МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Майкопский государственный технологический университет»
Факультет Инженерно-экономический
Кафедра Сервиса транспортных и технологических машин и оборудования
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета
М. К. Беданоков
«____»__________20___г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине СД.03 Рабочие процессы, конструкция и основы расчёта энергетических
установок и транспортно-технологического оборудования
по специальности __190603 Сервис транспортных и технологических машин и
оборудования (автомобильный транспорт)
Факультет Инженерно-экономический
МАЙКОП
Рабочая программа составлена на основании ГОС ВПО специальности 190603 Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт) и учебного плана МГТУ
Составители рабочей программы
___к.т.н., доцент _______________ ___________ Меретуков М.А._
(должность, ученое звание, степень) (подпись) (Ф.И.О.)
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры _Сервис транспортных и технологических машин и оборудования
(наименование кафедры)
Заведующий кафедрой
«____»_________2013 г. ____________ Меретуков М.А. (подпись) (Ф.И.О.)
Одобрено научно-методической комиссией факультета «____»__________2013 г.
Председатель
научно-методической
комиссии факультета ____________ Меретуков М.А. (подпись) (Ф.И.О.)
СОГЛАСОВАНО:
Начальник УМУ ____________ Гук Г.А.
«____»____________2013 г. (подпись) (Ф.И.О.)
Выписка из ГОС ВПО
Специальность 190603 Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)
СД.03 Рабочие процессы, конструкция и основы расчета энергетических установок и транспортно-технологического оборудования. Классификация силовых энергетических установок, терминология; конструкция и расчет деталей и систем; компоновочные схемы; термодинамические и действительные циклы; индикаторные диаграммы; процессы газообмена и сжатия; эффективные и оценочные показатели энергетических установок; режимы и характеристики работы установок в зависимости от условий эксплуатации; мощностные, экономические и экологические показатели работы энергетических установок, причины их изменения; силовые и термические нагрузки на детали; принципы выборы типа энергетических установок для транспортных и транспортно-технологических средств; требования к энергетическим установкам и их системам с учетом условий эксплуатации; модернизация энергетических установок для применения альтернативных видов топлив. 150 часов.
Цели и задачи учебной дисциплины, ее место в учебном плане
Цели и задачи изучения дисциплины
Цель дисциплины
Дисциплина «Рабочие процессы, конструкция и основы расчёта энергетических установок и транспортно-технологического оборудования» включает в себя основы теории, показатели и характеристики транспортных двигателей. Целью изучения курса является получение студентами знаний закономерностей наиболее эффективных способов превращения химической энергии топлива в механическую в двигателях внутреннего сгорания; влияние основных конструктивных факторов на протекание рабочих процессов в поршневых ДВС; методов улучшения технико-экономических показателей и характеристик двигателей; основных критериев и параметров, оценивающих те или иные аспекты работы ДВС и общепринятых характеристик применяемых на транспорте поршневых ДВС; тенденций и направлений развития транспортных ДВС, диктуемых современными требованиями повышения тягово-скоростных, экономических и экологических характеристик транспортных машин.
Важной целью изучения курса является овладение знаниями о влиянии основных эксплуатационных, режимных и атмосферно-климатических факторов на рабочие процессы и показатели транспортных двигателей; формирование у студентов теоретической базы, необходимой для последующего изучения основ эффективной эксплуатации транспортных двигателей, их производства и ремонта.
Задачи дисциплины:
Задачей изучения дисциплины является получение студентами знаний для понимания: сущности и назначения процессов в цилиндрах ДВС при реализации действительного цикла; эффективности использования различных топлив; специфики показателей различных типов транспортных двигателей, вытекающих из их конструктивных особенностей и регулировок; причин изменения показателей транспортных двигателей под действием эксплуатационных факторов; экономических и экологических аспектов широкого применения поршневых ДВС на транспорте. В результате изучения данной дисциплины студенты должны уметь: анализировать путем сравнения с паспортными данными показатели эксплуатирующихся ДВС с целью повышения эффективности и качества их работы, исходя из современных эксплуатационных, экономических и экологических требований; быть подготовленными для разработки и внедрения в практику новых прогрессивных технологических процессов эксплуатации и ремонта транспортных двигателей, диагностирования их технического состояния.
В результате изучения дисциплины студент должен знать:
основы теории автомобильных двигателей, определяющие их эксплуатационно-технологические свойства;
конструкцию и регулировочные параметры основных моделей автомобильных двигателей;
методику и оборудование для испытаний автотракторных двигателей и их систем;
основные направления и тенденции совершенствования автомобильных двигателей;
требования к эксплуатационным свойствам автомобильных двигателей.
Студент должен уметь:
- выбирать тип двигателя с техническими и конструктивными параметрами, соответствующими технологическим требованиям и условиям его работы;
эффективно использовать автомобильных двигателей в конкретных условиях производства;
проводить испытания автомобильных двигателей, оценивать эксплуатационные показатели, проводить их анализ;
выполнять регулирование механизмов и систем автомобильных двигателей для обеспечения работы с наибольшей производительностью и экономичностью;
выполнять основные расчеты с использованием ЭВМ и анализировать работу отдельных механизмов и систем автомобильных двигателей;
применять полученные знания для самостоятельного освоения новых конструкций автомобильных двигателей.
Студент должен обладать навыками:
управления основными энергетическими средствами;
выполнения приемов эксплуатационного технического обслуживания;
самостоятельного анализа и оценки режимов работы мобильного энергетического средства.
1.2. Краткая характеристика дисциплины, ее место в учебном процессе
Учебная дисциплина «Рабочие процессы, конструкция и основы расчёта энергетических установок и транспортно-технологического оборудования» относится к циклу специальных дисциплин. В нем используются знания, полученные в общеобразовательных дисциплинах, для решения задач по расчету и проектированию агрегатов автомобиля.
В этом курсе процессы изучаются с самых различных сторон – физико-механической, химической, тепловой, гидродинамической и т.д.
Процессы рассматриваются на научной основе, необходимой для разработки общих методов расчета.
Такое обобщение значительно расширяет инженерно-технический кругозор будущих специалистов и прививает им навыки самостоятельного технического мышления.
Связь с последующими дисциплинами
Знания и умения, полученные в курсе «Рабочие процессы, конструкция и основы расчёта тепловых двигателей и энергетических установок», используются в дальнейшем при изучении специальных дисциплин, связанных с проектированием и расчетом автомобиля. Методики расчета оборудования, изучаемые студентами в курсе, могут непосредственно использоваться при выполнении курсовых проектов по специальным дисциплинам, а также при дипломном проектировании.
Распределение часов учебных занятий по семестрам
Номер семестра
| Учебные занятия |
Форма итоговой аттестации (зачет, экзамен)
|
Количество часов в неделю
|
Общий объем
| Аудиторные |
СРС
|
Лекции
|
Практические
|
Лабораторные
|
Всего
|
Лекции
|
Практические
|
Лабораторные
|
7
ОФО
|
60
|
34
|
17
|
17
|
-
|
26
|
зачет
|
1
|
1
|
-
|
7
ЗФО
|
60
|
12
|
8
|
4
|
-
|
48
|
зачет
|
-
|
-
|
-
|
8
ОФО
|
90
|
51
|
34
|
17
|
-
|
39
|
экзамен
|
2
|
1
|
-
|
8
ЗФО
|
90
|
8
|
4
|
4
|
-
|
82
|
экзамен
|
-
|
-
|
-
|
• Количество часов на внеаудиторную самостоятельную работу рассчитывается исходя из лимита времени, предусмотренного учебным планом.
Содержание дисциплины
Наименование тем, их содержание, объем в часах лекционных занятий
Порядковый номер лекции
|
Раздел, тема учебного курса, содержание лекции
|
Кол-во часов
ОФО
|
Кол-во часов
ЗФО
|
1
|
СЕДЬМОЙ СЕМЕСТР
Рабочие процессы и характеристики ДВС
Тема 1. Введение.
Основные задачи курса. Краткая история создания и развития поршневых и комбинированных двигателей. Классификация силовых энергетических установок.
|
1
|
2
|
2
|
Тема 2. Действительные циклы и показатели действительных циклов транспортных двигателей.
Термодинамические и действительные циклы транспортных двигателей. Циклы двухтактных и четырехтактных ДВС; действительные циклы ДВС с зажиганием от искры, цикл дизеля, понятие о цикле газодизеля. Характеристики действительных циклов. Индикаторные диаграммы.
|
2
|
2
|
3.
|
Тема 3. Рабочие тела и их свойства.
Топлива, применяемые в ДВС. Коэффициент избытка воздуха. Рабочие тела и их свойства.
Количество и состав горючей смеси и продуктов сгорания. Теплота сгорания топлива.
|
1
|
2
|
4
|
Тема 4. Процессы газообмена.
Периоды и условия протекания процессов газообмена в четырехтактных ДВС. Фазы газораспределения. Определение параметров рабочего тела в период газообмена. Очистка и наполнение цилиндра. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на эффективность наполнения. Особенности процессов газообмена при наддуве. Конструктивные факторы, влияющие на коэффициент наполнения. Влияние скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя на коэффициент наполнения. Особенности процессов газообмена в двухтактных ДВС. Коэффициент продувки, основные схемы продувки.
|
2
|
2
|
5
|
Тема 5. Процесс сжатия.
Цели осуществления процесса сжатия. Теплообмен в процессе сжатия, показатель политропы сжатия и его зависимость от конструктивных и режимных факторов, а также от технического состояния двигателя. Направленное движение заряда в процессе сжатия и факторы, обусловливающие величину степени сжатия. Термодинамический расчет параметров рабочего тела в конце сжатия и их значения для различных типов двигателей.
|
2
|
-
|
6
|
Тема 6. Смесеобразование в транспортных двигателях.
Основные требования к процессам смесеобразования при карбюрации. Распыливание топлива при карбюрации. Количественная и качественная неравномерность распределения смеси по цилиндрам. Особенности смесеобразования при впpыске легкого топлива. Особенности смесеобразования при работе на газообразном топливе. Особенности смесеобразования на различных режимах работы и техническом состоянии двигателя. Смесеобразование в дизелях. Особенности смесеобразования в дизелях.
|
2
|
-
|
7
|
Тема 7. Процессы воспламенения и сгорания в транспортных двигателях.
Воспламенение смеси и распространение фронта пламени в двигателях с искровым зажиганием. Фазы процесса сгорания и влияние основных конструктивных, эксплуатационных и режимных факторов на процесс сгорания топлива в двигателях с искровым зажиганием. Детонация и преждевременное воспламенение в двигателях с искровым зажиганием. Воспламенение и сгорание топлива в дизеле. Термодинамический расчет процесса сгорания.
|
2
|
-
|
8
|
Тема 8. Процесс расширения.
Теплообмен в процессе расширения. Показатель политропы расширения и влияние на его величину основных конструктивных и эксплуатационных и режимных факторов. Термодинамический расчет давления и температуры рабочего тела в конце расширения.
|
1
|
-
|
9
|
Тема 9. Показатели рабочего цикла и двигателя.
Индикаторные показатели цикла. Механические потери двигателя и их составляющие. Эффективные и оценочные показатели энергетических установок. Аналитические выражения для основных эффективных показателей двигателя и связь между ними. Влияние на эффективные показатели двигателя его технического состояния, эксплуатационных регулировок и режимов работы. Принципы выбора типа энергетических установок для транспортных и транспортно-технологических средств.
|
1
|
-
|
10
|
Тема 10. Механические потери двигателя.
Составляющие механических потерь. Потери на трение, их распределение по основным узлам двигателя. Потери на приведение в действие вспомогательных механизмов. Потери на процессы газообмена и привод компрессора. Механические потери в двигателях с наддувом. Влияние некоторых режимных факторов и технического состояния двигателя на механические потери.
|
1
|
-
|
11
|
Тема 11. Эффективные показатели двигателя.
Аналитические выражения эффективного крутящего момента, мощности и среднего давления. Аналитические выражения эффективного КПД и удельного расхода топлива. Влияние на эффективные показатели двигателя его технического состояния, эксплуатационных регулировок и режимов работы. Значения эффективных показателей. Литровая мощность двигателя. Анализ методов форсирования двигателей. Литровая и удельная массы двигателя. Мощностные, экономические и экологические показатели работы энергетических установок, причины их изменения. Значения оценочных показателей для современных автомобильных двигателей. Модернизация энергетических установок для применения альтернативных видов топлив.
|
2
|
-
|
12
|
ВОСЬМОЙ СЕМЕСТР
Тема 12. Тепловой баланс двигателя.
Составляющие внешнего теплового баланса. Количество и доля теплоты, воспринимаемой системой охлаждения; возможность улучшения показателей двигателя за счет ее уменьшения. Теплота, уносимая отработавшими газами; возможности ее утилизации.
|
1
|
1
|
13
|
Тема 13. Системы питания двигателей.
Общая схема системы питания. Классификация систем питания двигателей с искровым зажиганием.
Схема системы питания при распределенном впрыскивании топлива. Принцип дозирования топлива. Преимущества и недостатки центрального впрыскивания в цилиндр. Скоростная и нагрузочная (дроссельная) характеристика идеального карбюратора. Характеристика элементарного карбюратора. Главная система, система холостого хода и обогатительная система. Корректирование характеристик карбюратора при разгоне двигателя. Насосы - ускорители. Дополнительные системы карбюраторов.
Особенности работы многокамерных карбюраторов.
Применение впрыскивания бензина. Аппаратура для впрыскивания бензина с электронным управлением.
Топливоподача в газовых двигателях. Классификация топливной аппаратуры дизелей, общая схема топливной системы ее элементы и их функции. Топливные насосы высокого давления. Нагнетательные клапаны. Форсунки, их разновидности и характеристики.
Системы с насос-форсунками и насосами распределительного типа. Топливные системы аккумуляторного типа. Микропроцессорное управление подачей топлива.
|
4
|
2
|
14
|
Тема 14. Наддув ДВС.
Системы наддува. Их классификация и сравнительный анализ. Характеристики агрегатов наддува. Промежуточное охлаждение воздуха и его значение. Баланс мощности турбины и компрессора при газотурбинном наддуве. Методы регулирования систем наддува.
|
2
|
1
|
15
|
Тема 15. Автоматическое регулирование частоты вращения и электронная система управления двигателем.
Устойчивость режима работы двигателя. Одно-, двух- и всережимные регуляторы; их соответствие условиям эксплуатации различных автомобилей. Коэффициенты неравномерности и нечувствительности. Анализ статики регулирования.
Программные и локально-замкнутые системы управления (СУ). Комплексные системы управления автомобильными двигателями, влияние состояния двигателя и эксплуатационных условий на работу системы управления.
|
2
|
-
|
16
|
Тема 16. Регулировочные, скоростные и нагрузочные характеристики ДВС.
Режимы и характеристики работы установок в зависимости от условий эксплуатации. Внешняя и частичные скоростные характеристики двигателей с искровым зажиганием.
Скоростные и регуляторные характеристики дизеля. Нагрузочные характеристики двигателя с искровым зажиганием и дизеля. Регулировочные характеристики по углу опережения зажигания и по составу смеси. Регулировочная характеристика дизеля по углу опережения впрыскивания. Характеристика холостого хода. Краткие сведения о многопараметровых характеристиках.
|
2
|
-
|
17
|
Конструкция и расчет автомобильных двигателей.
Тема 17. Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма.
Типы КШМ, используемые в автомобильных двигателях. Путь, скорость и ускорение поршня в двигателях с центральным КШМ. Средняя скорость поршня. Связь кинематических параметров КШМ двигателя с долговечностью и износостойкостью его элементов. Классификация сил, действующих в системе КШМ. Газовые силы. Силы инерции. Эквивалентная схема КШМ. Определение параметров эквивалентной модели. Силы инерции масс, совершающих возвратно-поступательное и вращательное движение. Суммарные силы и моменты; их зависимость от угла поворота кривошипа. Определение нагрузок на шатунные и коренные шейки коленчатого вала многоцилиндрового двигателя. Полярные диаграммы нагрузок на коренные и шатунные шейки. Набегающие моменты. Суммарный крутящий момент многоцилиндрового двигателя. Методические основы анализа кинематики и динамики ПДВС с использованием ЭВМ.
|
4
|
-
|
18
|
Тема 18. Уравновешивание двигателя.
Понятие уравновешенности двигателя. Факторы, вызывавшие неуравновешенность одноцилиндрового и многоцилиндрового ДВС. Общие условия уравновешенности и задачи уравновешивания. Уравновешивание валов многоцилиндровых двигателей. Назначение и принципы размещения противовесов. Принцип и анализ уравновешенности рядных и У-образных двигателей (на примере 4-хцилиндрового 4-хтактного рядного двигателя и 8-цилиндрового У-образного с углом развала цилиндров 90°С). Сведения об уравновешенности 6-тицилиндровых рядных 4-хтактных двигателей, а также 4-х, 6-ти и 12-цилиндровых У-образных 4-хтактных двигателей. Коэффициент неравномерности крутящего момента. Неравномерность хода двигателя; ее оценка. Подбор маховика автомобильного и тракторного двигателей.
|
4
|
-
|
19
|
Тема 19. Общие методы расчета двигателей.
Конструкция и расчет деталей и систем; компоновочные схемы. Силовые и термические нагрузки на детали. Методы расчета элементов двигателей. Знакопеременная нагрузка. Определение запасов прочности. Расчетные режимы работы двигателей. Методы оценки динамической и тепловой напряженности элементов двс.
|
2
|
-
|
20
|
Тема 20. Корпусные элементы автомобильных двигателей.
Компоновочные схемы корпусов автомобильных двигателей. Силовые схемы корпусов автомобильных двигателей с различным способом охлаждения. Краткие сведения по материалам и технологии изготовления корпусов ДВС. Требования к конструкции корпусов ДВС. Организация охлаждения блока и головки цилиндров.
|
2
|
-
|
21
|
Тема 21. Поршневая группа
Условия работы и требования, предъявляемые к деталям поршневой группы. Поршни, их конструктивные формы и применяемые материалы. Поршневые кольца. Условия работы и требования к конструкции компрессионных и маслосъемных колец. Поршневой палец. Классификация конструкции поршневых пальцев по способу сочленения с головкой шатуна. Организация смазки пальца. Определение необходимых температурных и монтажных зазоров в элементах поршневой группы.
|
2
|
-
|
22
|
Тема 22. Шатунная группа.
Шатуны однорядных и У-образных двигателей. Условия работы и требования, предъявляемые к ним. Расчет отдельных элементов шатуна и шатунных болтов. Зазоры в сочленениях поршневой и кривошипной головок шатуна.
|
2
|
-
|
23
|
Тема 23. Группа коленчатого вала.
Коленчатые валы и их элементы; условия работы и основные требования, предъявляемые к ним. Составные валы. Кованые и литые валы. Применяемые материалы. Расчет коленчатого вала. Причины возникновения крутильных колебаний валов. Эквивалентные схемы. Методы уменьшения крутильных колебаний.
|
2
|
-
|
24
|
Тема 24. Механизм газораспределения.
Классификация механизмов газораспределения. Клапанные механизмы и их элементы. Клапаны, их типы, число и размещение, конструктивные формы. Кулачковые валы и их размещение. Конструкция кулачковых валов. Классификация приводов к клапанам от кулачкового вала. Системы управления фазами газораспределения и величиной открытия клапанов. Проектирование кулачков. Зазоры в клапанном механизме. Клапанные пружины.
|
2
|
-
|
25
|
Тема 25. Системы двигателей.
Требования к энергетическим установкам и их системам с учетом условий эксплуатации. Смазочная система двигателя. Назначение и основные типы смазочных систем автомобильных двигателей. Элементы смазочных систем и их конструктивные разновидности. Определение размеров масляного насоса. Масляные фильтры. Система охлаждения. Классификация систем охлаждения. Общие требования к конструкции системы охлаждения автомобильных двигателей. Термостаты, вентиляторы.
Системы газообмена. Конструкция и материалы основных элементов систем. Системы с управляемыми фазами газораспределения и законами подъема клапана.
Системы пуска двигателя. Момент сопротивления прокручиванию двигателя; расчет мощности пускового устройства.
|
3
|
-
|
Итого
|
|
51
|
12
|
3.2. Практические (семинарские) занятия
Номер занятия
|
Наименование темы практического занятия
|
Раздел, тема дисциплины
|
Объем часов
ОФО
|
Объем часов
ЗФО
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
1.
|
СЕДЬМОЙ СЕМЕСТР
Действительные циклы и показатели действительных циклов транспортных двигателей.
|
Тема 2.
|
2
|
2
|
2.
|
Количество и состав горючей смеси и продуктов сгорания. Теплота сгорания топлива.
|
Тема 3.
|
2
|
2
|
3.
|
Влияние скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя на коэффициент наполнения.
|
Тема 4.
|
2
|
-
|
4.
|
Термодинамический расчет параметров рабочего тела в конце сжатия и их значения для различных типов двигателей.
|
Тема 5.
|
2
|
-
|
5.
|
Особенности смесеобразования на различных режимах работы и техническом состоянии двигателя.
|
Тема 6.
|
2
|
-
|
6.
|
Термодинамический расчет процесса сгорания.
|
Тема 7.
|
2
|
-
|
7.
|
Термодинамический расчет давления и температуры рабочего тела в конце расширения.
|
Тема 8.
|
2
|
-
|
8.
|
Значения оценочных показателей для современных автомобильных двигателей.
|
Тема 11.
|
3
|
-
|
9.
|
ВОСЬМОЙ СЕМЕСТР
Системы питания двигателей.
|
Тема 13.
|
2
|
2
|
10.
|
Методы регулирования систем наддува.
|
Тема 14.
|
2
|
2
|
11.
|
Комплексные системы управления автомобильными двигателями.
|
Тема 15.
|
2
|
-
|
12.
|
Методические основы анализа кинематики и динамики ПДВС с использованием ЭВМ.
|
Тема 17.
|
2
|
-
|
13.
|
Подбор маховика автомобильного и тракторного двигателей.
|
Тема 18.
|
2
|
-
|
14.
|
Методы оценки динамической и тепловой напряженности элементов ДВС.
|
Тема 19.
|
2
|
-
|
15.
|
Компоновочные схемы корпусов автомобильных двигателей.
|
Тема 20.
|
1
|
-
|
16.
|
Определение необходимых температурных и монтажных зазоров в элементах поршневой группы.
|
Тема 21.
|
1
|
-
|
17.
|
Клапанные механизмы и их элементы.
|
Тема 24.
|
2
|
-
|
18.
|
Расчет мощности пускового устройства.
|
Тема 25.
|
1
|
-
|
Итого
|
|
|
34
|
8
| |
