发动机工作原理教学设计
一、教学目标
1.知识目标:
(1)了解发动机作用、基本术语;
(2)了解发动机主要工作特性;
(3)四行程汽油发动机工作原理;
(4)四行程柴油发动机工作原理。
2.能力目标:
培养学生观察、分析、归纳总结的科学认识能力。
3.情感目标:
通过引导学生思考、动手实践、练习等,培养学生积极探究的良好习惯,在参与教学过程中不断收获自信,增进对本课程学习的兴趣。
二、教学重点和难点
教学重点:四行程汽油发动机工作原理;
教学难点:四行程汽油发动机与柴油机的异同;
三、学情分析
我所教班级是中等职业学校高一汽修专业学生,学生缺乏必要的实践积累,对发动机工作原理的认知有限。课堂上,学生容易机械的记忆发动机的工作原理,但往往缺乏理解,而理解能力的培养是学校中必不可少的素质教育环节,对今后的发展至关重要。所以在教学中,要注重理论与实践相结合的教学方式。
四、教学策略
1.教学方法设计:利用多媒体技术,讲教学内容向学生展示出来。通过
理论知识传授、例题讲解、学生动手训练建立系统、有机的知识体系,并达成长期记忆模式。
2.教学流程设计思路:导入新课——发动机主要零件介绍——基本术语——四冲程汽油机的工作原理——四冲程柴油机的工作原理——课堂练习——课堂小结
五、教学过程
(一)课程导入
汽车发动机是汽车的“心脏”,那么汽车发动机是如何工作的?汽车汽油发动机和柴油发动机的工作原理是否相同,它们之间又有怎样的区别?
(二)课程内容
1. 发动机零件介绍。
发动机是将热能转化为机械能的机器。活塞置于气缸中,活塞可在气缸中作往复式直线运动,活塞通过连杆和曲轴相连,曲轴可绕其轴线旋转。
2. 基本术语。
(1)上止点TDC:上止点是指活塞顶位于其运动的顶部时的位置,即活塞的最高位置。
(2)下止点BDC:下止点是指活塞顶位于其运动的底部时的位置,即活塞的最低位置。
(3)活塞行程/行程S:活塞行程是指上、下止点间的距离,用S表示,单位:mm(毫米)。活塞由
一个止点运动到另一个止点一次的过程,称为一个冲程。
(4)曲柄半径R:曲柄半径是指与连杆大头相连接的曲柄销的中心线到曲轴回转中心线的距离,用R表示,单位:mm(毫米)。显然,曲轴每转一周,
活塞移动两个冲程。
(5)燃烧室容积Vc:燃烧室容积是指活塞位于上止点时,活塞顶上方的气缸空间容积,用Vc表示,单位:L(升)。
(6)气缸总容积Va:气缸总容积是指活塞位于下止点时,活塞顶上方的气缸空间容积,用Va表示,单位:L(升)。
(7)发动机排量VL:发动机排量是指发动机所有气缸工作容积之和,用VL表示,单位:L(升)。
(8)压缩比ε:压缩比是指气缸总容积与燃烧室容积之比,用ε表示。压缩比用来衡量空气或混合气被压缩的程度,影响发动机的热效率。一般汽油发动机压缩比为6~10,柴油发动机压缩比较高,为16~22。
(9)理论空燃比:燃料完全燃烧所需要的最少空气量和燃料量之比(10)最大功率:最大功率用马力活千瓦(KW)表示
(11)最大扭矩:发动机从曲轴端输出的力矩,扭矩的表示方法是N.m/(r/min)
(12)工作循环:发动机完成进气、压缩、作功、排气四个过程,称为一个工作循环。
3. 四冲程汽油机的工作原理。
四冲程汽油机的工作循环由进气、压缩、作功、排气四个过程组成,每进行一次这样的工作过程成为一个工作循环。
(1)进气行程。
活塞运动:由曲轴带动从上止点向下止点运动。
气门状态:进气门开启,排气门关闭。
温度及压力:进气结束后,气缸内气体的压力低于大气压力,约为
0.075MPa~0.09MPa。在高温件及上一循环留下的高温残余废气的加热,气体温度升高到370K~400K。
(2)压缩行程。
活塞运动:由曲轴带动从下止点向上止点运动。
气门状态:进气门关闭,排气门关闭。
温度及压力:压缩终了时,气缸内的压力约为0.6MPa~1.2MPa,温度约为600K~700K。
(3)做功行程。
活塞运动:由曲轴带动从上止点向下止点运动。
气门状态:进气门关闭,排气门关闭。
温度及压力:在作功行程中,开始阶段气缸内气体压力、温度急剧上升,瞬间压力可达3MPa~5MPa,瞬时温度可达2200K~2800K。随着活塞下行,气缸容积增大,气缸内压力、温度逐渐下降,作功终了时,压力约为0.3~0.5MPa,温度约为1300K~1600K。
(4)排气行程。
活塞运动:由曲轴带动从下止点向上止点运动。
气门状态:进气门关闭,排气门开启。
温度及压力:排气结束后,压力约为0.105MPa~0.115MPa,温度约为900K~1200K。
4. 四冲程柴油机的工作原理。
四冲程柴油机和四冲程汽油机一样,每个工作循环也是由进气、压缩、作功和排气四个行程组成。由于所使用燃料的性质不同,在可燃混合气的形成和着火方式上与汽油机有很大区别。
(l)进气行程:进气行程不同于汽油机的是进入气缸的不是可燃混合气,而是纯空气。由于进气阻力比汽油机小,上一行程残留的废气温度也比汽油机低,进气行程终了的压力约为0.075MPa~0.095MPa,温度约为 320K~350K。
(2)压缩行程:压缩行程不同于汽油机的是压缩纯空气,由于柴油的压缩比大,压缩终了的温度和压力都比汽油机高,压力可达3MPa~5MPa,温度可达800K~1000K。
(3)作功行程:此行程与汽油机有很大差异,压缩行程末,喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温高压空气中,被迅速汽化并与空气形成混合气,由于此时气缸内的温度远高于柴油的自燃温度(约500K左右),柴油混合气便立即自行着火燃烧,且此后一段时间内边喷油边燃烧,气缸内压力和温度急剧升高,推动活塞下行作功。作功行程中,瞬时压力可达5MPa~10MPa,瞬时温度可达 1800K~2200K,作功行程终了时压力约为0.2MPa~0.4MPa,温度约为 1200K~1500K。
(4)排气行程:此行程与汽油机基本相同。排气行程终了时的气缸压力约为0.105MPa~0.125MPa,温度约为800K~1000K。
5. 四冲程汽油机与柴油机工作原理的比较。
发动机压缩比由上述四冲程汽油机和柴油机的工作循环可知,两种发动机的工作循环既有共同点,又有差别,归纳如下:
两种发动机中,每完成一个工作循环,曲轴转两周(7200),每完成一个行程曲轴转半周(1800),进气行程是进气门开启,排气行程是排气门开启,其余两个行程进、排气门均关闭。烧后的废气靠自身压力经排气孔排出;紧接着,换气孔开启,曲轴箱内经预压的混合气进入气缸,并排除气