Комбинированное занятие по ПМ 03 «Выполнение работ по профессии слесарь по ремонту автомобилей» на тему «Общее устройство и работа двигателя»

Автор: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Ссылка на страницу с работой: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

ГБОУ СПО «Серпуховский машиностроительный техникум
Московской области»











Комбинированное занятие № ___


по ПМ 03: «Выполнение работ по профессии слесарь по ремонту автомобиля».

Раздел 1: Устройство и техническое обслуживание транспортных средств.

Тема 2: Общее устройство и работа двигателя.
Занятие 1: Назначение, устройство и принцип работы бензинового и дизельного двигателей.



Автор: Галушко В.В. – преподаватель профессиональных дисциплин.










Составлено в соответствии с программой, утверждённой директором техникума.
Рассмотрено на заседании предметно - цикловой комиссии специального цикла.

«__» сентября 2014 г. Протокол № __







Серпухов 2014
Учебные цели
Дать основы теоретических знаний по общему устройству и рабочему циклу 4-х тактного ДВС, основные понятия и определения, принятые в теории двигателей.
На основе анализа содержания информационных направлений продолжить развитие у студентов логического мышления и творческих способностей как главных элементов алгоритма их профессиональной деятельности.

Воспитательные цели
1. Формирование потребности в овладении знаниями по устройству автомобиля.
2. Воспитание собранности, внимательности, ответственности, настойчивости и целеустремленности в овладении знаниями и освоении учебной дисциплины.
3. Формирование настойчивости и целеустремленности в овладении знаниями, самостоятельности и самооценки в достижении учебных целей.

Время: 2 часа

Место: аудитория № 9

Материальное обеспечение
Литература:
- Иванов А. М. и др. «Основы конструкции автомобиля»
- Родичев В.А. «Устройство и техническое обслуживание грузовых автомобилей».
Наглядные пособия:
- слайд «ДВС и принцип его работы»;
- слайд «Схема работы поршневого двигателя»;
- слайд «Устройство ДВС и его работа»;
- слайд «Классификация двигателей внутреннего сгорания»;
- слайд «Индикаторная диаграмма четырехтактного поршневого двигателя»

Учебные вопросы и расчет времени

I. Вводная часть _____________________________________________5 мин
II. Основная часть ___________________________________________80 мин
1. Двигатели внутреннего сгорания, их классификация ____________20 мин
2. Общее устройство одноцилиндрового двигателя, принцип работы,
основные понятия и определения _______________________________45 мин
3 Рабочий цикл и индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя _15 мин
III. Заключительная часть _____________________________________5 мин

1. Двигатели внутреннего сгорания, их классификация
Двигателем называется машина, в которой тот или иной вид энергии преобразуется в механическую работу. Двигатели, в которых механическая работа получается в результате преобразования тепловой энергии, называется тепловыми двигателями.
Газообразный носитель тепловой энергии, который подвергается нагреванию и, расширяясь, оказывает силовое воздействие на подвижные части двигателя, называется рабочим телом.
В двигателях внешнего сгорания (паровые машины и турбины) температура рабочего тела повышается путем теплопередачи от внешнего источника теплоты.
В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) скрытая термохимическая энергия топлива преобразуется в механическую работу на основании использования известного физического эффекта значительного расширения газообразных тел при повышении их температуры. Нагрев рабочего тела осуществляется за счет теплоты, выделяющейся в результате экзотермической реакции окисления топлива, происходящей непосредственно в самом рабочем теле внутри двигателя.
В зависимости от способа реализации работы теплового расширения газа различают поршневые (роторно-поршневые) и газотурбинные двигатели.
В газотурбинных двигателях нагретое рабочее тело расширяется в потоке, объем которого не замкнут. При этом работа теплового расширения сначала преобразуется в кинетическую энергию газа, которая затем трансформируется в механическую работу на лопатках вращающегося рабочего колеса.

В поршневых (роторно-поршневых) двигателях горячее рабочее тело расширяется в объеме замыкаемом подвижным поршнем или ротором, непосредственно воспринимающими силовое воздействие газа.
Поршневые ДВС классифицируются:
по способу осуществления рабочего цикла (4-х тактные, 2-х тактные);
по виду применяемого топлива (легкого жидкого, тяжелого жидкого, газообразного, многотопливные);
по способу смесеобразования (с внутренним смесеобразованием, с внешним смесеобразованием);
по способу воспламенения рабочей смеси (от сжатия, от электрической искры);
по способу наполнения рабочего цилиндра воздухом (без наддува, с наддувом);
по конструктивному выполнению (одноцилиндровые и многоцилиндровые, с горизонтальным, вертикальным и V-образным расположением цилиндров, жидкостным и воздушным охлаждением, сухим и мокрым картером).
Первый поршневой двигатель внутреннего сгорания появился в 1860 г., изобретен он был французским инженером Ленуаром. В связи с отсутствием предварительного сжатия рабочего тела и неудачным конструктивным решением, двигатель Ленуара представляет собой крайне несовершенную тепловую установку, которая не могла конкурировать даже с паровыми машинами того времени.
Исходя из предложенного в 1862 г. французским инженером Бо де Роша рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания с предварительным сжатием рабочего тела и сгоранием при постоянном объеме, немецкий механик Н. Отто в 1870 г. создал четырехтактный газовый двигатель, явившийся прообразом современных карбюраторных двигателей. По своим показателям двигатель Отто значительно превзошел паровые машины и в течение ряда лет использовался в качестве стационарного двигателя.
Впервые бензиновый двигатель транспортного типа был предложен в 1879 г. и затем выполнен в 1881 г. в металле русским инженером И.С. Костовичем. Двигатель Костовича по своему времени имел весьма прогрессивную конструкцию и отличался очень высокими показателями. В этом двигателе было применено электрическое зажигание оригинальной системы и использованы противолежащие цилиндры. При мощности 80 л.с. двигатель Костовича весил 240 кг, опережая по удельному весу на два-три десятилетия все, получившие в последующем распространение, карбюраторные двигатели.
Начало развития двигателей с самовоспламенением от сжатия – дизелей относится к 90-м годам XIX века. В 1894 г. немецкий инженер Р. Дизель теоретически разработал рабочий цикл двигателя с самовоспламенением от сжатия. Сделав ряд отступлений от своих теоретических предпосылок, в 1897 г. Р. Дизель выполнил в металле первый образец работоспособного стационарного компрессорного двигателя. В дальнейшем, вследствие ряда конструктивных недостатков, этот двигатель не получил широкого распространения и был снят с производства. Значительно больших успехов в производстве компрессорных дизелей добились русские инженеры. Внеся ряд оригинальных изменений в двигатель Р. Дизеля, они создали образцы двигателей, получивших признание не только в России, но и за рубежом.
В 1899 г. русский инженер Г.В. Тринклер предложил конструкцию двигателя с самовоспламенением от сжатия, работающего без особого компрессора для распыливания топлива. Этот двигатель, получивший название бескомпрессорного дизеля, в 1901 г. был построен на Путиловском заводе и работал по смешанному циклу. В последующем, в период с 1902 по 1910 г., ряд моделей бескомпрессорных дизелей для тракторов построил русский изобретатель Я.В. Мамин. Двигатели Г.В. Тринклера и Я.В. Мамина представляли собой первые модели транспортных двигателей с самовоспламенением от сжатия и явились прообразами всех используемых в настоящее время дизелей.
Наряду с непосредственной разработкой и созданием работоспособных конструкций поршневых двигателей внутреннего сгорания русские ученые внесли большой вклад и в разработку науки о рабочем процессе двигателей – теорию двигателей внутреннего сгорания. В 1906 г. профессор Московского высшего технического училища В.И. Греневецкий разработал метод теплового расчета двигателей. Развитый и дополненный впоследствии профессором Е.К. Мазингом, членом-корреспондентом АН Н.Р. Брилингом, академиком Б.С. Стечкиным и другими учеными, этот метод расчета широко используется как у нас в стране, так и за рубежом. Мировое признание получила разработанная академиком Н.Н. Семеновым и его школой теория цепных реакций, являющаяся базой для теории процессов горения. Общепризнанными являются также работы профессоров А.С. Соколика, А.Н. Воинова и ряда других советских ученых.
Несмотря на большой вклад русских инженеров и ученых в создание и разработку двигателей внутреннего сгорания, транспортное двигателестроение в России, вследствие ее экономической отсталости, не получило должного развития. Быстрыми темпами двигателестроение, в том числе и транспортное, стало развиваться у нас только в 3040-х годах прошлого столетия. В настоящее время, исходя из перспективного типажа колесных и гусеничных машин, осуществляется непрерывная дальнейшая модернизация автомобильных и тракторных двигателей. При этом основное внимание при разработке конструкций новых и перспективных двигателей уделяется повышению их удельных мощностных показателей, экономичности, надежности и долговечности.
2.2. Общее устройство одноцилиндрового двигателя, принцип работы, основные понятия и определения
Схема одноцилиндрового двигателя, работающего по четырехтактному циклу, показана на рис. 2.1. Цилиндр 5, закрытый сверху головкой 7, закреплен на картере 4. К картеру прикреплен масляный поддон 1. В цилиндре находится поршень 6, соединенный пальцем 12 с верхней головкой шатуна 13. Поршень в цилиндре уплотнен кольцами 11. Нижняя головка шатуна соединена с шатунной шейкой 14 коленчатого вала 3. Коленчатый вал имеет также две коренные шейки 17, опорами которых служат подшипники 2, расположенные в картере. Шатунная шейка вала соединена с коренными шейками щеками 15. К фланцу коленчатого вала прикреплен маховик 16. В головке 7 размещены клапаны 8 и 10, служащие, соответственно, для впуска горячей смеси (карбюраторные двигатели) или воздуха (дизели) и выпуска отработавших газов. Воспламенение рабочей смеси в карбюраторных двигателях осуществляется свечой 9. В двигателях с воспламенением от сжатия в головке установлена форсунка через которую в цилиндр впрыскивается топливо.
Сгорание рабочей смеси в цилиндре сопровождается повышением температуры и давления газов. Давление газов, воспринимаемое перемещающимся вниз поршнем, можно представить в виде сосредоточенной силы 13 EMBED Equation.3 1415. Разложим эту силу на две составляющие, одна из которых 13 EMBED Equation.3 1415 действует вдоль шатуна, а другая 13 EMBED Equation.3 1415 прижимает поршень к стенке цилиндра. Сила 13 EMBED Equation.3 1415 вызывает износ цилиндра и боковой поверхности поршня. Для равномерного распределения бокового давления между противолежащими стенками цилиндра в некоторых двигателях ось коленчатого вала смещают относительно оси цилиндров по направлению действия силы 13 EMBED Equation.3 1415 (дезаксиальные кривошипно-шатунные механизмы). Составляющая 13 EMBED Equation.3 1415, приложенная к шатунной шейке, раскладывается также на две силы 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415. Сила 13 EMBED Equation.3 1415 воспринимается 13 EMBED MSPhotoEd.3 1415
Рис. 2.1 Поршневой одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания:
а – продольный разрез; б – схема сил (поперечный разрез)

опорами вала, а сила 13 EMBED Equation.3 1415, приложенная на радиусе 13 EMBED Equation.3 1415, создает крутящий момент двигателя.
Размер кривошипа коленчатого вала определяется радиусом 13 EMBED Equation.3 1415, равным расстоянию между осями шатунной и коренной шеек. Длина шатуна 13 EMBED Equation.3 1415 является расстоянием между осями его верхней и нижней головок. Отношение 13 EMBED Equation.3 1415/13 EMBED Equation.3 1415 в автомобильных двигателях составляет 1/3,51/4,5. Ход поршня 13 EMBED Equation.3 1415 и диаметр цилиндра 13 EMBED Equation.3 1415 являются важными параметрами двигателя, определяя его размеры. Ход поршня 13 EMBED Equation.3 1415 равен удвоенному радиусу кривошипа. Отношение 13 EMBED Equation.3 1415/13 EMBED Equation.3 1415 в двигателях составляет 0,7...2,2. Если 13 EMBED Equation.3 1415/13 EMBED Equation.3 1415( 1,0, то двигатель называют короткоходным. Многие современные автомобильные двигатели выполняют короткоходными.
ВМТ (верхней мертвой точкой) и НМТ (нижней мертвой точкой) называют такое положение поршня в цилиндре двигателя, когда он удален на максимальное и минимальное расстояние от оси коленчатого вала.
Путь, пройденный поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня 13 EMBED Equation.3 1415.
Объем, освобождаемый поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ, называется рабочим объемом цилиндра и обозначается 13 EMBED Equation.3 1415.
13 EMBED Equation.3 1415
Сумма рабочих объемов всех цилиндров в многоцилиндровом двигателе называется рабочим объемом. Рабочий объем двигателя выражается в литрах. По рабочему объему двигатели легковых автомобилей разделяют: на микролитражные, малолитражные, среднелитражные и большого литража.
Объем, образующийся над поршнем при его нахождении в ВМТ, назы-
вается объемом камеры сгорания или объемом камеры сжатия и обозначается 13 EMBED Equation.3 1415. Таким образом, полный объем цилиндра:
13 EMBED Equation.3 1415.
Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия называется степенью сжатия 13 EMBED Equation.3 1415. Степень сжатия показывает во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси или воздуха при перемещении поршня из НМТ в ВМТ. Повышение степени сжатия позволяет увеличить мощность двигателя и улучшить его экономичность. Возможность увеличения 13 EMBED Equation.3 1415 определяется главным образом свойствами топлив, токсичностью отработанных газов и нагрузкой на детали кривошипно-шатунного механизма. Для карбюраторных автомобильных двигателей 13 EMBED Equation.3 1415 = 6,510, а для дизелей 13 EMBED Equation.3 1415 = 1522.
Результирующий момент касательных сил 13 EMBED Equation.3 1415, действующих на каждую шатунную шейку коленчатого вала, называют эффективным крутящим моментом 13 EMBED Equation.3 1415 многоцилиндрового двигателя. Момент 13 EMBED Equation.3 1415 зависит от давления газов и рабочего объема двигателя. Для карбюраторных малолитражных двигателей 13 EMBED Equation.3 1415=70120 Н·м, для карбюраторных двигателей грузовых автомобилей 13 EMBED Equation.3 1415=200450 Н·м, для дизелей грузовых автомобилей большой грузоподъемности 13 EMBED Equation.3 1415=5002500 Н·м.
От 13 EMBED Equation.3 1415 и частоты вращения коленчатого вала (13 EMBED Equation.3 1415) зависит мощность двигателя 13 EMBED Equation.3 1415.
Максимальная частота вращения коленчатых валов карбюраторных двигателей отечественных грузовых автомобилей составляет 32003600 об/мин, карбюраторных двигателей легковых автомобилей 55006000 об/мин, а дизелей 26002800 об/мин.
Литровая мощность характеризует использование рабочего объема двигателя 13 EMBED Equation.3 1415. Для карбюраторных двигателей грузовых автомобилей 13 EMBED Equation.3 1415 = 1522 кВт/л; для карбюраторных двигателей легковых автомобилей 13 EMBED Equation.3 1415 = 2244 кВт/л. Для дизелей 13 EMBED Equation.3 1415 = 1122 кВт/л. Чем выше 13 EMBED Equation.3 1415, тем совершеннее двигатель. Однако при увеличении литровой мощности возрастают нагрузки на кривошипно-шатунный механизм.
Экономичность работы двигателя оценивается 13 EMBED Equation.3 1415 - эффективным расходом топлива в граммах на единицу мощности за 1 час. Для карбюраторных двигателей 13 EMBED Equation.3 1415 = 280 – 340 г/кВт·ч, а для дизелей 13 EMBED Equation.3 1415 = 220...260 г/кВт(ч. Более высокий показатель экономичности работы дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями – главная причина дизелизации автомобильного парка.
2.3. Рабочий цикл и индикаторная диаграмма четырехтактного
двигателя
Непрерывное преобразование теплоты в механическую работу возможно только путем кругового изменения параметров состояния рабочего тела, т.е. при совершении цикла, в котором работа расширения превышает энергию, затрачиваемую на сжатие.
Совокупность периодически повторяющихся тепловых, химических и газодинамических процессов, в результате осуществления которых термохимическая энергия топлива преобразуется в механическую работу, называется действительным циклом двигателя.
Действительный цикл четырехтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала и включает процессы:
газообмена - выпуск отработавших газов и впуск свежего заряда;
сжатия;
сгорания;
расширения.
Часть действительного цикла, совершаемая за один ход поршня, назы-
вается тактом. Четырехтактный двигатель имеет такты:
впуска;
сжатия;
рабочий ход (расширение);
выпуска,
которые образуют цикл, называемый рабочим.
Последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах называется порядком работы двигателя. Порядок работы 8- цилиндрового двигателя 15426378.Рассмотрим рабочий процесс 4- тактного ДВС, используя для иллюстрации каждого такта индикаторную диаграмму (рис. 2.2), представляющую собой зависимость давления13 EMBED Equation.3 1415 в цилиндре от переменного объема цилиндра 13 EMBED Equation.3 1415. Индикаторную диаграмму строят по результатам испытаний двигателя. Линия 13 EMBED Equation.3 1415 соответствует нормальному атмосферному давлению.
Такт впуска начинается с движения поршня от ВМТ и продолжается при повороте коленчатого вала от 0 до 1800, пока поршень не достигнет НМТ. К началу такта впуска (точка 13 EMBED Equation.3 1415 на диаграммах) в цилиндре находятся отработавшие газы под небольшим избыточным давлением. Перед началом такта впуска впускной клапан открывается (точка 4). По мере удаления поршня от ВМТ закрывается выпускной клапан (точка 5), и давление в цилиндре становится ниже атмосферного (линия 13 EMBED Equation.3 1415); оно определяется рядом факторов: сопротивлением впускного тракта, частотой вращения коленчатого вала двигателя и т.п. Среднее давление впуска составляет 8090 % атмосферного, для дизелей оно немного выше, чем для карбюраторных двигателей.
Под действием перепада давлений горючая смесь (в карбюраторных двигателях) и чистый воздух (в дизелях) поступают в цилиндр. Соприкасаясь с нагретыми стенками впускного трубопровода, головкой и стенками цилиндров и смешиваясь с горячими остаточными отработавшими газами, поступающий в цилиндр свежий заряд нагревается. Поэтому в конце такта впуска газы в цилиндре имеют температуру 4080 0 С.
13 EMBED MSPhotoEd.3 1415

Рис. 2.2. Свернутая индикаторная диаграмма четырехтактного ДВС

Наполнение цилиндра горючей смесью или воздухом может быть различным; оно характеризуется коэффициентом наполнения, равным отношению объема поступившего в цилиндр свежего заряда (приведенного к нормальным атмосферным условиям) к объему цилиндра. У карбюраторных двигателей коэффициент наполнения составляет 0,750,85, а у дизелей, вследствие меньшего сопротивления впускного тракта, достигает 0,9. Чем больше коэффициент наполнения, т.е. чем больше заряд в цилиндре, тем большую мощность может развить двигатель. В некоторых двигателях для увеличения наполнения цилиндра при такте впуска применяют наддув, при котором заряд в цилиндр поступает под избыточным давлением.
Такт сжатия осуществляется при движении поршня от НМТ к ВМТ и продолжается в течение поворота коленчатого вала от 180 до 3600 (линия 13 EMBED Equation.3 1415). Оба клапана при этом закрыты (впускной клапан закрывается в точке 1). В точке 1 давление в цилиндре становится равным атмосферному. По мере уменьшения объема давление и температура в цилиндре повышаются и достигают в конце такта в карбюраторных двигателях соответственно 0,91,5 МПа и 270480 0С, а в дизелях - 3,54,5 МПа и 450650 0С. Для более эффективного сгорания топлива воспламенение рабочей смеси в карбюраторном двигателе и впрыскивание топлива в дизелях осуществляется не в ВМТ, а несколько раньше – в точке 2.
Такт расширения происходит при закрытых клапанах в течение поворота коленчатого вала от 360 до 540 0 (линия 13 EMBED Equation.3 1415). При сгорании рабочей смеси резко повышаются температура и давление в цилиндре. Газы под давлением, воспринимаемым поршнем, совершают полезную работу. Работа расширения газов используется наиболее эффективно, когда максимальное значение 13 EMBED Equation.3 1415 газов в цилиндре соответствует положению поршня, при котором угол поворота коленчатого вала составляет 10150 после ВМТ. В этом случае в карбюраторных двигателях 13 EMBED Equation.3 1415 = 4,05,5 МПа, а в дизелях 13 EMBED Equation.3 1415 = 7,08,0 МПа. Максимальная температура газов в конце сгорания в карбюраторных двигателях достигает 22002500 0С, а в дизелях 16001900 0С. Во время такта расширения газы совершают полезную работу, поэтому соответствующий ему ход поршня называют рабочим ходом.
Такт выпуска начинается движением поршня от НМТ к ВМТ и продолжается при повороте коленчатого вала от 540 до 7200 при открытом выпускном клапане (линия 13 EMBED Equation.3 1415). Момент открытия клапана отмечен на диаграмме точкой 3. В течение этого такта поршень выталкивает из цилиндра отработавшие газы в атмосферу, осуществляет очистку цилиндра. Давление в цилиндре в конце такта выпуска составляет 0,10,12 МПа, а температура 600950 0С.
При дальнейшем вращении коленчатого вала снова происходит такт впуска, затем такт сжатия, рабочий ход и такт выпуска и т.д. При работе двигателя указанные такты непрерывно чередуются в такой же последовательности.
Таким образом, в четырехтактном одноцилиндровом двигателе коленчатый вал вращается под действием давления газов только при рабочем ходе. При совершении вспомогательных тактов (выпуска, впуска и сжатия рабочей смеси) противодавление действующих на поршень газов создает сопротивление вращению вала, для преодоления которого необходимо к валу приложить внешний момент. Для повышения равномерности вращения коленчатого вала и осуществления вспомогательных тактов на коленчатом валу устанавливают маховик 16 (рис. 2.1), представляющий собой тяжелый диск, закрепленный на конце коленчатого вала.
Так как маховик имеет значительный вес, он накапливает кинетическую энергию при рабочем ходе и продолжает вращаться по инерции и после окончания рабочего хода. Вместе с маховиком вращается и коленчатый вал, который перемещает поршень в течение всех вспомогательных тактов. При последующем рабочем ходе процесс накопления энергии повторяется. При наличии маховика вращение коленчатого вала совершается более равномерно. Маховик способствует также переводу деталей кривошипно-шатунного механизма через положения, соответствующие мертвым точкам поршня.


УТВЕРЖДАЮ
Директор техникума
_______ Т.В. Фёдорова
«____» _________ 2014 г.

СОГЛАСОВАНО
Зам. директора по УВР
_______ Г.В. Вялых
«____» _________ 2014 г.



Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc file146
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 1