Методическая разработка занятия "Рабочий цикл дизельного двигателя"

Министерство образования, науки и молодежи Республики Крым Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Симферопольский автотранспортный техникум»

Методическая разработка занятия

по учебной дисциплине

«Устройство автомобилей»

программы подготовки по специальности:

23.02.07 Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей

Выполнил:

Эмир-Алиев Ш.А., преподаватель

Симферополь, 2025

План конспект занятия

Дисциплина: «Устройство автомобилей»

Тема занятия: «Рабочий цикл дизельного двигателя»

Цели:

Образовательные:

- изучить назначение и принцип осуществления рабочего цикла в дизельных двигателей;

Развивающие:

- развивать познавательную активность обучающихся, самостоятельность и техническое мышление;

- формировать у обучающихся творческую компетентность;

- развить умение работать самостоятельно с информацией.

Воспитательные:

- формирование у студентов интереса к данной теме занятия, патриотического отношения к отечественным маркам автомобилей;

- формирование навыков ответственности, дисциплинированности, применения полученных теоретических знаний для выполнения практических задач.

Тип занятия: изучение нового материала

Вид занятия: лекция с демонстрацией презентации

Методическая цель: применение иллюстративно-демонстрационного обучения при изучении темы «Рабочий цикл дизельного двигателя»

Методы обучения: иллюстративно-демонстрационный.

Технологии обучения: технология интегрированного обучения

Материально-техническое оснащение урока: мультимедийный экран с презентацией, компьютер, схемы,

Межпредметная связь: Техническое обслуживание и ремонт автомобилей, Материаловедение, Физика.

Литература:

1. А. В. Костенко Устройство автомобилей. Автомобильные двигатели: учебное пособие для СПО / А. В. Костенко, А. В. Петров, Е.А. Степанова [и др.]. – Санкт-Петербург : Лань, 2021. – 436 с. :ил. – Текст : непосредственный.

2. А. Г. Пузанков Автомобили: Устройство автотранспортных средств: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / А. Г. Пузанков. – 10-е изд., стер. – М. : Издательский центр «Академия» 2019. – 560 с.

Ход занятия:

1. Организационный момент:

1. приветствие;

2. рапорт старосты, определение отсутствующих;

3. настрой учащихся на работу, организация внимания;

4. проверка готовности к уроку (рабочие место, внешний вид);

5. сообщение темы и целей занятия.

1. Проверка домашнего задания

Вопросы:

1. Что такое рабочий цикл двигателя?

Ответ: Это последовательно повторяющиеся процессы, которые протекают в цилиндрах и преобразуют тепловую энергию топлива в полезную механическую работу. 

1. Из чего состоит рабочий цикл четырёхтактного бензинового двигателя?

Ответ: Из тактов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска.

1. Как происходит такт впуска?

Ответ: Коленчатый вал делает первую половину оборота, поршень из верхней мёртвой точки (ВМТ) движется в нижнюю мёртвую точку (НМТ). Впускной клапан открыт, выпускной закрыт. 

1. Как происходит такт сжатия?

Ответ: После наполнения цилиндра топливно-воздушной смесью коленвал начинает совершать вторую половину оборота. Поршень поднимается из НМТ в ВМТ, впускной клапан закрыт. Смесь сжимается в герметично закрытом цилиндре, её температура повышается. 

1. Как происходит рабочий ход?

Ответ: В конце такта сжатия смесь воспламеняется от внешнего источника (электрическая искра на свече зажигания). Топливный заряд сгорает, в цилиндре резко повышается температура и давление. 

1. Как происходит такт выпуска?

Ответ: Поршень после совершения рабочего хода снова поднимается из НМТ в ВМТ. Выпускной клапан открыт, продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод. 

1. Как происходит работа многоцилиндрового двигателя?

Ответ: Чтобы добиться ровной и синхронной работы всех цилиндров, рабочий ход поршня в каждом отдельном цилиндре должен происходить через равный промежуток времени. Последовательность, с которой чередуются одинаковые такты в разных цилиндрах, называют порядком работы ДВС. 

1. Мотивация учебной деятельности обучающихся.

На предыдущих уроках мы с вами изучили рабочий цикл бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Двигатель как мы с вами уже знаем является основным агрегатом для преобразования тепловой энергии в механическую работу. Этот сложный агрегат со множеством деталей должен работать по определенному порядку для получения максимальной мощности. И наша с вами задача на сегодня рассмотреть альтернатив вид рабочего цикла в ДВС, представленный на примере дизельного двигателя. А также разберемся с его конструктивными особенностями, в сравнении с бензиновыми двигателями.

1. Изучение нового учебного материала.

План занятия

1. Общие сведения;

2. Такт впуска;

3. Такт сжатия;

4. Такт рабочего хода;

5. Такт выпуска;

6. Особенности рабочего цикла дизеля

1. Общие сведения

Рабочий цикл четырехтактного дизеля включает в себя такты впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска.

2. Такт впуска      

При такте впуска поршень перемещается от ВМТ к НМТ, и через открытый впускной клапан в цилиндр через воздухоочиститель по впускному трубопроводу поступает чистый воздух. В этом заключается основное отличие дизеля от карбюраторного двигателя, в котором при такте впуска в цилиндр поступает горючая смесь.

Впускная система дизеля более проста в устройстве и поэтому оказывает меньшее сопротивление прохождению воздуха; давление в цилиндре в конце впуска близко к атмосферному и равно 8,5...9,5 МПа, т.е. цилиндр заполняется лучше. Температура заряда в конце впуска равна 60...70 °С. Коэффициент наполнения дизеля несколько выше, чем бензинового двигателя, и составляет примерно 0,8...0,9.

3.Такт сжатия      

Во время такта сжатия поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах и сжимает поступивший в цилиндр воздух. В дизелях применяется значительно более высокая степень сжатия, чем в двигателях с искровым зажиганием, достигающая 16... 17, так как при сжатии чистого воздуха нет опасности возникновения детонационного сгорания смеси. В конце такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 350...450 МПа, а температура воздуха повышается до 600...700 °С.

4.Такт рабочего хода

Перед рабочим ходом в конце такта сжатия в цилиндр через форсунку при помощи специального топливного насоса под большим давлением впрыскивается дизельное топливо в мелко распыленном состоянии. Частицы топлива, соприкасаясь с воздухом, имеющим высокую температуру, быстро сгорают. При этом выделяется большое количество теплоты, в результате чего температура в цилиндре повышается до 1 700...2000°С, а давление — до 700...800 МПа.

Под действием давления газов поршень перемещается к НМТ — происходит рабочий ход. Оба клапана при этом закрыты. При рабочем ходе газы, образовавшиеся вследствие сгорания топлива, расширяются, и давление их к концу рабочего хода падает до 30...40 МПа, а температура снижается до 600...650 °С. Для обеспечения возможно более полного сгорания смеси в дизелях воздух по отношению к топливу подается в цилиндр с большим коэффициентом избытка воздуха (а= 1,2... 1,6).

5. Такт выпуска

При такте выпуска поршень перемещается от НМТ к ВМТ, и через открытый выпускной клапан выталкивает отработавшие газы, очищая цилиндр. Давление в цилиндре к концу выпуска падает до 10,5... 11,5 МПа, а температура — до 200...300°С. Вследствие повышенной степени сжатия коэффициент остаточных газов для дизеля составляет примерно 0,03...0,07. При дальнейшем вращении коленчатого вала все перечисленные такты повторяются в такой же последовательности.

6. Особенности рабочего цикла дизеля

Большие значения степени сжатия в дизелях обеспечивают их высокую экономичность. Степень сжатия в дизелях ограничивается величиной потерь на трение в кривошипно-шатунном механизме, прочностью деталей и условиями пуска двигателя.

Быстрота и полнота сгорания топлива, вводимого в цилиндр двигателя, а следовательно, его мощность и экономичность зависят от того, насколько тщательно частицы топлива перемешаны с воздухом.

В дизеле продолжительность приготовления смеси чрезвычайно мала и ограничивается тем промежутком времени, в течение которого топливо впрыскивается через форсунку в камеру сгорания. Это время соответствует повороту вала всего на 12...20°. Хорошее смесеобразование в чрезвычайно короткий промежуток времени в дизелях обеспечивается тонким распыливанием топлива форсункой, а также созданием в камере сгорания сильных вихреобразных движений сжимаемого воздуха.

Автомобильные дизели по способу смесеобразования можно разделить на две основные группы: с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания и с вихре камерным смесеобразованием. Например, в четырехтактных дизелях ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 применяется непосредственный впрыск топлива через форсунку в однополостную камеру сгорания, расположенную в поршне и имеющую специальную (тороидную) форму.

Высокое качество смесеобразования обеспечивается тем, что топливо, впрыскиваемое через несколько отверстий распылителя форсунки под большим давлением (1500 МПа), хорошо распыливается и заполняет объем камеры сгорания. Попадая на стенки камеры сгорания и двигаясь по ним в виде пленки, топливо интенсивно испаряется под действием вихрей воздуха, создаваемых специальной формой камеры сгорания.

При сгорании сначала воспламеняется смесь, находящаяся в камере сгорания, а затем смесь, образованная воздухом и парами движущейся топливной пленки. Такой способ смесеобразования получил название объемного пленочного смесеобразования. Он обеспечивает интенсивное перемешивание топлива с воздухом, полное сгорание смеси и высокую топливную экономичность дизеля. Минимальный удельный расход топлива для дизелей ЯМЗ составляет 219 г/(кВт ч).

Интенсивности смесеобразования способствует вихреобразное движение воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, канал которого расположен касательно к окружности цилиндра. Это вихреобразное движение воздуха сохраняется и в камере сгорания в конце такта сжатия, когда начинается впрыск топлива.

Для повышения степени использования рабочего объема цилиндров и повышения литровой мощности в современных дизелях применяются наддув воздуха в цилиндры с помощью специального устройства — турбонагнетателя и предварительное охлаждение нагнетаемого воздуха в воздухоохладителе. При этом создается давление воздуха во впускном трубопроводе, равное примерно 1,60... 1,95 МПа, и наполнение цилиндров свежим зарядом улучшается. Применение вышеуказанных устройств позволяет повысить мощность дизеля на 30...40% и значительно снизить токсичность выхлопных газов.

5. Закрепление изученного материала.

Контрольные вопросы:

1. Что такое цикл работы дизельного двигателя?

Ответ: Это процесс преобразования топлива в механическую энергию, который включает в себя четыре такта: впуск, сжатие, мощность и выпуск.

1. Чем дизельный двигатель отличается от бензинового?

Ответ: Одно из основных различий — способ воспламенения топлива. В бензиновом двигателе свеча зажигания создаёт искру для воспламенения топливовоздушной смеси, а в дизельном — воздух сжимается до достаточно высокой температуры и давления, чтобы воспламенить топливо без использования свечи.

1. Для чего нужны обороты в минуту (RPM) в дизельном двигателе?

Ответ: Частота вращения определяет частоту, с которой работает двигатель. Чем выше обороты, тем быстрее работает двигатель и тем большую мощность он производит.

1. Может ли дизельный двигатель работать задним ходом?

Да, в отличие от бензиновых двигателей, дизельные могут работать в обратном направлении. Это связано с тем, что в дизельных двигателях для воспламенения топлива используется сжатие, а не свеча зажигания.

1. Как улучшить производительность дизельного двигателя?

Один из способов — увеличить степень сжатия двигателя, что может привести к увеличению мощности и экономичности. Другой способ — использовать турбонаддув или нагнетатель, которые нагнетают в двигатель больше воздуха, позволяя сжигать больше топлива и увеличивая выходную мощность.

Выполнить тестовое задание.

Тест состоит из 14 вопросов. Длительность выполнения теста 10 минут.

7. Информация о домашнем задании.

1. Изучить конспект;

2. с 32-33, А. В. Костенко Устройство автомобилей. Автомобильные двигатели: учебное пособие для СПО / А. В. Костенко, А. В. Петров, Е.А. Степанова -[и др.]. – Санкт-Петербург : Лань, 2021. – 436 с. :ил. – Текст : непосредственный.

8. Итог занятия .

Выставить оценки обучающимся, главным критерием которых будет являться активность при фронтальном опросе и выполнении тестового задания.