Bài giảng môn học Công nghệ lớp 11 - Tiết 38, 39, 40: Bài 21: Nguyên lí làm việc của động cơ đốt trong

Tiết 38,39,40 : MỤC TIÊU : Giúp cho học sinh biết được một số khái niệm cơ bản về động cơ đốt trong. Học sinh hiểu được nguyên lí làm việc của động cơ 4 kì và 2 kì, động cơ xăng và diezen.. II. CHUẨN BỊ Chuẩn bị nội dung : Nghiên cứu kĩ nội dung bài học trong sách giáo khoa, sách giáo viên, sách chuyên ngành động cơ đốt trong. Nghiên cứu một số kiến thức có liên quan trong bài 21. Sưu tầm một số thông tin về các loại động cơ đốt trong Chuẩn bị đồ dùng dạy học : Tranh vẽ hình 21.1; 21.2; 21.3 và 21.4 sách giáo khoa. Mô hình động cơ 2 kì và 4 kì. Vẽ sơ đồ nguyên lí đơn giản, chính xác để Hs có thể vẽ và ghi nhớ bài học. III. TIẾN TRÌNH TỔ CHỨC DẠY HỌC : Ổn định lớp : Kiểm tra bài cũ : Câu hỏi 1 : Động cơ đốt trong là gì? Động cơ đốt trong có vai trò như thế nào trong sản xuất và đới sống? Câu hỏi 2 : Phân loại ĐCĐT theo nhiên liệu và số hành trình pittông trong một chu trình làm việc. Câu hỏi 3 : ĐCĐT gồm có những cơ cấu và hệ thống chính nào? Em hãy kể tên loại động cơ đốt trong dùng trong các phương tiện, thiết bị mà em biết? Giáo viên nhận xét góp ý và đánh giá cho điểm học sinh. 3. Cấu trúc bài học : Bài giảng gồm 2 nội dung chính được giảng trong 2 tiết theo sơ đồ sau : Nguyên lí làm việc của động cơ đốt trong. Tiết 3 Tiết 1 Một số khái niệm cơ bản. Nguyên lí làm việc của động cơ 4 kì. Tiết 2 Nguyên lí làm việc của động cơ xăng 2 kì. TIẾT 1 NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN : Điểm chết của pittông : Là vị trí của pittông mà tại tại đó pittông đổi chiều chuyển động. Có 2 loại điểm chết : Điểm chết trên (ĐCT): là điểm chết mà pittông ở xa tâm trục khuỷu nhất. Điểm chết dưới (ĐCD): là điểm chết mà pittông ở gần tâm trục khuỷu nhất. Hành trình pittông: ( S ) Là khoảng cách giữa 2 điểm chết. Mỗi một hành trình pittông thì trục khuỷu quay 1800 . S = 2R [Với R là bán kính quay trục khuỷu] Thể tích buồng cháy : ( Vbc ) Là thể tích xilanh khi pittông ở ĐCT. (Thể tích không gian giới hạn bởi nắp máy, xilanh và đỉnh pittông) Thể tích toàn phần : ( Vtp ) Là thể tích xilanh khi pittông ở ĐCD. Thể tích công tác : (Vct) [cm3 hoặc lít] Là phần thể tích xilanh giới hạn bởi hai điểm chết. Vct = Vtp - Vbc  Gọi D là đường kính xi lanh: Tỉ số nén : Là tỉ số giữa thể tích toàn phần và thể tích buồng cháy. Động cơ Diezen có tỉ số nén cao hơn động cơ xăng ( Ơxăng = 6 ÷ 10 ; còn Ơdiezen = 15 ÷ 21) Chu trình làm việc của động cơ : Chu trình làm việc của động cơ bao gồm 4 quá trình: Nạp,nén, cháy – giản nở và thải. Kì : Kì là một phần của chu trình diễn ra trong thời gian 1 hành trình của pittông. Thường có 2 loại động cơ đốt trong: Đ/c 4 kì : một chu trình làm việc gồm 4 hành trình pittông. Đ/c 2 kì : một chu trình làm việc gồm 2 hành trình pittông. Hoạt động 1 : Tìm hiểu bản chất và ưu nhược điểm công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc. - Căn cứ vào hình 20.1 SGK : + Điểm chết của pittông là gì? + Có mấy vị trí điểm chết? + Quan sát hình cho biết vị trí, tên gọi điểm chết. + Ở điểm chết nào thì pittông ở cách xa (hoặc gần) tâm trục khuỷu nhất? - GV có thể sử dụng mô hình có chuyển động để HS có thề nắm rõ về khái niệm điểm chết. - Khi pittông dịch chuyển được một hành trình thì trục khuỷu quay được bao nhiêu độ ? [1800] - Hành trình S của pittông lớn bao nhiêu lần bán kính quay R trục khuỷu? [2 lần] Không gian trong xilanh được giới hạn bởi những chi tiết nào? [xilanh, đỉnh pittông và nắp máy] Thể tích buồng cháy, thể tích toàn phần và thể tích công tác có mối quan hệ gì với nhau? à [Vct = Vtp - Vbc] Hãy lập công thức tính thể tích công tác khi biết đường kính xilanh D và hành trình pittông S ? - Thể tích toàn phần và thể tích buồng cháy là thể tích được giới hạn bởi những chi tiết nào? Khi pittông ở vị trí nào? Tại sao động cơ diezen có tỉ số nén cao hơn động cơ xăng? Động cơ xe máy trong thực tế có dung tích là 49 phân khối, 70cm3, 100cm3 là thể tích công tác của đcơ. Khi động cơ làm việc, trong xilanh diễn ra các quá trình nạp, nén, cháy-giãn nở và thải, 4 quá trình này cứ lặp đi lặp lại có tính chu kì, bắt đầu là quá trình nạp và kết thúc là quá trình thải. Cả động cơ 4 kì và động cơ 2 kì đều có cả 4 quá trình nạp, nén, cháy-giãn nở và thải. - Sự khác nhau giữa “hành trình” và “kì” là gì? + Hành trình chỉ là khoảng di chuyển pittông giữa 2 điểm chết. + Kì chỉ diễn biến quá trình làm việc của động cơ ở trong xilanh trong thời gian hành trình của pittông. TỔNG KẾT ĐÁNH GIÁ : GV đặt câu hỏi cho học sinh để củng cố bài : Điểm chết của pittông là gì? Có mấy vị trí điểm chết? Ở điểm chết nào thì pittông ở cách xa (hoặc gần) tâm trục khuỷu nhất? Thể tích buồng cháy là gì? Thể tích toàn phần là gì? Thể tích công tác là gì? Tỉ số nén là gì? Phân biệt sự khác nhau giữa “hành trình” và “kì” . GV dặn dò học sinh : Học sinh xem trước nội dung nguyên lí làm việc của động cơ xăng 4 kì và động cơ diezen 4 kì của bài học này. TIẾT 2 TIẾN TRÌNH TỔ CHỨC DẠY HỌC : Ổn định lớp : Kiểm tra bài cũ : Câu hỏi 1 : Điểm chết của pittông là gì? Có mấy vị trí điểm chết? Ở điểm chết nào thì pittông ở cách xa (hoặc gần) tâm trục khuỷu nhất? Câu hỏi 2 : Thể tích buồng cháy là gì? Thể tích toàn phần là gì? Thể tích công tác là gì? Tỉ số nén là gì? Câu hỏi 3 : Phân biệt sự khác nhau giữa “hành trình” và “kì”. Học sinh trả lời. Giáo viên nhận xét góp ý và đánh giá cho điểm học sinh. Nội dung : NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC II. NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ 4 KÌ : Nguyên lí làm việc động cơ diezen 4 kì : Kì 1 - Nạp: - Pittông 3 đi từ ĐCT à ĐCD, xupap nạp 6 mở, xupap thải 9 đóng. - Pittông được trục khuỷu dẫn động đi xuống tạo nên giảm áp suất trong xilanh, không khí được nạp qua cửa nạp. Kì 2 - Nén: - Pittông đi từ ĐCD à ĐCT, cả 2 xupap nạp và thải đều đóng. - Pittông được trục khuỷu dẫn động đi lên (thể tích xilanh giảm) tạo nên tăng áp suất và t0 trong xilanh. Cuối kì nén, nhiên liệu diezen được phun vào buồng cháy trộn với khí nóng tạo thành hoà khí tự bốc cháy à áp suất và t0 trong xilanh tăng nhanh. Kì 3 - Cháy – giãn nở: - Pittông đi từ ĐCT à ĐCD, cả 2 xupap nạp và thải đều đóng. - Quá trình cháy tiếp tục diễn ra rồi giảm dần, khí cháy có áp suất cao, giản nở đẩy pittông đi xuống làm quay trục khuỷu sinh công. Đây là kì sinh công Kì 4 - Thải: - Pittông 3 đi từ ĐCD à ĐCT, xupap nạp đóng, xupap thải mở. - Pittông được trục khuỷu dẫn động đi lên đẩy khí thải ra ngoài. Khi pittông đến điểm chết trên xupap thải đóng lại và kết thúc kì thải. Sau khi kết thúc kì thải, động cơ hoàn thành một chu trình công tác và bắt đầu lại kì 1 nạp. Trong thực tế các xupap được bố trí mở sớm và đóng muộn hơn để động cơ được nạp nhiều hơn và thải được sạch hơn. Nguyên lí làm việc động cơ xăng 4 kì : Nguyên lí làm việc động cơ xăng 4 kì tương tự động cơ diezen 4 kì, chỉ khác: - Trong kì nạp hỗn hợp xăng và kk được hút vào xi lanh trong suốt quá trình nạp. (đ/c diezen thì chì có kk được nạp). - Cuối kì nén, ở đ/c diezen diễn ra sự phun nhiên liệu, còn đ/c xăng thì Bugi bật lửa đốt cháy hoà khí. Nhận xét về chu trình làm việc động cơ 4 kì : - Kì duy nhất sinh công là kì 3: Cháy - giãn nở. - Ba kì nạp, nén và thải không sinh công mà chỉ tiêu tốn công của kì 3 được tích lũy trong bánh đà và ở các xilanh khác (đ/v động cơ nhiều xilanh). - Thời điểm đóng và mở các xupap cũng như thời điểm phun nhiên liệu hoặc bugi bậc lửa trông trùng với các điểm chết của pittông. Hoạt động 2 : Tìm hiểu nguyên lí làm việc động cơ diezen 4 kì. - GV sử dụng tranh vẽ 21.2 : + Em hãy chỉ ra các chi tiết chính của động cơ trên hình vẽ. + Ở hành trình này này pittông đi lên hay xuống? Để làm gì? Do cái gì tác động? [Pitông đi xuống, tạo độ chân không trong xilanh để hút khí nạp, nhờ sự dẫn động của trục khuỷu] + Ở hành trình này xupap nào mở, xupap nào đóng? [thải đóng, nạp mở] + Tại sao ở kì 3 là kì sinh công? [Vì kì này khí cháy, giãn nở đẩy pittông đi từ ĐCTàĐCD, qua thanh truyền làm quay trục khuỷu] Xupap nạp mở ở cuối kì thải, đóng ở đầu kì nén; Xupap thải mở ở cuối kí cháy-giãn nở và đóng ở đầu kì nạp. Các xupap mở sớm, đóng muộn sẽ tạo điều kiện cho lượng khí nạp, thải đi qua các cửa nạp, thải nhiều hơn nên động cơ nạp đầy và thải sạch hơn. Hoạt động 3 : Tìm hiểu nguyên lí làm việc động cơ xăng 4 kì. - GV trình bày vắn tắt nguyên lí làm việc của động cơ xăng 4 kì : + Em hãy so sánh nguyên lí làm việc của động cơ xăng 4 kì và động cơ diezen 4 kì ? + Khí nạp vào xilanh động cơ diezen và động cơ xăng là gì? + Nhiên liệu hoặc hoà khí ở hai loại động cơ được châm cháy như thế nào? Giống nhau : 1 chu trình có 4 hành trình, trong đó chỉ cò một hành trình sinh công. Khác nhau : Đc diezen chỉ nạp kk, nhiên liệu tự bốc cháy, còn Đc xăng nạp hoà khí và phải dùng bugi để châm cháy hoà khí. Hoạt động 4 : Nhận xét về chu trình làm việc động cơ 4 kì. è Trong một chu trình làm việc của động cơ 4 kì, pittông phải dịch chuyển bao nhiêu hành trình? Trong một chu trình có mấy hành trình sinh công, đó là hành trình nào? Các hành trình còn lại công được lấy ở đâu để tiêu tốn? TỔNG KẾT ĐÁNH GIÁ : GV đặt câu hỏi cho học sinh để củng cố bài : Nguyên lí làm việc động cơ diezen 4 kì?Nguyên lí làm việc động cơ xăng 4 kì? Em hãy chỉ rõ điểm khác nhau cơ bản giữa động cơ xăng 4 kì và động cơ diezen 4 kì ? GV dặn dò học sinh : Học sinh xem trước nội dung nguyên lí làm việc của động cơ xăng 2 kì của bài học này. TIẾT 3 TIẾN TRÌNH TỔ CHỨC DẠY HỌC : Ổn định lớp : Kiểm tra bài cũ : Câu hỏi 1 : Nguyên lí làm việc động cơ diezen 4 kì ? Câu hỏi 2 : Em hãy so sánh nguyên lí làm việc của động cơ xăng 4 kì và động cơ diezen 4 kì ? . Học sinh trả lời.Giáo viên nhận xét góp ý và đánh giá cho điểm học sinh. Nội dung : NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC III. NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ XĂNG 2 KÌ : Đặc điểm cấu tạo động cơ 2 kì : - Gồm 3 cửa : nạp, quét và thải. - Đ/c không dùng xupap. - Pittông làm thêm nhiệm vụ đóng mở các cửa. - Hoà khí trước khi đưa vào xilanh chúng được pittông nén trong cacte. Nguyên lí làm việc động cơ xăng 2 kì Kì 1: - Pittông đi từ ĐCT à ĐCD, trong xilanh diễn ra các quá trình như sau: Quá trình cháy-giãn nở: đầu kì 1, pittông ở ĐCT(H 21.4a). Khí cháy có áp suất cao giãn nở đẩy pittông đi xuống làm quay trục khuỷu và sinh công. Khi pittông mở cửa thải 3 thì quá trình cháy giãn nở kết thúc. (H 21.4b) Quá trình thải tự do: từ thời điển pittông mở cửa thải cho tới khi mở cửa quét 9 (H 21.4c), khí thải áp suất cao trong xilanh sẽ qua cửa thải ra ngoài. Quá trình quét-thải khí: từ khi pittông mở cửa quét (cửa thải vẫn đang mở) cho đến khi tới ĐCD (H24.1d), hoà khí có áp suất cao (khí quét) từ cacte 7, qua đường thông 8 và cửa quét 9 đi vào xilanh đẩy khí thải trong xilanh theo cửa xả ra ngoài. Đồng thời, từ khi pittông đóng cửa nạp 4 cho đến khi pittông đến ĐCD, hoà khí trong cacte được nén tăng áp suất. Pittông được bố trí đóng cửa nạp trước khi mở cửa quét, vì thế khi pittông mở cửa quét thì hoà khí trong cacte đã có áp suất cao. Kì 2: - Pittông đi từ ĐCD à ĐCT, trong xilanh diễn ra các quá trình như sau: Quá trình quét-thải khí (tiếp tục): lúc đầu cửa quét và cửa thải vẫn còn mở (H21.4d), hoà khí áp suất cao từ cacte qua đường thông 8 và cửa quét 9 vào xilanh đẩy khí thải trong xilanh qua cửa thải 3 ra ngoài. Quá trình quét-thải khí kết thúc khi pittông đóng kín cửa quét. (H21.4e) Quá trình lọt khí: từ khi pittông đóng cửa quét cho đến khi đóng cửa thải (H21.4g), một phần hoà khí trong xilanh bị lọt ra cửa thải ra ngoài. Quá trình nén và cháy: từ khi pittông đóng cửa thải cho đến khi tới ĐCT (H21.4a), quá trình mới thực sự diễn ra. Cuối kì 2 bugi bật lửa đốt cháy hoà khí, quá trình cháy bắt đầu. Đồng thời, khi pittông đi lên sẽ làm cho áp suất trong cacte 7 giảm. Khi pittông mở cửa nạp 4, hoà khí trên đường ống nạp sẽ qua cửa nạp đi vào cacte nhờ sự chênh áp. Vì vậy, ngoài các quá trình trên thì cuối quá trình 2 còn có quá trình nạp khí. Hoạt động 5 : Tìm hiểu nguyên lí làm việc của động cơ xăng 2 kì. - Không dùng xupap. - Pittông làm thêm nhiệm vụ đóng, mở các cửa các quét, nạp và thải. - Hoà khí đưa vào xilanh phải có áp suất cao nên trước đó chúng được nạp và nén trong cacte. è So với động cơ 4 kì cấu tạo đc 2 kì đơn giản hơn vì không có xupap và các bộ phận dẫn động chúng. Gv sử dụng tranh vẽ hình 21.4 để trình bày từng quá trình : cháy-giãn nở, thải tự do, quét-thải khí và quá trình nén và cháy. Sau đó gợi ý một số câu hỏi: + Tại sai quá trình mà pittông di chuyển từ đến được gọi là quá trình ? + Tại sao khí quét đưa vào xi lanh phải cao hơn áp suất khí trời ? è Quá trình pittông dịch chuyển từ ĐCT đến khi bắt đầu mở cửa thải gọi là quá trình cháy-giãn nở. è Quá trình pittông từ lúc mở cửa thải đến khi bắt đầu mở cửa quét gọi là quá trình thải tự do. è Quá trình pittông từ khi bắt đầu mở cửa quét đến ĐCD gọi là quá trình quét thải khí. èè Khi pittông mở cửa quét, áp suất khí thải trong xilanh vẫn cao hơn áp suất khí trời, khí quét muốn vào được xilanh lanh thì phải có áp suất cao hơn. Chu trình làm việc ủca động cơ xăng 2 kì cũng gồm 4 quá trìng chính nạp, nén, cháy-giãn nở và thải nhưng các quá trình này không rõ ràng tách bạch như ở động cơ 4 kì, diễn biến các quá trình diễn ra trong xilanh của đc 2 kì rất phức tạp, phụ thuộc vào hướng dịch chuyển và vị trí của pittông ứng với các cửa khí. TỔNG KẾT ĐÁNH GIÁ : GV đặt câu hỏi cho học sinh để củng cố bài : Em hãy trình bày đặc điểm cấu tạo động cơ 2 kì ? Điểm khác nhau cơ bản so với đc 4 kì là gì? Em hãy trình bày nguyên lí làm việc động cơ xăng 2 kì ? GV dặn dò học sinh : Học sinh nghiên cứu thêm bài học trong SGK đồng thời trả lòi các câu hỏi trong sách cuối nài 21 và xem trước nội dung bài học số 22. IV. RÚT KINH NGHIỆM :