CHƯƠNG III PHÂN TÍCH đặc điểm CHUNG của ĐỘNG cơ 4JB1 TC của hãng ISUZU

CHƯƠNG III
PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ 4JB1-TC của hãng
ISUZU
I)

Tổng quan và đặc điểm chung của động cơ 4JB1-TC của hãng ISUZU
Động cơ chọn tham khảo là loại động cơ 4JB1-TC của hãng ISUZU.
Đây là loại động cơ 4 kỳ có kết cấu gồm 4 xylanh được bố trí thẳng hàng,thứ

tự làm việc của các xylanh(thứ tự nổ) là 1-3-4-2 tương ứng với góc công tác là
1800 góc quay trục khuỷu.
Động cơ có tỷ số nén là 17.2.về mặt kết cấu piston có đường kính là 93mm
và tương ứng với hành trình là 102mm với thiết kế này động cơ sẽ tạo ra được
công suất lớn nhất là 70kw và số vòng quay đạt được tại công suất này là
3400vòng/ph.
Các hệ thống của động cơ có những đặc điểm như sau:
• Hệ thống phân phối khí:
Động cơ sử dụng hệ thống phân phối khí dùng xupap treo dẫn động từ trục
cam đến xupap theo cách dẫn động gián tiếp thông qua con đội,đũa đẩy,cò mổ.trục
cam được đặt trong thân máy(hộp các te) và được dẫn động bởi trục khuỷu thông
qua bộ truyền bánh răng nghiêng. với cách bố trí này sẽ làm cho kết cấu của buồng
cháy được nhỏ gọn và việc bố trí đường nạp và thải một cách dễ dàng và thanh
thoát hơn làm giảm sức cản khí động của dòng khí khi lưu thông.để tăng hiệu quả
nạp và thải khí cần phải có góc đóng mở các xupap một cách hợp lí,đối với loại
động cơ này góc phân phối lần lượt như sau:
-

Góc mở sớm xupap nạp:


-

Góc đóng muộn xupap nạp:

-

Góc mở sớm xupap thải:

-

Góc đóng muộn xupap thải:

• Hệ thống làm mát:
Hệ thống làm mát động cơ cưỡng bức sử dụng bơm để tạo áp suất,với môi
chất làm mát là nước.nước được lấy từ két nước đi qua bơm tại đây nước được
tăng áp suất và được dẫn đi làm mát các bộ phận của động cơ sau đó quay trở về
két,nước nóng ở két sẽ được làm mát bằng không khí nhờ quạt gió được dẫn động
từ trục khuỷu động cơ.với kiểu làm mát này nó mang lại hiệu suất làm mát cao do
tỷ nhiệt của nước lớn nên có thể nhận được lượng nhiệt lớn từ động cơ,làm việc
tin cậy và ít ồn.dưới đây là sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ 4JB1-TC

Hình 3-1: Hệ thống làm mát trên động cơ 4JB1-TC


1.nắp két nước;2.thùng giãn nỡ;3.đầu xylanh;4.két nước;5.quạt làm mát;6.van
hằng nhiệt;7.bơm nước;8.bộ sấy;9.bộ làm mát dầu nhờn;10.thiết bị khởi động khi
động cơ ở trạng thái nguội;11.bơm phun nhiên liệu
• Hệ thống nhiên liệu:
Hệ thống nhiên liệu của động cơ tạo ra hòa khí trực tiếp trong buồng cháy
bằng cách phun trực tiếp nhiên liệu vào buồng cháy ở cuối quá trình nén.nhiên liệu
phun vào có áp suất cao nhờ hoạt động của bơm cao áp để có thể bay hơi,hòa trộn

và bốc cháy.bơm cao áp được sử dụng trong động cơ là loại bơm phân phối,với
loại bơm này thì chỉ cần 1 cặp piston xylanh của bơm và nhiên liệu được phân
phối tới các xylanh động cơ theo đúng thứ tự nổ nhờ hệ thống phân phối của bơm.
Dưới đây là sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ 4JB1-TC

Hình 3-2: Hệ thống nhiên liệu động cơ 4JB1-TC.


1.Ống tràn (đường dầu thừa); 2.Vòi phun; 3.Van cắt nhiên liệu kiểu điện từ;
4.Thùng dầu; 5.Thiết bị tách nước; 6.Bầu lọc nhiên liệu
• Hệ thống bôi trơn:
Sử dụng hệ thống bôi trơn cưỡng bức các te ướt.dầu đưa đi bôi trơn các bộ
phận của động cơ được gia tăng áp suất bởi bơm.bơm dầu là loại bơm bánh răng
và được dẫn động bằng trục cam qua bộ truyền bánh răng (đường tâm của trục
bơm dầu lắp thẳng góc với đường tâm trục cam).với hệ thống này dầu được hút từ
các te thông qua bơm đi đến các bầu lọc sau đó theo đường dẫn dầu đi đến bôi trơn
các bộ phận của động cơ.
• Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền và nhóm piston:
-

Piston: piston được chế tạo từ hộp kim nhôm và được bao kín với xylanh bằng
3 xéc măng bao gồm 2 xéc măng khí và 1 xéc măng dầu,phía dưới piston có
hình dạng đặc biệt để có thể hứng dầu từ các vòi phun dầu để là mát
piston.dưới đây là hình dạng piston của động cơ 4JB1-TC

Hình 3-3: Hình dạng piston của động cơ 4JB1-TC
-

Trục khuỷu: trục khuỷu là bộ phận quan trọng của động cơ, nó biến chuyển
động tịnh tiến thành chuyển đông quay và đưa công suất ra ngoài.với động cơ

này trục khuỷu có 5 cổ trục chính đây là loại trục khuỷu đủ cổ. Hình dạng kết
cấu của trục khuỷu của 4JB1-TC được thể hiện ở hình 1-12:

Hình 3-4: Hình dạng kết cấu trục khuỷu động cơ 4JB1-TC.
II)

Phân tích nhiệm vụ, điều kiện làm việc và nguyên lý của hệ thống làm
mát.

a) Nhiệm vụ của hệ thống làm mát.
Trong động cơ đốt trong, khi làm việc sẽ sản sinh ra một lượng nhiệt lớn
nhiệt này sẽ truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy, người ta ước lượng rằng
lượng nhiệt truyền cho các chi tiết này sẽ chiếm khoảng 25-35% nhiệt lượng do
cháy tỏa ra.vì vậy các chi tiết đó sẽ bị nung nóng mãnh liệt khi đó nhiệt độ của các
chi tiết sẽ cao dẫn đến:
-

làm giảm sức bền,độ cứng vững và tuổi thọ của động cơ

-

Làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn gây ra tăng tổn thất ma sát

-

Gây bó kẹt piston do biến dạng nhiệt

-

Làm giảm lượng khí nạp vào xylanh


Dó đó trong động cơ cần phải có hệ thống làm mát để thực hiện quá trình truyền
nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy đến môi chất làm mát đảm bảo cho các chi
tiết không nóng quá cũng không nguội quá để tránh các tác hại kể trên.
b) Điều kiện làm việc của hệ thống làm mát.
Hệ thống làm mát phải làm việc tốt trong mọi điều kiện hoạt động của động
cơ để đảm bảo các chi tiết của động cơ luôn được làm mát tránh tình trạng hư
hỏng động cơ do két làm mát.mặt khác hệ thống làm mát phải phù hợp với từng
chế độ nhiệt của động cơ các chi tiết không được nóng quá cũng không được
nguội quá để tránh giảm công suất của động cơ truyền cho hệ thống làm mát.
c) Nguyên lý của hệ thống làm mát.
Hệ thống làm mát sử dụng trên đông cơ thuộc loại hệ thống làm mát bằng
nước tuần hoàn cưỡng bức.các chi tiết của hệ thống làm mát được bố trí như sau:

Trong đó : 1.Nắp két nước;2.Thùng giãn nỡ;3.Đầu xylanh;4.Két nước;5.Quạt làm
mát;6.Van hằng nhiệt;7.Bơm nước;8.Bộ sấy;9.Bộ làm mát dầu nhờn;10.Thiết bị
khởi động khi động cơ ở trạng thái nguội;11.Bơm phun nhiên liệu.


Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát loại này như sau:
Nước trong két nước 1 được bơm 7 hút qua đường ống hút và đẩy vào làm
mát thân động cơ,nắp xylanh sau đó sẽ đi tới van hằng nhiệt 6,tại đây nếu nước
sau khi làm mát động cơ mà nhiệt độ của nó còn thấp thì van 6 sẽ đóng đường dẫn
về két nước và đồng thời mở thông đường dẫn nước chạy tới bơm tiếp tục chu
trình.nhưng khi nước làm mát ra khỏi động cơ đã nóng đạt tới một nhiệt độ nào đó
thì van 6 sẽ đóng đường dẫn nước tới bơm và mở đường dẫn nước qua két tại đây
nước sẽ được làm mát bằng không khí nhờ quạt gió 5.nước sau khi đã làm mát

động cơ một phần được cho chảy qua bộ phận làm mát dầu 9 để làm mát dầu tránh
làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn nhưng không được nguội quá để không làm
tăng độ nhớt của dầu tránh hiện tượng khó lưu thông của dầu bôi trơn.thùng dãn
nỡ 2 có nhiệm vụ là tạo ra hơi nước để làm tăng cột áp tránh hiện tượng xâm thực
cho bơm.
III)
-

Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống làm mát.

Nhiệt lượng truyền cho nước làm mát Qlm:

Dựa theo công thức kinh nghiệm ta có:

Trong đó: q là lượng nhiệt làm mát ứng với một đơn vị công suất động cơ.đối với
động cơ diesel q= 1100-1140.chọn q=1140 W/KW.
Và Ne là công suất có ích của động cơ Ne=67KW
Nên ta có:

-

Lưu lượng nước qua bơm:


Với Cn là tỷ nhiệt của nước.Cn =4187 J/kg.độ.
Và

là khối lượng riêng của nước.

là độ chênh nhiệt độ nước trong động cơ

Vậy

-

chọn

.

Lưu lượng lý thuyết do bơm cung cấp:
với

là hiệu suất làm việc của bơm. Thường

chọn

Nên ta có

-

Tính bán kính trong của bánh công tác r1:

Giả thiết nước chảy bơm thẳng góc nên ta có C 1m=C1 nên theo phương trình lưu

lượng ta có:

Trong đó C1 thường có giá trị trong khoảng 1-3m/s ta chọn C1=2m/s
Với r0 là bán kính của mayơ ta có thể tính được theo điều kiện bền của bơm:

Ta có

với M là momen xoắn trên trục bơm,momen xoắn trên trục

bơm được xác định từ công suất cản của bơm tạo ra tại chế độ công suất lớn nhất
của động cơ và momen cản này cũng chính là momen cần thiết từ động cơ để dẫn
động bơm. Mặt khác với động cơ cao tốc(C m>9) để có kết cấu của bơm nhỏ gọn
thì người ta thường chọn tỷ số truyền của trục bơm nước và trục khuỷu bằng 1 nên

ta có:

(1)

Trong đó công suất của bơm(công suất cần thiết để dẫn động bơm) được tính từ

công thức:

Với Gb là lưu lượng lý thuyết do bơm tạo ra như đã tính

và pn là áp suất do bơm tạo ra

ta chọn

là hiệu suất cơ giới

Vậy :

Nên theo (1) ta có:

.

ta chọn

.

.

.


Ta có sơ đồ tính trục như sau:

Như vậy dựa vào sơ đồ trên ta tính sơ bộ được đường kính trục là:

Với

ta chọn =


Nên

. Nhưng theo tiêu chuẩn ta chọn

Theo công thức kinh nghiệm thì ta có:

Chọn
Nên r0=7mm.

Suy ra:

Ta chọn
-

.

Vận tốc vòng của cánh bơm tại chổ nước ra:

Trong đó:

chọn

và

pn là áp suất cột áp do bơm tạo ra

chọn

chọn


Và

là hiệu suất thủy lực thường = 0.6-0.7 chọn

=>

-

Bán kính của bánh công tác r2:

Ta có

-

Vận tốc vòng của bánh bơm tại chổ nước vào:

-

Góc hợp giữa w1 và u1:

Ta có:

-

nên

.

Chiều cao cánh bơm tại chổ nước vào:

Ta có:

Trong đó: Z là số cánh của bánh công tác Z=4-8 cánh ta chọn Z=4 cánh.
là chiều dày của cánh tại chổ nước vào

Vậy

chọn

.

.


-

Chiều cao cánh bơm tại chổ nước ra:

Ta có:

Trong đó:

là chiều dày của cánh tại chổ nước vào

chọn

Và Cr là tốc độ ly tâm của nước ở chổ ra và được xác định theo quan hệ:

Nên :

lấy

.

• Tính quạt gió:
-

Lưu lượng của quạt :

Với

ta chọn nhiệt độ trung bình không khí là tk=50 0C.và p0 là áp

suất khí quyển p0=0.1Mpa.

Vậy

.

Ckk là tỷ nhiệt của không khí Ckk=1005J/kg.độ


là độ chênh nhiệt độ không khí qua két

chọn

Suy ra :

-

Diện tích đón gió của bộ phận tản nhiệt két nước:

Với

là tốc độ không khí qua két thường

độ chuyển động của ô tô tại 12-15 km/h thì

nếu tính đến tốc
,

Ta chọn
Vậy :

-

Đường kính ngoài của cánh quạt:

Thường thì giá trị của đường kính quạt là (0.25-0.65) m theo tính toán ở trên ta
thấy phù hợp.
-

Đường kính của may ơ quạt:


Ta chọn :
-

Đường kính trong của quạt :

Đường kính trong của quạt ta chọn giá trị sao cho lớn hơn đường kính may ơ của
quạt và đảm bảo khi tính bề dày của cánh quạt có kích thước nằm trong giớ hạn
cho phép mà vẫn đảm bảo lưu lượng của quạt. ta chọn r = 10cm.
-

Số vòng quay của quạt gió:

Với u là vận tốc vòng của quạt:

là hệ số phụ thuộc vào dạng cánh đối với cánh phẳng thì

ta chọn

.

là sức cản khí động của dòng khí

chọn

Suy ra :

Vậy :

-

Chiều rộng cánh quạt :

.

.


Trong đó: R là bán kính ngoài của quạt
r là bán kính trong của quạt.với r ta chọn giá trị sao cho lớn hơn đường kính của
may ơ nhưng phải đảm bảo sao cho bề rộng cánh quạt tính được phải nằm trong
giới han cho phép.ở đây ta chọn sơ bộ r = 0.1m
là góc nghiêng của cánh chon
nq là số vòng quay của quạt
thay

số

ta

được

:

ta thấy giá trị bề rộng của cánh quạt tính được nằm trong giới hạn cho phép (4070mm) vậy việc chọn r = 0.1m là hợp lý.
• Tính két nước:
Diện tích của bề mặt truyền nhiệt cho môi chất làm mát két nước (diện tích tiếp
xúc với không khí)

Với

nằm trong khoảng

và

là hệ số truyền nhiệt từ nước đến thành ống có giá trị

chọn


hệ số tản nhiệt từ bề mặt ống đến không khí

là chiều dày thành ống

chọn

là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu

là hệ số tăng diện tích

chọn

độ chênh nhiệt độ trung bình của môi chất được làm mát và môi chất làm
mát

.

Vậy ta tìm được

Nên

-

Kích thước của két nước làm mát:

Do để cho tỷ lệ

nên bề mặt đón gió của két nước phải có hình dạng

vuông,nên ta có kích thước chiều rộng và cao của két nước là:

-

Số ống chứa môi chất làm mát(nước):

Như ở trên ta đã chọn hệ số hiệu quả

nên ta có diện tích bên trong

của thành ống F1 là:

Suy ra số ống cần thiết có trong két nước là:

Trong đó: F là diện tích xung quanh của 1 ống
Theo các giá trị kinh nghiệm kích thước tiết diện ngang của ống thường trong
khoảng

x

ta chọn kích thước tiết diện ngang của ống là 20x4.

Vậy ta có F= 2*(0.02+0.004)*0.48
Với 0.48 là chiều cao của két nước
Suy

Ta chọn 150 ống .

-

Hệ số hiệu quả:

ra:


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyên lý động cơ đốt trong
GS-TS. Nguyễn Tất Tiến.
NXB giáo dục - 2000.
[2]. Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong tập I, II, III.
Nguyễn Đức Phú
Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp. Hà Nội 1977.
[3].Giáo trình kết cấu tính toán động cơ đốt trong.
Khoa cơ khí giao thông – ĐHBK Đà Nẵng.\
[3]. Hướng dẫn đồ án thiết kế động cơ đốt trong.
Th.s Nguyễn Quang Trung.
[4] Catalog Engine ISUZU 4JB1-TC Mechanical Specification & Structure.
Lấy tại trang : />Ngoài ra còn có tham khảo một số tài liệu: Giáo trình giảng dạy của các thầy
trong bộ môn động cơ đốt trong – Khoa cơ khí giao thông – ĐHBK Đà Nẵng.