WM Karta (sylabus) przedmiotu Mechanika i Budowa Maszyn Studia I stopnia o profilu: A P Przedmiot: Silniki spalinowe Kod przedmiotu Status przedmiotu: obowiązkowy MBM N 0 5 58-_0 Język wykładowy: polski Rok: I Semestr: 5 Nazwa specjalności: Rodzaj zajęć i liczba godzin: Studia stacjonarne Studia niestacjonarne Wykład 8 Ćwiczenia 9 Laboratorium 9 Projekt Liczba punktów ECTS: 5 C C C3 Cel przedmiotu 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 Wiedza z zakresu podstaw konstrukcji maszyn elementy maszyn, normalia. Wiedza z zakresu termodynamiki podstawy termodynamiki, obiegi cieplne, wymiana ciepła. 3 Wiedza z zakresu metrologii techniki pomiarowe, analiza wyników, szacunek błędów. 4 Potrafi wykonywać badania eksperymentalne oraz opracowywać ich wyniki. 5 Umie pozyskiwać informacje z literatury. Efekty kształcenia W zakresie wiedzy: EK Zna podstawowe zależności pozwalające obliczać główne parametry spalinowego. EK Ma wiedzę z zakresu procesów termodynamicznych oraz mechaniki spalinowego. EK 3 Zna budowę głównych układów, podzespołów i elementów silników spalinowych. EK4 Ma wiedzę z zakresu metod wykonywania badań silników spalinowych. W zakresie umiejętności: EK5 Potrafi integrować informacje z literatury z wynikami eksperymentu. EK6 Umie wykonać obliczenia podstawowych wskaźników pracy i ocenić ich wyniki. EK7 Potrafi wykonać podstawowe pomiary dotyczące silników spalinowych. W zakresie kompetencji społecznych: EK8 Posiada umiejętność zespołowego wykonania zadań badawczych. EK9 Ma świadomość wpływu silników spalinowych na zdrowie człowieka i środowisko naturalne. W przedmiotu Forma zajęć wykłady 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
W W3 W4 W5 W6 W7 W8 W9 W0 W W W3 W4 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. Rzeczywisty wykres indykatorowy i podstawowe wskaźniki silników. Wykresy indykatorowe otwarte i zamknięte, silników dwu- i czterosuwowych. Parametry indykowane. Sprawności. Wskaźniki porównawcze. Kształtowanie charakterystyki napełnienia. Podstawy procesu spalania. Spalanie mieszanki homogenicznej w silniku o ZI. Spalanie kinetyczne i dyfuzyjne w ch 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 korbowotłokowego. Siły gazowe i bezwładności. Rozkład sił w układzie korbowo-tłokowym. Wyrównoważanie silników. Wymiana ładunku i rozrząd. Kołowy wykres faz rozrządu 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. 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. W5 Podstawy projektowania silników. Obliczanie wymiarów głów-
ĆW ĆW ĆW3 ĆW4 ĆW5 ĆW6 ĆW7 ĆW8 ĆW9 L L L3 L4 L5 L6 nych. Materiały konstrukcyjne stosowane w ch spalinowych. Forma zajęć ćwiczenia Zajęcia wprowadzające. Omówienie przebiegu ćwiczeń rachunkowych. Suma godzin: 8 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. Obliczanie sprawności teoretycznej, cieplnej i indykowanej na podstawie obiegu porównawczego. Jednostkowe zużycie paliwa, moc i moment jednostkowy. Kinematyka i dynamika układu korbowego spalinowego. Obliczanie położenia, prędkości i przyspieszenia tłoka w funkcji kąta obrotu wału korbowego. Obliczanie rozkładu sił działających w układzie korbowym. Obliczenia układu rozrządu 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. Suma godzin: 9 Forma zajęć laboratoria 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. 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 paliwowopowietrznej. Indykowanie. Indykowanie szybkoobrotowego trakcyjnego. Opracowanie graficzne wykresów indykatorowych. L7 Badania toksyczności spalin. Wykonanie pomiarów analizato-
L8 L9 rem SESAM FTIR. Opracowanie graficzne wyników. Bilans cieplny spalinowego. Wykonanie pomiarów składników bilansu zewnętrznego i sporządzenie odpowiednich charakterystyk. Zajęcia zaliczeniowe. Odrabianie zaległych ćwiczeń laboratoryjnych, poprawa ocen uzyskanych z kolokwiów wprowadzających, wystawienie ocen końcowych, wpisy do indeksu. Suma godzin: 9 Narzędzia dydaktyczne Wykład z prezentacją multimedialną Ćwiczenia audytoryjne: metoda projektów, rozwiązywanie zadań 3 Ćwiczenia laboratoryjne: wykonywanie pomiarów na stanowiskach badawczych Sposoby oceny Ocena formująca F Kolokwia przed kolejnymi ćwiczeniami laboratoryjnymi Ocena podsumowująca P Egzamin składający się z części pisemnej oraz ustnej wykłady P Ocena średnia z kolokwium (zadania) oraz samodzielnej pracy kontrolnej ćwiczenia P3 Ocena średnia z kolokwiów i sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych Forma aktywności Godziny kontaktowe z wykładowcą, realizowane w formie zajęć dydaktycznych łączna liczba godzin w semestrze Godziny kontaktowe z wykładowcą, realizowane Obciążenie pracą studenta Średnia liczba godzin na zrealizowanie aktywności w formie konsultacji i egzaminu Przygotowanie się do laboratorium 40 Przygotowanie się do zajęć 45 Suma 5 Sumaryczna liczba punktów ECTS dla przedmiotu Literatura podstawowa i uzupełniająca Literatura podstawowa: Wajand Jan A., Wajand Jan T.: Tłokowe silniki spalinowe, średnio- i szybkoobrotowe. WNT, Warszawa 005 Luft S.: Podstawy budowy silników. WKiŁ, Warszawa 003 3 Rychter T., Teodorczyk A.: Teoria silników tłokowych. WKiŁ, Warszawa 006 Niewczas A. (red.):laboratorium silników spalinowych. Wydawnictwa Uczelniane Politechniki 4 Lubelskiej, Lublin 996 Literatura uzupełniajaca: 5 Kneba Z., Makowski S.: Zasilanie i sterowanie silników. WKiŁ, Warszawa 004 Kozaczewski W.: Konstrukcja grupy tłokowo-cylindrowej silników spalinowych. WKiŁ Warszawa 6 004 Rokosch U.: Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samochodów. 7 WKiŁ, Warszawa 007 Jędrzejowski J.: Mechanika układów korbowych silników samochodowych. WKiŁ, Warszawa 8 986 9 Mysłowski J.: Doładowanie silników. WKiŁ, Warszawa 00 0 Majerczyk A., Taubert S.: Układy zasilania gazem propan-butan. WKiŁ, Warszawa 003 Macierz efektów kształcenia Efekt kształ- Odniesienie Cele przed- Treści progra- Narzędzia Sposób oceny 36 4 5
cenia EK EK danego efektu kształcenia do efektów zdefiniowanych dla całego programu (PEK) MBMA_W0++ MBMA_W0+ MBMA_W03+ MBMA_W6+++ MBMA_W04++ miotu mowe dydaktyczne C, C W-9,W4,W5, ĆW-9,L- L9 P, P C W-W7,ĆW-8 P EK 3 MBMA_W4+ C W,W8,W0-3,3 F, P MBMA_W08++ EK 4 MBMA_W04+ C,C3 W4,W4,3 F, P EK 5 MBMA_U0+++ C,C3 W4,W9,W4,L3-7,3 F, P3 EK 6 MBMA_U9+++ C ĆW-ĆW9 P EK 7 MBMA_U9+ C3 L-L9 3 P3 EK 8 MBMA_K03++ C3 L-L9 3 P3 EK 9 MBMA_K0+++ C,C3 W9,L7,3 P, P3 EK EK EK 3 EK 4 EK 5 EK 6 EK 7 EK 8 EK 9 Formy oceny szczegóły Na ocenę (ndst) Na ocenę 3 (dst) Na ocenę 4 (db) Na ocenę 5 (bdb) Nie zna podstawowych zależności parametrami Nie posiada wiedzy z zakresu termodynamiki i mechaniki Nie zna budowy Nie zna metod badań silników Nie potrafi łączyć informacji Nie umie obliczać wskaźników pracy Nie potrafi wykonać podstawowych pomiarów Nie potrafi współpracować Nie rozumie wpływu silników na zdrowie i środowisko naturalne człowieka Zna wybrane zależności parametrami Zna jedynie podstawowe pojęcia z zakresu termodynamiki i mechaniki Zna ogólną strukturę Zna podstawowe metody badań silników W stopniu podstawowym potrafi integrować informacje Potrafi obliczyć wybrane wskaźniki pracy Potrafi wykonać wybrane pomiary parametrów Bierne zachowanie w zespole badawczym Ma świadomość wpływu silników na zdrowie i środowisko naturalne człowieka lecz nie traktuje tego priorytetowo Zna podstawowe zależności parametrami i potrafi je zastosować Potrafi opisać procesy termodynamiczne i zasady mechaniki Zna budowę głównych układów Zna różnorodne metody badań silników Potrafi integrować informacje i prawidłowo je analizować Potrafi obliczyć podstawowe wskaźniki pracy Potrafi wykonać podstawowe pomiary parametrów Czynne zaangażowanie Ma pogłębioną świadomość wpływu silników na zdrowie i środowisko naturalne człowieka Zna podstawowe zależności parametrami, potrafi je zastosować i przeprowadzić analizę wyników Potrafi wyczerpująco opisać procesy termodynamiczne i zasady mechaniki Zna szczegółowo budowę głównych układów, podzespołów i elementów Zna różnorodne metody badań silników i sposoby ich realizacji Potrafi wyczerpująco integrować informacje z literatury i eksperymentu i prawidłowo je analizować Potrafi obliczyć podstawowe wskaźniki pracy i przeprowadzić ich analizę Potrafi wykonać pomiary różnorodnych parametrów wraz z ich wyczerpującą analizą Wyróżnia się aktywnością Ma pełną świadomość wpływu silników na zdrowie i środowisko naturalne człowieka i podejmuje działania zapobiegawcze. Autor programu: Adres e-mail: Jednostka organizacyjna: Osoba, osoby prowadzące: dr inż. Piotr Szczęsny p.szczesny@pollub.pl Instytut Transportu, Silników Spalinowych i Ekologii dr inż. Piotr Szczęsny, dr inż. Paweł Kordos, dr inż. Cezary Sarnowski, mgr inż. Rafał Wrona