动机的喷油时间会在一定程度上影响发动机产生的动力，喷油时间不对会造成发动机功率下降、动力不足，因此在日常使用中要定期对机器内部的轴承连接情况进行检查，固定松动的螺丝，保证柴油机的高效运行。此外，违规操作也会加速柴油机内部配件的磨损，造成动力不足，应将强柴油机的日常保养维护工作，如使用前进行预热、长期放置后再使用前进行检查等。
2.4 排气行程分析
排气行程是小型农用柴油机整个工作循环的最后一步，完成了进气、压缩、燃烧等一系列做工过程后，飞轮的惯性带动曲轴继续转动，并通过连接杆使得活塞移动到上止点。此时进气阀关闭排气阀打开，活塞运动将燃烧后的废气从排气门驱赶出气缸。气缸中的废气会影响柴油机下一个工作循环，需要将废气彻底排出，因此当活塞运动到上止点后排气阀关闭。当废气排除干净后，曲轴带动活塞开始下一个工作循环，如此往复，不断进行将柴油燃烧的热能转化为机械能的过程，以实现柴油机的工作。[2]小型农用柴油机的每个工作循环经过四个行程，曲轴运动两圈，其中的做功行程由活塞带动曲轴完成，进气、排气、压缩行程都是做功行程的准备工作，由曲轴带动活塞完成。曲轴一端装有一个飞轮，做功行程对飞轮产生的惯性会带动其转动，为除做功外的三个阶段的运动提供动力。
3 结论
小型农用发动机的使用给农业生产带来极大便利，分析其工作流程，以便掌握更多维修、改进柴油机的技术方法。在日常使用中要注意柴油机的保养和清理，提高其输出效率，保障农业生产工作的顺利进行。
参考文献：
[1]李长江.小型农用柴油机构造中活塞环的构造及其使用分析研究[J].时代农机，2018，45（08）：237.
[2]于会洋.浅析小型农用柴油机基本工作原理与工作过程[J].农民致富之友，2017（13）：143.
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