План-конспект урока по дисциплине: «Термодинамика и рабочие процессы двигателя»

План-конспект урока по дисциплине:

«Термодинамика  и рабочие процессы двигателя» 

Выполнил студент 3 курса факультета высшего образования 

Тема урока: «Общие сведения и классификация ДВС»

Специальность: «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Дисциплина: «Термодинамика и рабочие процессы двигателя» 

Цели  и задачи:

а) образовательная - ознакомить обучающихся с классификацией и рабочих циклов ДВС;

б) воспитательная – формировать у учащихся научное мировоззрение;

 в)  развивающая - развитие технического мышления.

Тип урока: урок изучения нового материала

Структура урока:

1.Организационный  этап (приветствие со студентами);

2.Усвоение  новых знаний (дать учащимся конкретное представление об ДВС и их классификации, показать и объяснить схему работы рабочего цикла двигателя);

3.Проверка  усвоения новых знаний (задание  вопросов по пройденному материалу);

4.Подведение итога урока (определить реализованы ли поставленные цели и задачи).

 Мотивация: в наше время самый популярный вид транспорта это автомобильный, поэтому я хотел бы рассказать в своём уроке: как устроен и каким образом работает двигатель внутреннего сгорания – «сердце машины» в современных машинах. 

1. Организационный этап (приветствие со студентами).
2. Усвоение новых знаний.

Краткий конспект новых знаний.

Общие сведения и классификация ДВС.

    Поршневым двигателем внутреннего  сгорания (ДВС)- называют такую тепловую машину, в которой превращение химической энергии топлива в тепловую, а затем в механическую энергию, происходит внутри рабочего цилиндра. Превращение теплоты в работу в таких двигателях связано с реализацией целого комплекса сложных физико-химических, газодинамических и термодинамических процессов, которые определяют различие рабочих циклов и конструктивного исполнения.

    Классификация поршневых двигателей. Исходным признаком классификации поршневых двигателей принят род топлива, на котором работает двигатель. Газообразным топливом для ДВС служат природный, сжиженный и генераторный газы. Жидкое топливо представляет собой продукты переработки нефти: бензин, керосин, дизельное топливо и др. Газожидкостные двигатели работают на смеси газообразного и жидкого топлива, причем основным топливом является газообразное, а жидкое используется как запальное в небольшом количестве. Многотопливные двигатели способны длительно работать на разных топливах в диапазоне от сырой нефти до высокооктанового бензина. 

    Двигатели внутреннего сгорания классифицируют также  по следующим признакам:

-по способу воспламенения рабочей смеси – с принудительным воспламенением и с воспламенением от сжатия;

-по способу осуществления рабочего цикла – двухтактные и четырехтактные, с наддувом и без наддува;

по способу  смесеобразования – с внешним  смесеобразованием (карбюраторные  и газовые) и с внутренним смесеобразованием (дизельные и бензиновые с впрыском топлива в цилиндр);

-по способу охлаждения – с жидкостным и воздушным охлаждением;

-по расположению цилиндров – однорядные с вертикальным, наклонным горизонтальным расположением; двухрядные с V-образным и оппозитным расположением.

    Преобразование  химической энергии  топлива, сжигаемого в цилиндре двигателя, в механическую работу совершается с  помощью газообразного  тела – продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива. Под действием давления газов поршень совершает возвратно-поступательное движение, которое преобразуется во вращательное движение коленчатого вала с помощью кривошипно-шатунного механизма ДВС. Прежде чем рассматривать рабочие процессы, остановимся на основных понятиях и определениях, принятых для двигателей внутреннего сгорания.

    За  один оборот коленчатого вала поршень  дважды будет находиться в крайних  положениях, где изменяется направление  его движения. Эти положения поршня принято называть мертвыми точками, так как усилие, приложенное к поршню в этот момент, не может вызвать вращательного движения коленчатого вала. Положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси вала двигателя достигает максимума, называется верхней мертвой точкой (ВМТ). Нижней мертвой точкой (НМТ) называют такое положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси вала двигателя достигает минимума.

    Расстояние  по оси цилиндра между мертвыми точками  называют ходом поршня. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого  вала на 180°.

    Перемещение поршня в цилиндре вызывает изменение  объема надпоршневого пространства. Объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ называют объемом камеры сгорания.

    Объем цилиндра, образуемый поршнем при его перемещении между мертвыми точками, называется рабочим объемом цилиндра .

    Объем надпоршневого пространства при положении поршня в НМТ называют полным объемом цилиндра.

    Рабочий объем двигателя представляет собой  произведение рабочего объема цилиндра на число цилиндров.

    Отношение полного объема цилиндра  к объему камеры сгорания называют степенью сжатия.

    При перемещении поршня в цилиндре кроме  изменения объема рабочего тела изменяются его давление, температура, теплоемкость, внутренняя энергия. Рабочим циклом называют совокупность последовательных процессов, осуществляемых с целью  превращения тепловой энергии топлива  в механическую.

    Достижение  периодичности рабочих циклов обеспечивается с помощью специальных механизмов и систем двигателя.

    Рабочий цикл любого поршневого двигателя внутреннего  сгорания может быть осуществлен  по одной из двух схем.

    Показать  схему рабочего цикла двигателей: По схеме, рабочий цикл осуществляется следующим образом. Топливо и воздух в определенных соотношениях перемешиваются вне цилиндра двигателя и образуют горючую смесь. Полученная смесь поступает в цилиндр (впуск), после чего она подвергается сжатию. Сжатие смеси, как будет показано ниже, необходимо для увеличения работы за цикл, так как при этом расширяются температурные пределы, в которых протекает рабочий процесс. Предварительное сжатие создает также лучшие условия для сгорания смеси воздуха с топливом.

    Во  время впуска и сжатия смеси в  цилиндре происходит дополнительное перемешивание топлива с воздухом. Подготовленная горючая смесь воспламеняется в цилиндре при помощи электрической искры. Вследствие быстрого сгорания смеси в цилиндре резко повышается температура и, следовательно, давление, под воздействием которого происходит перемещение поршня от ВМТ к НМТ. В процессе расширения нагретые до высокой температуры газы совершают полезную работу. Давление, а вместе с ним и температура газов в цилиндре при этом понижаются. После расширения следует очистка цилиндра от продуктов сгорания (выпуск), и рабочий цикл повторяется.

    

    Схема рабочего цикла двигателей

    В рассмотренной схеме  подготовка смеси  воздуха с топливом, т. е. процесс смесеобразования, происходит в основном вне цилиндра, и наполнение цилиндра производится готовой горючей смесью, поэтому двигатели, работающие по этой схеме, называются двигателями с внешним смесеобразованием. К числу таких двигателей относятся карбюраторные двигатели, работающие на бензине, газовые двигатели, а также двигатели с впрыском топлива во впускной трубопровод, т. е. двигатели, в которых применяется топливо, легко испаряющееся и хорошо перемешивающееся с воздухом при обычных условиях.

    Сжатие  смеси в цилиндре у двигателей с  внешним смесеобразованием  должно быть таким, чтобы давление и температура в конце сжатия не достигали значений, при которых могли бы произойти преждевременная вспышка или слишком быстрое (детонационное) сгорание. В зависимости от применяемого топлива, состава смеси, условий теплопередачи в стенки цилиндра и т. д. давление конца сжатия у двигателей с внешним смесеобразованием находится в пределах 1.0–2.0 МПа.

    Если  рабочий цикл двигателя происходит по схеме, описанной выше, то обеспечивается хорошее смесеобразование и использование  рабочего объема цилиндра. Однако ограниченность степени сжатия смеси не позволяет  улучшить экономичность двигателя, а необходимость в принудительном зажигании усложняет его конструкцию.

    В случае осуществления  рабочего цикла по схеме, процесс смесеобразования происходит только внутри цилиндра. Рабочий цилиндр в данном случае заполняется не смесью, а воздухом (впуск), который и подвергается сжатию. В конце процесса сжатия в цилиндр через форсунку под большим давлением впрыскивается топливо. При впрыскивании оно мелко распыляется и перемешивается с воздухом в цилиндре. Частицы топлива, соприкасаясь с горячим воздухом, испаряются, образуя топливовоздушную смесь. Воспламенение смеси при работе двигателя по этой схеме происходит в результате разогрева воздуха до температур, превышающих самовоспламенение топлива вследствие сжатия. Впрыск топлива во избежание преждевременной вспышки начинается только в конце такта сжатия. К моменту воспламенения обычно впрыск топлива еще не заканчивается. Топливовоздушная смесь, образующаяся в процессе впрыска, получается неоднородной, вследствие чего полное сгорание топлива возможно лишь при значительном избытке воздуха. В результате более высокой степени сжатия, допустимой при работе двигателя по данной схеме, обеспечивается и более высокий КПД. После сгорания топлива следует процесс расширения и очистка цилиндра от продуктов сгорания (выпуск). Таким образом, в двигателях, работающих по второй схеме, весь процесс смесеобразования и подготовка горючей смеси к сгоранию происходят внутри цилиндра. Такие двигатели называются двигателями с внутренним смесеобразованием. Двигатели, в которых воспламенение топлива происходит в результате высокого сжатия, называются двигателями с воспламенением от сжатия, или дизелями. 

III. Проверка усвоения новых знаний.

Контрольные вопросы по уроку:

Что такое  ДВС?

По каким  признакам классифицируют ДВС?

Что происходит в цилиндре во время впуска и сжатия смеси?

какой процесс следует после сгорания топлива внутри камеры цилиндра? 

IV. Подведение итога урока.

На уроке  были полностью реализованы поставленные цели и задачи. 

Домашнее  задание: повторить лекцию, подготовиться к тесту по пройденной теме.