Разработка урока на тему:"Классификация двигателей по назначению, по виду применяемого топлива, по принципу работы, по способу осуществления рабочего цикла, по расположению цилиндров".

Дисциплина «Тракторы и автомобили»

САБАҚТЫҢ ЖОСПАРЫ

ПЛАН УРОКА

Сабақтың тақырыбы:

Тема урока: Классификация двигателей по назначению, по виду применяемого топлива, по принципу работы, по способу осуществления рабочего цикла, по расположению цилиндров.

Основные системы и механизмы двигателя их назначение и принцип работы.

Сабактың мақсаттары:

Цель урока:разънить классификацию двигателей внутреннего сгорания.

Разъяснить основные системы и механизмы двигателя их назначение и принцип работы.

Сабактың түрі:

Тип урока комбинированный

Өткізу әдісі:

Методы ведения: объяснительно-иллюстративный.

Пән аралық байланыс:

Межпредметная связь: физика,химия,математика

Сабақты қамтамасыз ету: Обеспечение урока:

Көрнекті құралдар:

Наглядные пособия: презентация Microsoft office power point, натуральные детали, узлы и системы двигателя КамАЗ-740, ЗиЛ-130, ВАЗ-2106.

Үлестіретін материал:

Раздаточный матерал:

Оқудың техникалық құралдары ОТҚ:

ТСО: интерактивная доска «White board».

САБАҚТЫҢ БАРЫСЫ

ХОД УРОКА

1. Дағдыларды, ептіліктерді ұйымдастыру:

Актуализация знаний, умений, навыков:

1. Тракторы каких моделей имеются в нашем колледже и к каким тяговым классам они относятся?

2. По какому признаку тракторы делят на тяговые классы?

3. По каким признакам классифицируют автомобили?

4. Чем отличается модификация тракторов от его базовой модели?

5. На рисунке найдите основные части автомобиля и объясните их назначение

2. Жаңа білімдер мен түсініктерді, дағдылар мен ептіліктерді қалыптастыру:

Формирование новых знаний и понятий, умений и навыков:

Общие понятия.

В двигателях внутреннего сгорания химическая энергия сгорающего топлива превращается в тепловую, которая переходит в механическую работу вращающегося вала.

Двигатели подразделяют: по способу образования и воспламенения рабочей смеси (дизели и карбюраторные), по числу тактов рабочего цикла (четырех- и двухтактные), по числу цилиндров (одно-, двух- и многоцилиндровые), по расположению цилиндров (рядные и V-образные), по способу охлаждения (с жидкостным и воздушным охлаждением).

Чтобы понять принцип работы двигателя, рассмотрим его упрощенную схему (рис. 6). В цилиндр 4, закрытый головкой 8, плотно вставлен поршень 6. С помощью пальца 7 и шатуна 5 поршень coединен с коленчатым валом 1, на одном конце которого насажено тяжелое колесо — маховик 2. Детали 1, 2 и 4, 8 составляют кривошипно-шатунный механизм.

Рис. 6. Схема двигателя (а) и положе­ние поршня в верхней (б) и нижней (в) мертвых точках:

1 — коленчатый вал; 2 — маховик; 3 — корпус двигателя; 4 — цилиндр; 5 —ша­тун; 6 — поршень; 7 — поршневой палец; 8 — головка цилиндра; 9--клапаны; 10 — передаточные детали; 11—кулачковый вал; 12 — распределительные шестерни.

Во время работы двигателя поршень перемещается в цилиндре приближаясь к оси коленчатого вала или удаляясь от нее. При наибольшем удалении от этой оси поршень занимает положение, называемое верхней мертвой точкой (в.м. т.), а при наименьшем — нижней мертвой точкой (н. м. т). В этих точках поршень, останавливаясь на мгновение, изменяет направление своего движения на обратное.

Расстояние S между мертвыми точками называется ходом поршня. За один ход поршня (например, от в.м. т. к н. м.т.) колен­чатый вал поворачивается на пол-оборота.

Полость над поршнем, находящимся в в. м. т., называется объемом камеры сгорания (камеры сжатия), а полость, располо­женная над поршнем, когда он находится в н.м.т. — полным объемом цилиндра. Объем цилиндра, освобождаемый поршнем при перемещении от в. м. т. до н. м. т., называется рабочим объемом цилиндра. Рабочий объем всех цилиндров, выраженный в литрах, называется литражом двигателя.

В головке цилиндра имеются впускные и выпускные отверстия с клапанами. В точно определенные моменты они открываются и закрываются с помощью распределительного механизма, в который входят клапаны 9, передаточные детали 10, кулачковый вал II и распределительные шестерни 12.

При вращении коленчатого вала, когда соединенный с шатуном поршень отходит от в. м. т., над ним в цилиндре создается разре­жение. В это время впускной клапан откроется, и цилиндр начнет заполняться атмосферным воздухом. После прохода поршнем н.м.т. перепускное отверстие закроется. При дальнейшем повороте вала пор­шень, перемещаемый шатуном, идет вверх и сжимает воздух, за­полнивший цилиндр. Когда поршень придет в в. м.т., весь воздух, снимавший полный объем цилиндра, будет сжат в камере сгора­ния. Число, показывающее, во сколько раз уменьшается объем воздyxa (или смеси воздуха с топливом) в цилиндре двигателя, называется степенью сжатия и обозначается буквой е.

Рис. 6. Схема двигателя (а) и положе­ние поршня в верхней (б) и нижней (в) мертвых точках:

1 — коленчатый вал; 2 — маховик; 3 — корпус двигателя; 4 — цилиндр; 5 —ша­тун; 6 — поршень; 7 — поршневой палец; 8 — головка цилиндра; 9--клапаны; 10 — передаточные детали; 11—кулачковый вал; 12 — распределительные шестерни.

29

При сжатии воздух в камере сгорания, нагреваясь, достигает высокой температуры. В эту камеру впрыскивается мелкораспыленное топливо. Соприкасаясь с горячим воздухом и нагретым порш­нем, частицы топлива испаряются, воспламеняются и сгорают, вы­деляя теплоту. В результате температура и давление газов над поршнем резко возрастают, и под действием давления поршень пе­ремещается вниз — происходит расширение газов. При этом давле­ние и температура их уменьшаются. Так, тепловая энергия преоб­разуется в механическую. Сила давления газов от поршня через шатун передается коленчатому валу и вращает его. В конце хода поршня вниз открывается выпускной клапан. Маховик, получив разгон, выводит механизм из н.м.т. Поршень выталкивает из цилиндра отработавшие газы, освобождая его для следующей порции (дозы) свежего воздуха. При вращении коленчатого вала все про­цессы в цилиндре повторяются. Следовательно, работа двигателя основана на свойстве нагретых газов расширяться. Она слагается из четырех ходов поршня, при которых в цилиндре протекают процессы впуска свежего воздуха, сжатия его, подачи и сгорания топлива и расширения горячих газов, выпуска отработавших газов. Эти процессы, чередуясь в указанном порядке, составляют рабочий цикл двигателя. Часть рабочего цикла, протекающая во время движения поршня от одно» мертвой точки до другой, называется тактом.

Из четырех тактов только при одном — расширении газов совершается полезная работа. Этот такт называется рабочим хо­дом. Остальные такты вспомогательные. Они совершаются за счет части энергии, накопленной маховиком.

Двигатель, рабочий цикл которого совершается за четыре хода (такта) поршня (за два оборота коленчатого вала), называется четырехтактным. Двигатель, рабочий цикл которого совершается за два хода поршня (один оборот коленчатого вала), называется двухтактным.

У двигателя, схему которого мы рассмотрели, топливо впрыски­вается в цилиндр и воспламеняется от высокой температуры сильно сжатого воздуха. Такой двигатель называется дизелем (по имени его создателя Р. Дизеля). Двигатель, у которого смесь топлива с воздухом образуется не в цилиндре, а в особом приборе — карбю­раторе, затем поступает в цилиндр и здесь воспламеняется электри­ческой искрой, называется карбюраторным.

Рабочие циклы

четырехтактных двигателей

Дизель. Рассмотрим процесс протекания каждого такта в цилиндре дизеля (рис. 7).

Первый такт — впуск. Цилиндр заполняется воздухом, кислород которого обеспечивает сгорание топлива. Чем больше воздуха поступает в цилиндр, тем большее количество топлива можно сжечь в нем и тем выше будет давление газов на поршень при рабочем ходе (увеличивается мощность).

Впуск Сжатие Рабочий ход Выпуск

Рис.7. Схема рабочего цикла одноцилиндрового четырехтактного дизеля: I форсунка; 2 — топливный насос.

Во время впуска поршень движется вниз, впускной клапан от­крыт, а выпускной закрыт. Воздух, поступающий в цилиндр, нагре­вается при смешивании с горячими остаточными газами и от нагре­тых деталей работающего дизеля.

К концу первого такта температура воздуха достигает 40... 60°С, и его плотность уменьшается. Кроме того, при движении он встречает сопротивление во впускных каналах дизеля. По этим при­чинам давление в цилиндре оказывается ниже атмосферного (0,08... 0,09 МПа).

Второй такт — сжатие. Поршень перемещается вверх, оба клапана закрыты. Под действием поршня воздух сжимается в 15...17 раз (степень сжатия е=15...17) и при этом нагревается. Давление в конце сжатия доходит до 3...4 МПа, а температура550...600°С, что значительно превышает температуру самовоспламенения топлива.

Третий такт — расширение. Перед самым окончанием сжатия, когда поршень почти дошел до в. м.т., в цилиндр через форсунку 1 впрыскивается порция топлива. Большая часть сразу же воспламеняется и сгорает. Температура газов повышается до 2000...2100°С, а давление — до 5,5...8,0 МПа. Под таким | тлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и через шатун проворачивает коленчатый вал. В процессе расшире­ния сгорает остальная часть впрыснутого топлива. По мере перемещения поршня давление газов в цилиндре падает, а температура повышается. К концу третьего такта давление снижается до.0,3 МПа, а температура — до 600...650°С.

Четвертый такт — выпуск. Впускной клапан закрыт, выпускной открыт. Из цилиндра выталкиваются отработавшие газы. Давление оставшихся газов падает до 0,11..Д12 МПа. Температура отработавших газов в месте выхода из цилиндра составляет (400...500°С).

Далее рабочий цикл повторяется.

Карбюраторный двигатель. Подобным образом рассмотрим рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя.

Такт впуска. Выпускной клапан закрыт, а впускной открыт. При движении поршня от в. м. т. вниз цилиндр заполняется смесью топлива с воздухом. Такая смесь приготовляется в специальном приборе — карбюраторе и называется горючей смесью. Поступая цилиндр, она перемешивается с остаточными газами, в результате чего образуется рабочая смесь.

Давление рабочей смеси в цилиндре при такте впуска из-за со­противления в карбюраторе ниже, чем в цилиндре дизеля, и составляет 0,07...0,08 МПа. Температура рабочей смеси повышается на 60...120°С в основном за счет высокой температуры остаточных газов.

Такт сжатия. При этом такте, как и в дизеле, рабочая смесь, сжимаясь, нагревается. С увеличением степени сжатия рас­тет давление и температура смеси, а также скорость ее сгорания. В результате повышается экономичность и мощность двигателя. Но при повышенной температуре возникает опасность преждевре­менного воспламенения (самовоспламенения) смеси. Чтобы избе­жать этого, рабочую смесь сжимают незначительно (е=4...8). Дав­ление в цилиндре в конце такта сжатия — 0,9...1,2 МПа, а темпе­ратура не превышает температуры самовоспламенения, доходя лишь до 330°С.

Такт расширения. Перед окончанием такта сжатия между электродами искровой свечи зажигания проскакивает элек­трический заряд. Искра воспламеняет рабочую смесь. Температура горящих газов доходит до 2500 °С, а давление повышается до 3,0...4,5 МПа. Под действием силы давления газов поршень пере­мещается вниз. К концу третьего такта давление снижается до 0,3...0,4 МПа, а температура — до 900... 1200 °С.

Такт выпуска происходит так же, как в дизеле, но при несколько более высокой температуре газов.

Сравнительная оценка дизеля и карбюраторного двигателя. По сравнению с карбюраторным (бензиновым) двигателем дизель имеет следующие преимущества:

• дизель экономичнее: на единицу выполненной работы вслед­ствие высокой степени сжатия он расходует на 25% меньше топлива;

• топливо, на котором работает дизель, менее опасно в пожар­ном отношении и оказывает меньшее коррозионное действие на детали, чем бензин.

Недостатки дизеля:

• из-за высокого давления газов в цилиндрах, корпус и дру­гие детали, работающие со значительными нагрузками, тяжелее и имеют большие размеры;

• для пуска дизеля требуется более мощный стартер или специальный карбюраторный пусковой двигатель;

• дизель работает со значительным избытком воздуха, поэтому размеры цилиндров и других деталей и сборочных единиц уве­личены.

Особенности рабочего цикла

двухтактного карбюраторного двигателя

В двухтактном карбюраторном двигателе горючая смесь, приготовленная в карбюраторе 11 (рис. 8), заполняет гер­метичную кривошипную камеру, расположенную под поршнем. Вместо клапанов в цилиндре имеются окна, которые перекрывает движущийся поршень.

Первый такт. При движении поршня от н.м.т. вверх в криво­шипной камере 1 создается разрежение, поэтому в нее через окно 12 карбюратора 11 засасывается горючая смесь. После перекрытия поршнем продувочного окна 5, а затем выпускного окна 10 в цилиндре над поршнем происходит сжатие ранее поступившей смеси. В конце сжатия эта смесь воспламеняется электрической искрой от свечи 9 и к началу движения поршня вниз сгорает.

Второй такт. Под давлением образовавшихся в камере сгорания газов поршень перемещается в цилиндре от в. м. т. вниз. Опускаясь, перекрывает впускное окно 12 и сжимает горючую смесь, оказав­шуюся в камере 1. При дальнейшем опускании поршня он открывает выпускное окно 10, через которое из цилиндра выбрасываются работавшие газы, и давление в нем быстро понижается.

Затем поршень, продолжая опускаться, открывает продувочное окно 5, сообщенное каналом 4 с продувочной камерой, где давление частично сжатой горючей смеси оказывается выше, чем давле­ние отработавших газов в цилиндре. Поэтому через канал 4 предварительно сжатая смесь из кривошипной камеры поступает в цилиндр, выталкивая из него оставшиеся отработавшие газы. Этот процесс называется продувкой.

Следовательно, рабочий цикл двухтактного двигателя тоже слагается из процессов впуска, сжатия, сгорания и расширения газов, а также выпуска. Но протекают эти процессы одновременно в двух полостях: в кривошипной камере под поршнем и в цилиндре ним. Весь рабочий цикл совершается за два хода поршня, т. е. I один оборот коленчатого вала, поэтому мощность такого двигателя

на 60...70% превышает мощность четырехтактного двигателя, того же литража. Двухтактный двигатель работает более рав­номерно, устроен несложно и более прост в обслуживании.

Первый такт. Второй такт

Рис. 8. Схема рабочего цикла одноцилиндрового двухтактного карбюраторного двигателя:

кривошипная (продувочная) камера; 2 — шатун; 3 нижняя часть цилиндра; 4 — продувочный канал; 5— продувочное окно; 6 — поршень; 7 — цилиндр; 8 — головка цилиндра;

искровая свеча зажигания; 10 — выпускное окно; II карбюратор; 12— впускное окно; 13—коленчатый вал.

Главный недостаток двухтактного двигателя — большая потеря рабочей смеси (до 30%), выходящей вместе с отработавшими га­зами во время продувки. Из-за низкой экономичности двухтактные карбюраторные двигатели описанной конструкции используют на тракторах лишь для кратковременной работы — пуска дизеля.

Многоцилиндровые двигатели

В одноцилиндровом четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала (720°) совершается только один рабочий ход. Поэтому, несмотря на имеющийся маховик, коленчатый вал вращается неравномерно: ускоренно во время рабочего хода и за­медленно, когда совершаются другие три такта. Чтобы устранить этот и некоторые другие недостатки одноцилиндрового двигателя, на тракторах и автомобилях

Рис. 9. Схемы многоцилиндровых двигателей:

а — рядное и б — V-образное расположе­ние цилиндров; г — кривошипно-шатунный механизм шести- и восьмици­линдровых двигателей; 1...8 — номера ци­линдров.

устанавливают двигатели, имеющие от двух до двенадцати цилиндров. Цилиндры могут быть располо­жены в один ряд (рис. 9, а) вертикально или в два ряда (рис. 9, б) под углом один к другому (V-образно).

Двухрядное расположение цилиндров позволяет уменьшить длину и массу двигателя. Кривошипы коленчатого вала двух- и четырехцилиндровых дви­гателей расположены

в одной плоскости, т. е. под углом 180°, у восьмицилиндровых — под 90° (рис. 9, г), а у шести- и двенадцати­цилиндровых (рис. 9, в) —под углом 120°.

Схема (а) и порядок работы (б) четырехцилиндрового двигателя.

П оршни четырехцилиндрового двигателя (рис. 10) движутся попарно. Например, когда в первом и четвертом цилиндрах они опускаются (на рис. 10, а в первом цилиндре совершается рабочий ход, а в четвертом — впуск), то во втором и третьем поршни под­нимаются (во втором — выпуск, а в третьем — сжатие).

Чередование тактов рабочего хода в цилиндрах двигателя на­зывается порядком работы цилиндров. Для изучаемых четырехци­линдровых двигателей принят порядок работы 1—3—4—2.С увеличением числа цилиндров возрастает и число рабочих ходов, приходящихся на каждый оборот коленчатого вала, и он вращается равномернее. Так, например, у четырехцилиндрового двигателя (рис. 11, а) при любом положении колен вала соверша­ется рабочий ход в одном цилиндре, у восьмицилиндрового (рис. 11,в) одновременно в двух, а у двенадцатицилиндрового (рис. 11, г); в трех цилиндрах.

Механизмы и системы двигателя

При изучении принципа работы двигателя была рас­смотрена его упрощенная схема. В действительности же двигатель трактора или автомобиля имеет сложное устройство. Он состоит из кривошипно-шатунного и распределительного механизмов, а также следующих систем: охлаждения, смазочной, питания и регулирова­ния, пуска. Карбюраторный двигатель, кроме того, оборудован си­стемой зажигания.

С помощью кривошипно-шатунного механизма возвратно-посту­пательное движение поршней в цилиндрах преобразуется во враща­тельное коленчатого вала.

Распределительный механизм открывает и закрывает клапаны, которые пропускают в цилиндры воздух или горячую смесь и вы­пускают из цилиндров отработавшие газы.

Система охлаждения поддерживает требуемый тепловой режим двигателя.

Смазочная система подает масло к трущимся деталям двига­теля для уменьшения трения и их изнашивания.

Система питания очищает и подает в цилиндры воздух и топ­ливо или горючую смесь, а с помощью регулятора автоматически

регулируется требуемое количество топлива или смеси в зависимо­сти от нагрузки двигателя.

Система пуска дизеля необходима для проворачивания коленча­того вала при пуске.

Система зажигания карбюраторного двигателя нужна для воспламенения рабочей смеси в его цилиндрах.

3. Оқыған материалды бекіту:

Закрепление изученного материала:

1) Найдите на разрезе двигателя КамАЗ-740 основные детали кривошипно-шатунного механизма.

2) Что такое степень сжатия?

3) Почему степень сжатия карбюраторного двигателя ниже степени сжатия дизеля?

4)В чем различие процессов впуска карбюраторного двигателя и дизеля?

5) В чем различие процессов сжатия четырех и двухтактных двигателей?

6) Чем отличается способ воспламенения рабочей смеси, дизеля от карбюраторного двигателя?

4. Үй тапсырмасына нұсқау беру:

Инструктаж домашнего задания:

Д.И.Мельников « Тракторы»§5-6

Б.М.Гельман. «Сельскохозяйственные тракторы и автомобили» т.1 стр 15-22.

Разработал преподаватель Лысенко А.И.