Silniki spalinowe

Mechanika i Budowa Maszyn
Studia pierwszego stopnia
Przedmiot:
Rodzaj przedmiotu:
Kod przedmiotu:
Rok:
Semestr:
Forma studiów:
Rodzaj zajęć i liczba godzin
w semestrze:
Wykład
Ćwiczenia
Laboratorium
Projekt
Liczba punktów ECTS:
Sposób zaliczenia:
Język wykładowy:
Silniki spalinowe
specjalnościowy
MBM 1 N 0 5 58-1_1
3
5
Studia niestacjonarne
36
18
9
9
5
Zaliczenie
Język polski
Cel przedmiotu
C1
C2
C3
Zapoznanie studentów z teorią silników spalinowych, zasadami ich konstruowania, budową i
działaniem.
Nabycie umiejętności przeprowadzania obliczeń parametrów procesu roboczego, parametrów
kinematycznych, dynamicznych oraz wskaźników eksploatacyjnych i ekologicznych.
Opanowanie metodyki badań silników na stanowiskach laboratoryjnych oraz analizy ich
wyników.
Wymagania wstępne w zakresie wiedzy, umiejętności i innych kompetencji
1
2
3
4
5
Wiedza z zakresu podstaw konstrukcji maszyn – elementy maszyn, normalia.
Podstawowa wiedza z zakresu termodynamiki – podstawy termodynamiki, obiegi cieplne,
wymiana ciepła.
Wiedza z zakresu metrologii – techniki pomiarowe, analiza wyników, szacunek błędów.
Podstawowe umiejętności w zakresie przeprowadzania badań eksperymentalnych oraz
opracowywania ich wyników.
Umiejętność pozyskiwania informacje z literatury.
Efekty kształcenia
W zakresie wiedzy:
EK 1
EK 2
EK 3
EK 4
Zna podstawowe zależności pozwalające obliczać główne parametry silnika spalinowego.
Ma wiedzę z zakresu procesów termodynamicznych oraz mechaniki silnika spalinowego.
Zna budowę głównych układów, podzespołów i elementów silników spalinowych.
Ma wiedzę z zakresu metod wykonywania badań silników spalinowych.
W zakresie umiejętności:
EK 5
EK 6
EK 7
Potrafi integrować informacje z literatury z wynikami eksperymentu.
Umie wykonać obliczenia podstawowych wskaźników pracy silnika i ocenić ich wyniki.
Potrafi wykonać podstawowe pomiary dotyczące silników spalinowych.
W zakresie kompetencji społecznych:
EK 8
Posiada umiejętność zespołowego wykonania zadań badawczych.
EK 9
Ma świadomość wpływu silników spalinowych na zdrowie człowieka i środowisko
naturalne.
Treści programowe przedmiotu
Forma zajęć – wykłady
Treści programowe
W1
W2
W3
W4
W5
W6
W7
W8
W9
W10
W11
W12
W13
W14
W15
Wiadomości ogólne. Omówienie literatury do przedmiotu. Historia silników spalinowych.
Podział silników cieplnych, zastosowanie, osiągi, charakterystyczne parametry, dwu- i
czterosuwowy cykl pracy, zapłon iskrowy i samoczynny. Podstawowe wielkości i
oznaczenia.
Podstawy termodynamiczne. Pierwsza zasada termodynamiki w odniesieniu do czynnika
znajdującego się w cylindrze. Składniki równania bilansowego energii i ich wyznaczanie.
Obliczenia stechiometryczne procesu spalania. Tworzenie mieszaniny paliwowopowietrznej.
Obiegi cieplne silników spalinowych. Założenia obiegów teoretycznych. Obiegi
teoretyczne: Carnota, Otto, Diesla, Seiligera. Obiegi teoretyczne, porównawcze i
rzeczywiste. Porównanie sprawności teoretycznych. Bilans cieplny silnika.
Rzeczywisty wykres indykatorowy i podstawowe wskaźniki silników. Wykresy
indykatorowe otwarte i zamknięte, silników dwu- i czterosuwowych. Parametry
indykowane. Sprawności silnika. Wskaźniki porównawcze. Kształtowanie charakterystyki
napełnienia .
Podstawy procesu spalania. Spalanie mieszanki homogenicznej w silniku o ZI. Spalanie
kinetyczne i dyfuzyjne w silnikach o ZS. Spalanie jako zespół reakcji łańcuchowych.
Rodzaje komór spalania. Regulacja ilościowa mocy w silniku o ZI i jakościowa w silniku o
ZS. Zapłon i przebieg wywiązywania ciepła.
Mechanika układu korbowego. Kinematyka układu korbowo-tłokowego silnika. Siły
gazowe i bezwładności. Rozkład sił w układzie korbowo-tłokowym. Wyrównoważanie
silników.
Wymiana ładunku i rozrząd. Kołowy wykres faz rozrządu silnika dwu- i czterosuwowego.
Podstawy teorii akustycznej. Obliczenia przepływów przez zawory. Rodzaje konstrukcyjne
zaworów i krzywek rozrządu. Kinematyka układu rozrządu.
Paliwa i układy zasilania. Zasilanie gaźnikowe, zasilanie wtryskowe benzyną, zasilanie
wtryskowe olejem napędowym. Układy zasilania gazowego LPG, CNG, LNG.
Podstawowe właściwości paliw silnikowych. Liczba oktanowa i cetanowa.
Emisja spalin. Skład spalin przy spalaniu z nadmiarem i niedomiarem powietrza. Składniki
toksyczne spalin i ich powstawanie. Metody pomiarowe emisji spalin. Ograniczanie emisji
składników toksycznych, normy.
Układy chłodzenia. Klasyfikacja układów chłodzenia. Chłodzenie pośrednie i
bezpośrednie. Niedogrzanie i przegrzanie silnika. Współczesne układy chłodzenia.
Układy smarowania. Tarcie w silniku. Straty mechaniczne. Podział systemów olejenia.
Współczesne układy smarowania.
Układy zapłonowe, dolotowe i wylotowe. Klasyfikacja układów. Główne elementy
struktury. Współczesne rozwiązania układów zapłonowych, dolotowych i wylotowych.
Doładowanie silników. Podział systemów i parametry doładowania. Doładowanie
mechaniczne, turbodoładowanie, doładowanie dwustopniowe, system Comprex, system
stałego ciśnienia, system pulsacyjny, doładowanie kombinowane. Chłodzenie powietrza
doładowującego.
Charakterystyki silników spalinowych. Charakterystyki prędkościowe, obciążeniowe,
regulacyjne, regulatorowe, ogólne, porównawcze. Wskaźniki elastyczności silników
spalinowych.
Podstawy projektowania silników. Obliczanie wymiarów głównych. Materiały
konstrukcyjne stosowane w silnikach spalinowych.
Forma zajęć – ćwiczenia
Treści programowe
ĆW1
ĆW2
ĆW3
ĆW4
ĆW5
ĆW6
ĆW7
ĆW8
ĆW9
Zajęcia wprowadzające. Omówienie przebiegu ćwiczeń rachunkowych.
Obliczanie parametrów czynnika roboczego w układzie dolotowym. Ciśnienie i
temperatura w układzie dolotowym, podgrzanie czynnika roboczego. Współczynnik
napełnienia cylindra.
Obliczanie zapotrzebowania powietrza do spalania i składu spalin. Zapotrzebowanie
masowe i objętościowe powietrza do spalania. Skład spalin.
Obiegi teoretyczne i porównawcze silników spalinowych. Obieg Otto, Diesla i Sabathe.
Ciepło i praca obiegów teoretycznych. Obliczenia przyrostu ciśnienia i objętości w procesie
doprowadzania ciepła do obiegu. Obliczanie pracy obiegu teoretycznego. Porównanie
obiegu teoretycznego i rzeczywistego. Średnie teoretyczne ciśnienie indykowane.
Wskaźniki porównawcze silnika. Obliczanie sprawności teoretycznej, cieplnej i
indykowanej silnika na podstawie obiegu porównawczego. Jednostkowe zużycie paliwa,
moc i moment jednostkowy.
Kinematyka i dynamika układu korbowego silnika spalinowego. Obliczanie położenia,
prędkości i przyspieszenia tłoka w funkcji kąta obrotu wału korbowego. Obliczanie
rozkładu sił działających w układzie korbowym silnika.
Obliczenia układu rozrządu silnika czterosuwowego. Obliczenia geometryczne kanałów
dolotowych i wylotowych. Obliczenia geometryczne przepływu przez zawory. Równanie
ciągłości strugi. Obliczenia geometryczne krzywek wału rozrządu.
Zajęcia zaliczeniowe: wystawienie ocen końcowych, wpisy do indeksu.
Forma zajęć – laboratoria
Treści programowe
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L6
L6
L6
Zajęcia wprowadzające. Szkolenie BHP, zasady zaliczenia przedmiotu, podział na
podgrupy, harmonogram ćwiczeń. Metodyka analizy wyników pomiarów, źródła błędów.
Kinematyka układu korbowego i układu rozrządu. Wykonanie charakterystyk
kinematycznych na modelu silnika.
Charakterystyki prędkościowe. Wykonanie pomiarów i opracowanie graficzne typowej
charakterystyki prędkościowej.
Charakterystyki obciążeniowe. Wykonanie pomiarów i opracowanie graficzne typowej
charakterystyki obciążeniowej.
Charakterystyki regulacyjne. Wykonanie pomiarów i opracowanie graficzne
charakterystyki składu mieszaniny paliwowo-powietrznej.
Indykowanie silnika. Indykowanie szybkoobrotowego silnika trakcyjnego. Opracowanie
graficzne wykresów indykatorowych.
Badania toksyczności spalin. Wykonanie pomiarów analizatorem SESAM FTIR.
Opracowanie graficzne wyników.
Bilans cieplny silnika spalinowego. Wykonanie pomiarów składników bilansu
zewnętrznego silnika i sporządzenie odpowiednich charakterystyk.
Zajęcia zaliczeniowe. Odrabianie zaległych ćwiczeń laboratoryjnych, poprawa ocen
uzyskanych z kolokwiów wprowadzających, wystawienie ocen końcowych, wpisy do
indeksu.
Forma zajęć – projekt
Treści programowe
P1
P2
P…
Metody dydaktyczne
1
2
3
Wykład z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych.
Ćwiczenia rachunkowe: przygotowanie projektu, rozwiązywanie zadań na zajęciach.
Laboratorium zajęcia praktyczne na stanowiskach badawczych oparte na pomiarach i
analizie wyników pomiarów.
Obciążenie pracą studenta
Średnia liczba godzin na zrealizowanie
Forma aktywności
aktywności
Godziny kontaktowe z wykładowcą,
40
w tym:
Udział w wykładach, udział zajęciach w
9
laboratoryjnych
4
Konsultacje
Praca własna studenta, w tym:
30
Przygotowanie się do laboratorium
30
Przygotowanie do zajęć ćwiczeniowych
25
Przygotowanie do zaliczenia wykładu
125
Łączny czas pracy studenta
Sumaryczna liczba punktów ECTS dla
5
przedmiotu:
Liczba punktów ECTS w ramach zajęć
3
o charakterze praktycznym (ćwiczenia,
laboratoria, projekty)
Literatura podstawowa
1
2
3
4
Wajand Jan A., Wajand Jan T.: Tłokowe silniki spalinowe, średnio- i szybkoobrotowe. WNT, Warszawa
2005
Luft S.: Podstawy budowy silników. WKiŁ, Warszawa 2003
Rychter T., Teodorczyk A.: Teoria silników tłokowych. WKiŁ, Warszawa 2006
Niewczas A. (red.):Laboratorium silników spalinowych. Wydawnictwa Uczelniane Politechniki
Lubelskiej, Lublin 1996
Literatura uzupełniająca
1
2
3
4
5
6
Kneba Z., Makowski S.: Zasilanie i sterowanie silników. WKiŁ, Warszawa 2004
Kozaczewski W.: Konstrukcja grupy tłokowo-cylindrowej silników spalinowych. WKiŁ Warszawa 2004
Rokosch U.: Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samochodów. WKiŁ,
Warszawa 2007
Jędrzejowski J.: Mechanika układów korbowych silników samochodowych. WKiŁ, Warszawa 1986
Mysłowski J.: Doładowanie silników. WKiŁ, Warszawa 2002
Majerczyk A., Taubert S.: Układy zasilania gazem propan-butan. WKiŁ, Warszawa 2003
Efekt
kształcenia
EK 1
EK 2
Macierz efektów kształcenia
Odniesienie
danego efektu
kształcenia do
Cele
Treści
Metody
Metody
efektów
przedmiotu programowe dydaktyczne oceny
zdefiniowanych
dla całego
programu (PEK)
MBM1A_W01++
MBM1A_W02+
MBM1A_W03+
MBM1A_W16+++
MBM1A_W04++
C1, C2
W1-9,W14,W15,
ĆW1-9,L1- L9
1
O1, O2,
O3, O4
C1
W2-W7,ĆW2-8
1
O1, O2
EK 3
EK 4
MBM1A_W24+
MBM1A_W08++
MBM1A_W04+
C1
W1,W8,W10-13
1,3
O1
C1,C3
W4,W14
1,3
O1
EK 5
MBM1A_U01+++
C1,C3
W4,W9,W14,L3-7
1,3
EK 6
EK 7
EK 8
MBM1A_U19+++
MBM1A_U19+
MBM1A_K03++
C2
C3
C3
ĆW1-ĆW9
L1-L9
L1-L9
2
3
3
Ek 9
MBM1A_K02+++
C1,C3
W9,L7
1,3
O1, O3,
O4
O2
O3, O4
O3, O4
O1, O3,
O4
Metody i kryteria oceny
Symbol
metody
oceny
O1
O2
O3
O4
Opis metody oceny
Zaliczenie pisemne wykładu
Oddanie i zaliczenie projektu z ćwiczeń
Zaliczenie kolokwiów wejściowych z laboratorium
Oddanie i zaliczenie wszystkich sprawozdań z
przeprowadzonych ćwiczeń laboratoryjnych
Autor
dr inż. Paweł Kordos
programu:
[email protected]
Adres e-mail:
Jednostka
Instytut Transportu Silników Spalinowych i Ekologii
organizacyjna:
Próg zaliczeniowy
[50%]
[100%]
[50%]
[100%]