Интегрированное учебное занятие по информатике физике и устройству автомобилей "Двигатель внутреннего сгорания"

ДЕПАРТАМЕНТ СМОЛЕНСКОЙ ОБЛАСТИ ПО ОБРАЗОВАНИЮ, НАУКЕ И ДЕЛАМ МОЛОДЕЖИ

Областное государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«ЯРЦЕВСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ»

Конспект

интегрированного занятия на элективных курсах:

«Устройство двигателя внутреннего сгорания»

Авторы:

Морозов Павел Михайлович,

Мастер производственного обучения

по профессии «Автомеханик»;

Прохоренкова Ольга Адольфовна,

преподаватель физики;

Пантелеенкова Валентина Дмитриевна

преподаватель математики

г. Ярцево 2016 г.

1. Мероприятие: интегрированное занятие на элективных курсах по профессии «Автомеханик» и предметам математика и физика по теме: «Устройство двигателя внутреннего сгорания».

Дата и место проведения: мероприятие проводилось в основном здании

СОГБПОУ «Ярцевский индустриальный техникум»

1. Цель мероприятия: познакомиться с устройством и принципом работы двигателя внутреннего сгорания.

2. Задачи: 1) сформировать знания учащихся о работе газа на примере изучения ДВС;

2) познакомить учащихся с видами тепловых двигателей, с устройством и принципом работы ДВС;

3) продолжить формирование умения у подростков связно и последовательно выражать свои мысли перед аудиторией;

4) продолжить учить учащихся сравнивать и сопоставлять изучаемые процессы (такты в работе двигателя);

5) продолжить формирование у учащихся навыков работы в учебно-познавательной деятельности.

1. Участники: учащиеся из разных школ - элективные курсы «Мир автомобиля»; Прохоренкова О.А.- преподаватель физики; Морозов Павел Михайлович - мастер производственного обучения по профессии «Автомеханик», Пантелеенкова Валентина Дмитриевна - преподаватель математики.

2. Оборудование: мультимедиа, макеты ДВС в рисунках и чертежах; таблица: «Четырехтактный одноцилиндровый карбюраторный двигатель»; плакаты: «Одноцилиндровый и четырехцилиндровый двигатели», «ДВС в разрезе».

3. Организационный момент.

Ход мероприятия:

Преподаватель физики: «Я расскажу вам правдивую и интересную историю. В 1885 году на глазах удивленных крестьян улицу маленького городка в Германии пересекло необычное трехколесное средство. Переднее колесо этого чудо - аппарата управлялось реечной рулевой передачей, а сам аппарат был снабжен системой дифференциальной трансмиссии. Автомобиль имел электрическое зажигание и бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Это было изобретение немецкого инженера Карла Бенца. Через год, получив патент, автор пытался продать хоть одну из своих моделей. Но у него ничего не вышло. Ему на помощь пришла жена Берта Бенц. После вмешательства этой особы Карл продал более 50 своих автомобилей. Чем помогла жена изобретателю? К концу занятия вы попробуете догадаться, что же все-таки произошло? А теперь вопрос: «Как вы думаете, почему занятие по устройству автомобиля открывает преподаватель физики, а не мастер производственного обучения?»

Учащиеся выдвигают мнение о связи наук.

Преподаватель физики: «Правильно. Содержание сегодняшнего занятия поможет понять нам, почему без знания различных наук невозможно стать профессионалом в своем деле. Сегодня мы познакомимся с устройством и работой двигателя внутреннего сгорания. Цель занятия: познакомиться с устройством и принципом работы ДВС. Эпиграфом занятия я выбрала слова неизвестного автора: «Мы столько знаем, сколько умеем». В настоящее время тепловые двигатели являются наиболее распространенными. Давайте подумаем, где используются тепловые двигатели?»

Ответы учащихся: «Без тепловых двигателей невозможно представить себе современный транспорт; около 80% электроэнергии вырабатывается с помощью них. В то же время повсеместное использование двигателей связано с отрицательным воздействием на окружающую среду. Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу более 200 вредных веществ. Например, рост концентрации углекислого газа в воздухе увеличивает поглощение ИК- излучения и приводит к повышению температуры Земли. Такой процесс называется парниковый эффект. Также продукты сгорания топлива существенно загрязняют окружающую среду. Углеводороды, вступая в реакцию с озоном, находящимся в атмосфере, образуют химические соединения, неблагоприятно воздействующие на жизнедеятельность растений, животных и человека».

Преподаватель физики: «Что же необходимо предпринять для охраны окружающей среды?»

Ответы подростков: «Для охраны окружающей среды используются очистные сооружения, препятствующие выбросу в атмосферу вредных веществ. Необходимо резко ограничить использование соединений тяжелых металлов, добавляемых в топливо. Сегодня разрабатываются автомобили, работающие на экологически чистых видах топлива».

Преподаватель физики: «Невозможно представить себе современную цивилизацию без тепловых двигателей. Что же такое тепловой двигатель? Дадим определение этому понятию.

Тепловой двигатель – это устройство, которое преобразует внутреннюю

энергию топлива в механическую работу.

Разберем, какие виды тепловых двигателей существуют:

• Паровая турбина;

• Газовая турбина;

• ДВС;

• Паровая машина;

• Реактивный двигатель.

Запишите себе в тетрадь определение теплового двигателя и виды. Еще давно люди пытались использовать энергию топлива для превращения ее в механическую работу. В 17 веке был изобретен первый тепловой двигатель, который в последующие годы был усовершенствован. Чем же сходны все 5 типов двигателей? Для работы тепловых двигателей используется твердое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергия. Во всех тепловых двигателях энергия топлива переходит сначала в энергию газа, а затем газ, расширяясь, совершает работу. Послушаем сообщение: «Первые тепловые двигатели».

Учащиеся : «В 1770г. французский инженер Ж. Кюньо построил самодвижущуюся тележку, приводимую в движение паром, которая была первым (паровым) автомобилем. Первая универсальная паровая машина была построена английским изобретателем Джеймсом Уаттом. При поддержке крупного промышленника Болтана за десять лет в период с 1775 по 1785г. фирма Уатта построила 66 паровых машин.

Изобретение паровой машины сыграло огромную роль в переходе к машинному производству. Недаром на памятнике Уатту написано: "Увеличил власть человека над природой".

Первый паровоз был сконструирован в 1803 году английским механиком Ричардом Тревитиком. Назывался паровоз: «Поймай меня, кто может!». Его скорость была всего 30 км/ч».

Преподаватель физики: «Спасибо за сообщение. Сегодня на занятии мы будем разбирать один из тепловых двигателей - ДВС. Почему он называется двигатель внутреннего сгорания? Оказывается, топливная смесь сгорает не снаружи, а внутри цилиндра двигателя, отсюда и название ДВС. Послушаем второе сообщение: «Первые ДВС».

Учащиеся: «Первый ДВС был изобретен французским механиком Этьеном Ленуаром. Этот изобретатель установил ДВС на карете в 1860 году.

Топливо в нем сжигалось не снаружи, а внутри цилиндра двигателя. Наибольшее распространение получил четырехтактный двигатель, изобретенный в 1878 году немецким механиком Николасом Отто. Каждый рабочий цикл этого двигателя включал 4 такта:

• Впуск горючей смеси;

• Ее сжатие;

• Рабочий ход;

• Выпуск продуктов сгорания.

Первый автомобиль с бензиновым двигателем был создан в 1886 году Г. Даймлером. В том же году, но чуть позже появился трехколесный автомобиль К. Бенца. Почему именно эти механики считаются изобретателями первых автомобилей, работающих на бензине? Несколько сотен изобретателей, до них и даже после них, утверждали, что именно они придумали «безлошадный экипаж ». Но совершить все 4 первых шага смогли только Г. Даймлер и К. Бенц. Они выдвинули идею автомобиля, оформили патент, построили действующий образец и, наконец, освоили выпуск автомобилей.

В 1888 году в России был разработан проект бензинового двигателя. Создал его капитан морского флота О.С. Костович. Этот двигатель имел мощность 60 кВт и предназначался для дирижаблей. Он получил широкое применение в основном на транспорте в сельском хозяйстве».

Мастер производственного обучения: «Спасибо, очень интересное сообщение. Посмотрите на схему работы карбюраторного двигателя. (Схема выведена на экран). Двигатель состоит из коленчатого вала, распределительного вала, поршня, цилиндра, трубопроводов, впускного и выпускного клапанов, свечи зажигания, шатуна, поршневого пальца и кольца. Запишите устройство ДВС в тетрадь. Наибольшее распространение в технике получил четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Один рабочий цикл у этого двигателя совершается за 4 хода поршня, или, как говорят за 4 такта. Крайнее положение поршня в цилиндре называют мертвыми точками.

Рассмотрим схему работы четырехтактного карбюраторного двигателя. Как топливо попадает внутрь цилиндра? При повороте вала поршень движется вниз. Открывается впускной клапан и в цилиндр входит горючая смесь.

На рисунке а схемы видно, что через впускной трубопровод и клапан производится заливка горючей смеси. Это первый такт, он называется - впуск горючей смеси. При первом такте давление в цилиндре 0,8-0,9 кг/см² и температура 45 -105 градусов. При втором такте поршень поднимается и сжимает горючую смесь. На рисунке б схемы видно, что происходит сжатие рабочей смеси поршнем, клапаны при этом закрыты. В конце второго такта смесь воспламеняется от свечи. Второй такт называется - сжатие. При этом такте давление 9 -15 кг/см² и температура 325 - 525 градусов. Третий такт называется рабочим ходом, потому что газы, образовавшиеся при сгорании смеси, давят на поршень и двигают его вниз. Газ при расширении совершает работу. На третьем рисунке видно, что газ расширяется, совершает работу, двигая поршень вниз. При этом такте давление 35 - 60 кг/см² и температура 2025 - 2425 градусов. Последний этап: поршень двигается вверх и выталкивает газы через открытый выпускной клапан. В конце хода поршня выпускной канал закрывается. Этот такт называется – выпуск продуктов сгорания. При этом такте давление 1-1,2 кг/см² и температура 625 - 825 градусов. Запишем в тетрадь эти процессы работы двигателя. Сейчас я хочу послушать вас, как вы уяснили этапы работы ДВС».

Мастер п/о задает вопросы по теме:

За сколько тактов происходит один рабочий цикл в двигателе? (четыре)

Как называются эти такты? (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск)

Что происходит дальше при вращении коленчатого вала? (такты повторяются).

Посмотрим, как работает двигатель внутреннего сгорания в фильме «ДВС»

Учащиеся смотрят фильм «Принцип работы ДВС»

Мастер п/о: «Сможете ли теперь (после просмотра фильма) объяснить, как поршень выходит из положений, называемых мертвыми точками?».

Ответы учащихся: «Коленчатый вал вместе с маховиком, получив толчок от поршня во время рабочего хода, продолжают вращаться по инерции и обеспечивают дальнейшее движение поршня».

Мастер п/о: «Кто сможет рассказать о работе двигателя и показать все такты на макете?».

Вызывается учащийся, он показывает все такты на макете двигателя.

Мастер п/о демонстрирует плакаты с изображением одноцилиндрового и четырехцилиндрового двигателей.

Мастер п/о: «Как вы думаете, чем отличаются эти двигатели?».

Учащийся: «Количеством цилиндров».

Мастер п/о: «Одинакова ли мощность этих двигателей?».

Учащийся: «Мощность четырехцилиндрового двигателя будет больше мощности одноцилиндрового».

Мастер п/о: «Верно. Многоцилиндровые двигатели обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность. Одноцилиндровые двигатели устанавливают на моторных лодках и мопедах. На мотоциклах устанавливают двухцилиндровые двигатели. На автомобилях, тракторах устанавливают 4-, 6-, 8-, 12-цилиндровые двигатели».

Мастер п/о обращает внимание учащихся на разрез модели ДВС.

Мастер п/о: «Почему поверхность цилиндра ребристая?».

Учащийся: «Такая поверхность необходима для лучшего охлаждения двигателя».

Мастер п/о: «А зачем необходимо охлаждать двигатель? Как его охлаждают? Оказывается, во время работы двигатель нагревается. Если бы не было охлаждения, то горючая смесь могла бы преждевременно загораться. Поэтому охлаждением и поддерживают определенную температуру двигателя».

Мастер п/о предлагает посмотреть фильм: « Сборка поршневого двигателя».

Преподаватель физики спрашивает учащихся, а нужна ли математическая точность при работе двигателя? Выслушиваются мнения учащихся.

Преподаватель физики: «А сейчас поиграем в игру: «Удали лишнее». Вам будет представлен набор слов, которые являются деталью ДВС. Из приведенных ниже слов удалите лишние слова, которые, по вашему мнению, не являются деталью ДВС».

Слова: клапан, колесо, болт, цилиндр, рессора, свеча, каленвал, гайка, шатун, диск, карбюратор, руль, поршневой палец.

Преподаватель математики: «Сегодня мы с вами разберемся в том, а нужна ли математика для работы двигателя. Сейчас мы запишем ряд формул, которые помогут нам с вами рассчитать, например рабочий объем двигателя. Чтобы это сделать, необходимо знать, что такое ход поршня. Запишем определение хода поршня в тетрадь».

Преподаватель математики предлагает ряд формул.

1. Расстояние, проходимое поршнем между мертвыми точками называется ходом поршня S.

2. Расстояние между осями коренных и шатунных шеек, называется радиусом кривошипа R.

Формула хода поршня: S=2R.

3. Рабочий объем двигателя обозначается буквой V.

Формула по нахождению объема двигателя: V= π/4 × D²S,

где D-диаметр цилиндра, S-ход поршня.

Преподаватель математики: «Рассчитайте ход поршня, если радиус кривошипа R=50 мм».

Вызывается ученик, который решает задачу на нахождение хода поршня.

Далее преподаватель математики дает задание по вариантам. Первому варианту рассчитать объем двигателя, если D=92 мм для автомобиля «ГАЗ»; второму варианту, если D=100 мм для автомобиля «ЗИЛ».

Преподаватель физики: «Вы убедились, в том, что при работе двигателя необходима даже математика. Запишем домашнее задание.

1.Выучить виды двигателей и их устройства;

2.Выучить определения, с которыми познакомились на уроке;

3.Индивидуальное задание: взять интервью у преподавателей техникума по профессии «Автомеханик»;

4.Индивидуальное задание: заполнить таблицу «Типы двигателей».

Педагоги оценивают студентов.

Преподаватель физики: «Подходит наше занятие к концу. А теперь давайте откроем «секрет жены Карла Бенца». Чем помогла жена изобретателю в том, что он стал успешно торговать своими автомобилями? Вы догадались, что же все-таки произошло?».

Заслушиваются ответы учеников.

Преподаватель физики: «Ответ таков: ранним утром Берта Бенц, взяв детей, выкатила авто из гаража. Ее идея была проста: проделать на машине стокилометровый путь до соседнего города. Мужу она оставила записку, в которой сообщала, что уехала к маме. Неимея четкого представления о работе двигателя, она за 14 часов доехала от Манхейма до соседнего города Пфорцхейма. Берта считала, что такой поступок станет красноречивым доказательством состоятельности изобретения Бенца. По сути это был первый промоушен в мировом автомобилестроении. О необычайном путешествии Берты быстро стало известно из прессы. Теперь все были убеждены в полезности изобретения и продажа автомобилей резко подскочила.

В конце нашего занятия хотелось бы спросить вас, как вы думаете, достигли ли мы поставленной цели, смогли ли решить необходимые задачи? А в чем необычность сегодняшнего занятия? Какой вывод можно сделать о необходимости приобретения знаний по различным наукам? Чтобы стать настоящим профессионалом в своем деле необходимо знание других наук и постоянное совершенствование. Спасибо за занятие».

Индивидуальное задание: заполните таблицу «Типы двигателей».

Используемая литература:

• Касьянов В., «Физика-10», Москва, Дрофа, 2007 год;

• В. А. Родичев «Грузовые автомобили», Москва, ПрофОбрИздат, 2000 год;

• А.Родичев «Устройство грузовых автомобилей» практикум учебное пособие, Москва - издательский центр «Академия», 2007 год.

• С. В. Беляев, В. В. Беляев Топлива для современных и перспективных автомобилей, учебное пособие, Петрозаводск, ПЕТРГУ, 2005 год;

• А. Гин «Приемы педагогической техники», пособие для учителя, Москва, изд-во «Вита-Пресс», 2002 год;

• Интернет ресурсы.