农用柴油机供油系统故障及维修技术

2022-03-17尤立峰

农机使用与维修 2022年3期

尤立峰

(尚志市农业综合行政执法大队，黑龙江尚志 150600)

0 引言

现代化的农业生产中应用了大量农业机械，除农业基础设施设备外，行进式动力机械占据了农业机械的很大比例，且在大面积农业生产中发挥了重要作用，农业机械的正常行驶和运转都依赖于发动机提供的动力，柴油机作为农业生产中应用最广泛的动力机械，为多种农业机械提供了可靠的动力保障。截至2020年底，我国的农业机械总动力已达到10.56亿kW，农业机械的柴油年消耗量超过6 000万t，占我国柴油消耗总量的近50%。供油系统作为柴油机使用过程中的重要功能部分，为柴油机的性能发挥创造良好条件。在复杂的农业生产过程中，柴油机供油系统也可能因为多种因素的影响出现故障问题，及时合理的维修是保障柴油机高效率使用的关键，也是农业生产顺利实施的重要保障。

1 农用柴油机技术现状

1.1 技术应用情况

“十三五”期间，我国的农业机械产业得到了快速发展，配套的柴油机等动力机械在产品性能和可靠性方面取得了长足的进步。仅就拖拉机而言，2020年我国拖拉机保有量2 204.88万台，且58.84 kW(80马力)以上拖拉机超过143.66万台，显示出农业生产对柴油机产品的需求升级。从现阶段的农业生产看，我国农业生产中应用的柴油机根据不同的用途覆盖了单缸柴油机、双缸柴油机和多缸柴油机等众多产品，能够很好地保证农业生产灌溉、运输、耕地、播种、收获等作业过程对动力的需求。我国生产的单缸柴油机大部分供农业生产使用，在农业灌溉、发电等设施设备中应用广泛，也用于地形不良的山区、丘陵等地的耕整地、农产品运输等使用。单缸柴油机配套的拖拉机、运输车等产品近年来逐渐被双缸和多缸柴油机所取代，其保有量逐年下降；双缸柴油机是现阶段农业生产小型拖拉机和运输车等设备的主要动力机械，配套动力多集中在17.65～35.30 kW(24～48马力)；多缸柴油机主要包括3缸、4缸、6缸、8缸等机型，3缸、4缸柴油机多配套中型拖拉机或自走式收获机等设备使用，6缸、8缸柴油机多配套大马力拖拉机、大型联合收获机、大型棉花采摘机等使用。

总体上讲，我国农业生产中使用的柴油机以自主研发和生产的产品为主，其在动力性能和可靠性上能够满足现阶段农业生产的使用需求。但与国外同类型的柴油机产品对比，在机械结构、精密性、节能性、环保性等很多参数上仍有很大的差距，尤其在大马力柴油机技术上，由于强化指标较低，整机性能仅达到国外同等级产品的78%～80%，且产品的零部件标准化和通用化程度仍不尽人意，电控系统逻辑有待提升，柴油机使用过程稳定性和耐久性不尽人意。但从“十三五”期间的柴油机技术发展来看，与“十二五”期间已经有了长足的进步，其中电控高压燃油喷射技术、增压中冷及电控供油技术等大量先进技术在我国自主柴油机产品上得到应用，进一步拉近了自主先进柴油机产品的国际差距。

1.2 组成与结构

柴油机主要是以柴油作为燃料的发动机，通过将汽缸内部的空气压缩至600～700 ℃后将柴油油雾喷入汽缸遇到高温空气燃烧做功，推动活塞及连杆运动，将燃油的化学能转换为动能输出。柴油机的主体结构如图1所示。

1.正时皮带；2.凸轮轴正时带轮；3.排气门；4.汽缸；5.水泵；6.水泵同步带；7.曲轴；8.曲轴同步带轮；9机油泵链条；10.机油泵；11.油底壳；12.连杆；13.机油滤清器；14.限压阀；15.活塞；16.进气门；17.喷油器；18.汽缸盖；19.液压挺柱；20.凸轮轴图1 柴油机基本结构组成

柴油机主要包括以下几大部分：一是配气机构，主要包括进气门、排气门、正时皮带、凸轮轴正时带轮、凸轮轴、液压挺柱等，用以控制气体进入和排出发动机；二是曲柄连杆机构，包括曲轴、活塞、连杆等；三是柴油供给系统，包括喷油器主体及其附属管路；四是润滑系，主要包括机油泵、限压阀、机油滤清器等；五是冷却系，包括水泵及输液管路；六是机体组件，主要包括汽缸体、汽缸盖、油底壳等。

柴油机在农业生产中应用具有以下优势：一是使用成本较低，柴油机在农业机械中应用具有良好的燃油经济性，且日常维护保养的成本不高，通用配件供应充足；二是具备良好的可靠性，农业生产的环境相对恶劣，农机使用常受到复杂的农业生产环境、粉尘、振动影响，而柴油机技术成熟，能够胜任农业生产较长时间的集中工作任务；三是工作模式多样化，能够适应耕整地、播种、收获等不同的动力模式需求，动力储备性好，能够保证动力连续高效供给。

2 柴油机供油系统

供油系统是农用柴油机的重要功能部分，承担着柴油的存储、过滤、供给等功能。供油系统与配气机构和曲柄连杆机构共同组成柴油机的燃烧系统，是实现化学能向动能转换的主体结构。供油系统的主体结构如图2所示，包括调速器、喷油泵、喷油器、输油泵、高压油管、回油管、油箱、粗滤器、精滤器等。供油系统工作时，柴油经过粗滤器进入输油泵后进入精滤器，过滤后的柴油在喷油泵中被增压，高压柴油经过高压油管进入喷油器，再通过喷油器将燃油雾化并喷入汽缸参与燃烧。供油系统的供油质量对于燃烧过程的影响很大，正常情况下，供油系统能实现按时、定量将标准压力下的雾化柴油喷入汽缸参与燃烧，并在停止喷油时迅速切断燃油的供给，避免出现滴漏。供油系统不仅能保证燃烧做功，还能保证柴油利用率、燃油经济性，以及环保性，保证柴油机源源不断输出充沛动力。现阶段使用的供油系统根据喷油器的不同，在技术上也存在一定差异，常用技术包括孔式喷油器技术、轴针式喷油器技术、电磁阀式喷油器技术等，不同的喷油器技术在预防积碳、降低噪音、改善排放等方面存在一定的差异。此外，供油系统的喷油泵也包括直列式喷油泵、轴向压缩转子式分配泵等多种类型，直列式喷油泵应用时间较长，具有性能可靠、成本低、易于维护等优点，轴向压缩转子式分配泵能实现更小的空间提供更充足的燃油供给，更适合功率更大的新型电控柴油机。

1.调速器；2.喷油泵；3.高压油管；4.喷油器；5.回油管；6.油箱；7.粗滤器；8.输油泵；9.精滤器图2 供油系统结构组成

3 常见故障问题与维修技术

3.1 常见故障种类

常见的供油系统故障问题及发生概率(不完全统计)如图3所示，常见的故障问题集中在喷油泵、喷油器及输油泵等位置，供油系统的常见故障以堵塞、磨损为主[1]。

图3 供油系统常见故障及发生率

3.2 常见故障与维修

3.2.1 供油功能故障

供油功能故障是供油常见的故障形式，导致供油功能故障的原因是多方面的，包括滤清器堵塞、油路存有空气、喷油泵偶件磨损等。供油功能故障表现为供油系统供油量不足或不供油，影响柴油机的正常启动和燃烧性能。

对于供油功能故障首先应查看油箱是否缺油，排除油量不足问题后检查滤清器及油路是否存在堵塞。将低压油管拆开，检查油路是否通畅，并查看油路中冒出的柴油是否存在大量气泡。若油路堵塞，应及时清理，若油路中存在空气，应先查明进入空气的原因，并将油路逐段排气，通常先排除低压油路空气，再排除高压油路空气。若发现柴油滤清器出现堵塞，应及时进行滤芯清理或更换新的滤芯。供油功能故障还可能是喷油泵故障导致的，当喷油泵偶件因长期使用出现磨损，会导致供油量明显下降，此时应更换新的喷油泵偶件[2]。

3.2.2 喷油时机故障

喷油时机不正确是供油系统的另一个常见故障，喷油时机不正确会造成柴油进入汽缸后燃烧不充分，严重时会造成排气异常。喷油时机主要受供油提前角的控制，当供油提前角过大，会导致喷油时机提前，混合气燃烧不充分造成有效压力下降，动力性能和排气质量下降；若供油提前角过小，导致喷油时机滞后，柴油油雾达不到最佳燃烧时长，导致部分柴油未燃烧就被排出，导致油耗增加和功率下降，喷油时机过早或过晚都可能造成排气冒黑烟问题。

不同型号的柴油机供油提前角也不相同，因此应根据设计要求进行供油提前角的调整。在调整供油提前角时，应先将喷油泵一端的高压油管螺母拆下，并将另一端的高压油管螺母拧松，旋转高压油管至管口朝上后将高压油管螺母拧紧。转动飞轮并观察高压油管内的柴油状态，当油面有上升趋势时，查看供油刻线是否对准标定的刻线，可通过增减喷油泵与齿轮室盖之间的垫片实现对供油提前角的调整。通常每增加或减少一片0.1 mm的垫片，可使供油提前角增加或减少1.5°～2°[3]。

3.3.3 喷油器滴油故障

喷油器滴油故障多是由于针阀偶件磨损造成的，由于在柴油机使用过程中，针阀偶件长期受到频繁的冲击载荷作用，会造针锥面出现磨损问题，严重时甚至产生刻痕或斑点，造成密封性能下降，从而出现滴油故障。

对于滴油故障，应先拆卸喷油器的紧固座和出油阀弹簧，用力压紧出油阀并打开节气门，摇转曲轴感受压力状态，若出油阀位置只有较小的顶出力，并出现柴油渗出、滴漏问题，说明针阀偶件磨损严重，应对其进行成套更换[4]。

3.3.4 输油泵故障

输油泵是驱动柴油在低压油路内循环的动力装置，实际使用过程中，常因维护保养不及时造成输油泵堵塞、进油量不足等问题，影响供油质量。

对于输油泵的功能异常，应首先检查粗滤器的过滤网是否堵塞或磨损，并查看输油泵各处的密封垫片是否完好，发现密封性能降低或油液渗漏应及时更换垫片。检查输油泵内部的进油阀弹簧、出油阀弹簧、活塞弹簧、挺杆弹簧的功能是否正常，发现弹簧弹力下降或折断应及时更换[5]。