ОСНОВЫ ПРИНЦИПА РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ - 10 класс

Тип урока: деловая ролевая игра.

Интеграция предметов: физика — экология — английский язык.

Ход урока

Учитель. Ребята, всем хорошо известно, что в настоящее время самым распространенным видом тепловых двигателей является двигатель внутреннего сгорания (ДВС). На нем мы и остановимся подробно сегодня. Урок будет проходить в виде деловой ролевой игры.

(Все задействованные в ролевой игре учащиеся садятся по своим местам.)

Секретарь-референт. Год назад наше строительное объединение «Автотрансстрой» совместно с фирмой «Даймлер-Бенц» из Германии сдало в эксплуатацию в нашем городе завод по производству двигателей внутреннего сгорания и деталей. И вот корреспондент газеты «Нью-Йорк Таймс» решил взять интервью у представителей завода через 12 месяцев после его пуска. Мы находимся в актовом зале этого завода. Здесь присутствуют (представляет сидящих полукругом людей):

1) Директор завода...

2) Главный инженер...

3) Заместитель главного инженера...

4) Главный конструктор...

5) Технолог-химик...

6) Эколог...

7) Историк заводского музея...

8) Переводчик...

Итак, начинаем работу.

Иностранный корреспондент. Newspaper that I represent is interested in principle of work of piston heat engines and plans of your plant. But at first I’d like to interview the historian Mrs... Could you give us historical information where and when the first automobiles with the internal combustion engines appeared?

Переводчик. Газету, которую я представляю, интересует принцип работы поршневых тепловых двигателей и перспективы вашего завода. Но вначале я хотела бы взять интервью у историка. (Историк приподнимается на месте и кивает). Госпожа..., не могли бы вы дать маленькую историческую справку: когда и где появились первые автомобили с двигателями внутреннего сгорания?

Историк. Первый ДВС построил француз Этьен Ленуар, это было в 1860 году. Вскоре еще 416 изобретений претендовали на патент, однако его выдали почти одновременно в 1886 году немецким механикам Готлибу Даймлеру и Карлу Бенцу, которые изобрели бензиновые двигатели внутреннего сгорания. Они-то и стали применяться в первых автомобилях. Интересно, что при жизни изобретатели так и не познакомились, хотя жили недалеко друг од друга и работали над одной проблемой. Но созданным ими фирмам суждено было в 20-х годах XX столетия слиться в известную ныне всем автомобильную компанию «Даймлер-Бенц», с которой мы ныне сотрудничаем.

Иностранный корреспондент. Mrs... Who constructed the first heat engine in Russia? Is this fact known?

Переводчик. Госпожа... А кто в России сконструировал первый тепловой двигатель? Известно ли это?

Историк. Да. В России проект бензинового двигателя появился в 1879 году. Создал его капитан морского флота Костович. КПД двигателя был около 22%, мощность 60 кВт, и предназначался он для дирижабля.

Первый отечественный автомобиль был создан в 1896 г., построен в Петербурге Яковлевым и Фрезе. Это автомобиль с одноцилиндровым двигателем, модель которого есть в нашем заводском музее.

Директор завода. Вам представится возможность побывать в заводском музее, где собрана коллекция моделей старинных отечественных автомобилей.

Иностранный корреспондент. Thank you very much. And now I’d like to interview the leading engineer of your plant. Mr... Could you explain the principle of work of the internal combustion engine, produced by your plant?

Переводчик. Благодарю вас. Мне бы хотелось теперь взять интервью у главного инженера завода, господина... Не могли бы вы объяснить принцип работы ДВС, выпускаемого на вашем заводе?

Главный инженер. Мы производим четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Один рабочий цикл двигателя включает в себя четыре хода поршня, или как говорят, четыре такта (см. рисунок).

Иностранный корреспондент. I see. — Понятно.

Главный инженер. У нас есть диафильм, который поможет вам лучше представить работу нашего двигателя. (Включает диапроектор, инженер комментирует несколько кадров. Поясняет рабочий цикл, представленный в виде графика (см. ниже).

АВ — I такт — впуск.

ВС, CD — II такт — сжатие.

DE — III такт — рабочий ход.

ЕВ — IV такт — выпуск.

Иностранный корреспондент. Thank you very much, Mr... Everything is clear now, especially your graph has helped me. There is a fuel problem in the world now. It should be economized. How do you decide this problem?

Переводчик. Благодарю Вас, господин главный инженер. Все стало понятно, особенно мне помогла диаграмма. Сейчас в мире проблема с топливом. Его надо экономить. Как решается эта проблема при производстве ваших двигателей?

Главный инженер. Экономичность ДВС зависит от степени сжатия рабочей смеси в цилиндре перед ее воспламенением: чем выше сжатие, тем больше КПД. Однако в карбюраторных ДВС горючую смесь можно сжимать только до определенного предела, так как сжатие сопровождается сильным нагревом. Например, при давлении выше 6 · 105 Па температура смеси достигает 400 °С. При такой температуре нефть, керосин, бензин легко воспламеняются: происходит взрыв (детонация), который нарушает работу двигателя и даже может вывести его из строя.

Иностранный корреспондент. Thank you. Let me ask some questions to your assistant, Mrs... Would you work on creation of indetonated engine?

Переводчик. Благодарю вас. Позвольте мне задать несколько вопросов заместителю главного инженера госпоже... Не ведете ли вы работу по созданию бездетонационного двигателя?

Зам. гл. инженера. Нет, не ведем. Такие двигатели уже созданы. Бездетонационное сгорание топлива удачно осуществил немецкий инженер Рудольф Дизель в своем двигателе — дизеле, изобретенном в 1897 году. В дизеле сжатию до 3,5 ·106 Па подвергается не горючая смесь, а воздух, причем его температура поднимается до 700 °С, то есть до значения, достаточного для самовоспламенения любого жидкого горючего: нефти, мазута. Поэтому в дизеле нет

специального приспособления для зажигания горючей смеси — запальной свечи.

Иностранный корреспондент. Sorry, Mrs... And how is fuel given?

Переводчик. Простите, госпожа... А как подается топливо?

Зам. гл. инженера. Топливо — горючая жидкая смесь из нефти, солярки с помощью форсунки впрыскивается внутрь цилиндра и распыляется, смешиваясь там с раскаленным воздухом. По мере поступления оно самовоспламеняется, постепенно сгорая. Образующиеся продукты сгорания расширяются и двигают поршень.

Иностранный корреспондент. What can you say ofdisel engine efficiency?

Переводчик. Что можно сказать о КПД дизеля?

Зам. гл. инженера. Так как рабочее тело (воздух) в цилиндре дизеля сжимается до более высокого давления, чем в ДВС, то КПД дизеля оказывается выше.

Иностранный корреспондент. And what about the working cycle of four cycled disel-engine? Is it the same as ICE has?

Переводчик. А рабочий цикл четырехтактного двигателя такой же, как у ДВС?

Зам. гл. инженера. Не совсем. У него есть свои особенности. Сейчас их объясню. Позвольте сделать это с помощью графика.

АВ — I такт — впуск.

ВС — II такт — сжатие.

CD, DE — III такт — рабочий ход.

ЕВ — IV такт — выпуск.

Вам ясно?

Иностранный корреспондент. I can say “yes” and “по” at one and the same time. As far as I understand ICE and disel-engine have four cycles: inlet, compression, working stroke, and output. And as for diagrams, they are different, why? What does this efficiency give? I didn’t understand quite well.

Переводчик. И да, и нет. Я поняла, что у ДВС и у дизеля четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. А диаграммы у них разные. Отчего? Что дает это отличие? Я не совсем поняла.

Главный инженер. Позвольте мне пояснить. У всех типов четырехтактных двигателей названия тактов одинаковые, но происходящие физические процессы разные. Обратите внимание на процесс увеличения давления: у ДВС он идет в два этапа — изотерме ВС и изохоре CD, а у дизеля — в один этап: давление более резко возрастает по адиабате ВС'. И процессы расширения разные: у ДВС он осуществляется только по адиабате DE, а у дизеля в два приема — по изобаре C D и изотерме DE. В результате давление в цилиндре дизеля выше, чем в ДВС. У дизеля 4 ·106 Па, у ДВС 5 · 105 Па.

Иностранный корреспондент. Thank you. Let me ask a question to the constructor. What does the power of the internal combustion engines depend on?

Переводчик. Благодарю Вас, главный инженер. Разрешите мне задать вопрос конструктору. От чего зависит мощность двигателя внутреннего сгорания?

Конструктор. Мощность ДВС определяется по формуле:

где Р — давление газов, V — объем цилиндра, n — частота вращения коленчатого вала, τ — число тактов в работе двигателя за один цикл.

Эта формула показывает, что увеличивая давление в цилиндре и число оборотов n вала двигателя — эти величины стоят в числителе, можно увеличить мощность двигателя. Учитывая знаменатель τ, можно сказать, чем больше рабочих тактов в цикле совершает двигатель, тем меньше его мощность, значит, увеличить мощность можно переходя от четырехтактного цикла к двухтактному.

Иностранный корреспондент (обращаясь к директору). Does the plant produce two-cycled engines?

Переводчик (обращаясь к директору завода). Выпускает ваш завод двухтактные двигатели?

Директор завода. Пока нет, мы только приступаем к их освоению.

Иностранный корреспондент. Is two-cycled engine convenient?

Переводчик. Удобен ли двухтактный двигатель?

Конструктор. Да. Двухтактный ДВС имеет большую мощность, меньшие размеры, он легче и его ход более равномерен. Он широко применяется в мотоциклах.

Иностранный корреспондент. I dare to ask you one more question. Could you compare advantages of carburettor engine and disel-engine?

Переводчик. Позвольте взять на себя смелость задать вам еще один вопрос. Не могли бы вы сравнить достоинства карбюраторного ДВС и дизеля?

Конструктор. Карбюраторные ДВС компактны, имеют сравнительно малый вес, используются там, где требуется небольшая мощность и легкость силовой установки. А преимущества дизелей таковы: простое устройство и обслуживание, большой КПД (у карбюраторных 25—30 %, у дизелей 30—55 %), работают на дешевом топливе, применяются в основном там, где требуется достаточно большая мощность (в тяжелых грузовиках, тракторах).

Иностранный корреспондент. Thank you Mr. Constructor. And now I want to ask a question to the chemist-technologist. Could you tell what kind of fuel are used for your engines? If it is not a secreet.

Переводчик. Благодарю Вас, господин... А теперь хочу задать вопрос химику-технологу. Не могли бы вы мне сказать, какие виды топлива используются для ваших двигателей? Это не секрет?

Химик-технолог. Нет, это не секрет. Основные источники энергии — бензин разных марок и дизельное топливо. Бензин представляет собой сложные смеси многих углеводородов и применяется главным образом в двигателях с искровым зажиганием. Это смесь продуктов прямой перегонки нефти, выкипающих при температурах не выше 205 °С. Дизельное топливо — это средние и тяжелые фракции перегонки нефти. Образуются из нее путем выкипания при температурах 270—400 °С. Используются в двигателях с воспламенением от сжатия. Топливом для дизелей, работающих под большой нагрузкой, является смесь из мазута.

Иностранный корреспондент. Thank you. Unfortunately, it doesn’t matter what fuel is used. The wastage of used gas pollute the environment. I ask the ecologist to tell about the problems of ecology, that arise with using internal combustion engines.

Переводчик. Благодарю Вас. К сожалению, каким бы ни было топливо, выброс отработанных газов идет в окружающую среду. Я прошу эколога рассказать о проблемах экологии, возникающих в связи с использованием двигателей внутреннего сгорания.

Эколог. Как сказал нам историк, ДВС уже более 100 лет. Он был изобретен, чтобы облегчить жизнь людей. Но постепенно это гениальное творение конца XIX века превратилось в зло, источник опасности. Двигатели внутреннего сгорания стоят на автомобилях, а автомобили отнимают у человека землю. В настоящее время около 0,03 % суши занято под автостоянки и дороги. Но главное — автомобиль загрязняет окружающую среду. Вследствие выбросов

газов в атмосферу гибнут цветы, деревья, над городами, где много машин, часто образуется смог — ядовитый не рассеивающийся туман. Очень вреден шум, создаваемый автотранспортом, который составляет 80 % технических шумов, он влияет на нервную систему человека, вызывает психические заболевания, сокращает на 8— 12 лет жизнь в больших городах.

Иностранный корреспондент. Sorry, Mrs... if ICE is so harmful, then what for does your plant produce them? How is it possible to avoid dangerous consequence of their work? Do you strive for this?

Переводчик. Простите, госпожа, но если ДВС так вреден, то зачем ваш завод их выпускает? Как избежать вредных последствий их работы? Стремитесь ли вы к этому?

Эколог. Над этими проблемами работают сейчас специалисты всего мира. И мы учитываем их рекомендации. Так в арсенале средств борьбы с шумом есть такие: точная регулировка карбюратора, совершенствование глушителей, переход на газовое топливо. Сейчас во всем мире идет поиск видов топлива для ДВС. Одна из технических находок — этиловый спирт, продукты его сгорания в меньшей мере загрязняют окружающую среду. Двигатели, работающие на спирту, успешно применяются в Бразилии на автомобилях. Перевод автотранспорта на сжиженный газ уменьшает поступление оксида углерода в атмосферу. У вас в США уже разработано несколько образцов автомобильных двигателей, действующих на воздушно-водородной смеси.

Иностранный корреспондент. What kind of measures for nature protection have been undertaken in your country and personally at your plant?

Переводчик. Какие меры по охране природы предприняты в вашей стране и конкретно на вашем заводе?

Эколог. Я прошу Вас обратить внимание на данную таблицу, в которой отражены пути преодоления вредных последствий работы двигателя.

Влияние тепловых двигателей на окружающую среду	Пути преодоления вредных последствий работы двигателя
1. Повышение температуры на Земле вследствие работы тепловых двигателей 2. Выброс в атмосферу вредных для растений, животных и человека веществ 3. Шумы и вибрации. Их воздействие на человека вредно 4. Уплотнение и эрозия почвы при движении транспорта	1. Повышение экономичности тепловых двигателей 2. Использование новых сортов топлива, менее токсичных. Разработка новых технологий их сжигания, утилизация отходов 3. Снижение шума и вибрации 4. Рациональное использование транспортных дорог

В стране введена обязательная государственная экологическая экспертиза проектов всех новых промышленных объектов. Проект нашего завода прошел эту экспертизу. Повышается ответственность за экологически грамотную эксплуатацию предприятия. Но, к сожалению, ремонт выходящих из строя очистных сооружений связан с большими финансовыми затратами.

Иностранный корреспондент. Thank you. I’d like to address the chemist-technologist again and ask her one more question concerning the fuel.

Переводчик. Благодарю Вас. Я хотела бы вновь обратиться к химику-технологу и задать ему еще один вопрос о топливе: каковы преимущества и недостатки газа как топлива?

Химик-технолог. Отвечу с удовольствием. По сравнению с бензином, использование природного газа продлевает срок службы на 40 % у свечей зажигания и в 4 раза моторных масел. Кроме того, в 5—10 раз уменьшаются выбросы в атмосферу вредных веществ. Это преимущества.

Недостатки: необходимость сжатия газа до давления 200—250 атм., что требует, во-первых, дополнительной установки — компрессора, а во-вторых, хранения на борту автомобиля нескольких стальных баллонов со сжатым газом, а это снижает грузоподъемность машины на 15—20 %.

Иностранный корреспондент. I am very thankful to you. And the last question I want to ask you the manager of the plant. Mr..., could you tell in some words who buys your production?

Переводчик. Весьма признателен Вам. Последний вопрос я хочу задать директору завода. Господин... не могли бы вы в нескольких словах сказать о том, кому нужна ваша продукция?

Директор завода. Наши ДВС получили широкое применение: они используются в энергетике — на маломощных теплоэлектростанциях, на сухопутном автомобильном транспорте, их ставят на мотоциклы, корабли, трактора. Обратите внимание на технические характеристики двигателя грузовика ЗИЛ-130, который мы тоже выпускаем (Указывает на таблицу, комментируя ее.).

1. Тип двигателя 2. Диаметр цилиндра 3. Расположение цилиндров 4. Ход поршня 5. Максимальная мощность 6. Удельный расход топлива

Четырехтактный, карбюраторный, с водяным охлаждением 100 мм V-образное, под углом 90° 95 мм 110 кВт 240 г на 1 кВт ч

Иностранный корреспондент. Well, if the enterprises buy your production what kind of demands do they make on your engines? Do you take into consideration the wishes of your customers?

Переводчик. Раз предприятия нуждаются в вашей продукции, то какие требования они предъявляют к ней — двигателям вашего завода? Учитываете ли вы пожелания покупателей?

Директор завода. Требования самые разнообразные: большой срок службы без ремонта, экономичный расход горючего и масел, небольшая токсичность отработанных газов, уменьшенные габариты, пониженный уровень создаваемого шума, небольшая стоимость и другие. Пожелания заказчиков учитывать стараемся, хотя сейчас это делать сложно.

Иностранный корреспондент. Thank you. I am very grateful to the management of your plant, all specialists and personally you Mr. Director for paying attention to my newspaper. I’ll bring intersting information about your plant, its production and new technical workings out. Thank you very much indeed.

Переводчик. Благодарю Вас. Я очень признательна администрации завода, всем специалистам и лично господину директору за то, что вы уделили время моей газете. Я привезу к себе интересные сведения о вашем заводе, его продукции и новых технических разработках. Еще раз благодарю Вас.

Секретарь-референт. Наше коллективное интервью газете «Нью-Йорк Таймс» закончено. До свидания.

Учитель. Ребята, поскольку в настоящее время двигатель служит «сердцем» автомобиля, который все больше завоевывает жизненное пространство, мы должны представлять себе не только как он работает, но и то, что эксплуатация автотранспорта вызывает определенные отрицательные факторы. И с этими факторами надо бороться.