Национальный исследовательский университет техники
и технологий
«Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана»
(МГТУ им. Н. Э. Баумана)
УТВЕРЖДАЮ
Первый проректор —
проректор по учебной работе
МГТУ им. Н.Э. Баумана _ Е.Г. Юдин «_» «_» 2010 г.
Рабочая программа дисциплины
"СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ БЫСТРОХОДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ"
Наименование магистерской программы Моделирование и исследование рабочих процессов и элементов конструкции быстроходных дизелей направление подготовки 140500 – Энергомашиностроение Квалификация (степень) выпускника Магистр Москва, Э Системы питания дизелей Программа составлена на основании Основной образовательной программы высшего профессионального образования по направлению подготовки 140500 – Энергомашиностроение, профилю подготовки Двигатели внутреннего сгорания - Магистерской программы – «Моделирование и исследование рабочих процессов и элементов конструкции быстроходных дизелей».1. Цели и задачи дисциплин Целями освоения дисциплины являются:
Формирование и развитие профессиональных компетенций, позволяющих выпускнику успешно проектировать новые и адаптировать современные системы топливоподачи в целях создания высокоэкологичных и конкурентоспособных транспортных дизелей.
Задачами дисциплины является:
- Изучение конструкции традиционных и альтернативных систем питания двигателей и протекающих в них процессов - Овладение способами организации топливоподачи двигателей наземного транспорта и согласования с требованиями рабочего процесса - Овладение методами расчета и оптимизации систем питания двигателей наземного транспорта.
2. Место дисциплины в структуре магистерской программы Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла (М2) ОПП и читается на 2-м и 3-м семестрах магистерской подготовки.
Изучение данной дисциплины базируется на знаниях из дисциплин (их разделов) бакалавриата и магистерской подготовки: Интегралы и дифференциальные уравнения; Уравнения математической физики; Физика; Механика жидкости и газа; Электротехника и электроника; Метрология, стандартизация и взаимозаменяемость; Теория механизмов и машин; Материаловедение и технология конструкционных материалов; Теория поршневых и комбинированных двигателей; Управление в технических системах; Основы научных исследований и испытаний двигателей; Специальные главы теории двигателей наземного транспорта; Силовые установки с двигателями наземного транспорта.
Обучающийся должен обладать следующими знаниями и умениями:
знать устройство, принципы проектирование двигателей и других машин, организацию и особенности рабочих процессов в них, уметь создавать собственные математические модели, алгоритмы, программы и пользоваться суще- существующими профессиональными программными средствами, понимать логику развития отрасли и знать предъявляемые к Э Системы питания дизелей современным двигателям требования, формировать требования к системам питания со стороны рабочего процесса дизеля.
После освоения данной дисциплины студент подготовлен для выполнения:
- Курсовой работы по Системам питания двигателей;
- Выпускной квалификационной работы.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины Системы питания быстроходных дизелей.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:
- конструкции систем питания непосредственного действия и аккумуляторного типа с электронным управлением автотракторных двигателей;
- способы организации топливоподачи двигателей;
- методы расчета быстропротекающих процессов подачи топлив в дизелях.
Уметь:
- выбрать тип системы питания для конкретного высокооборотного двигателя;
- решать вопросы увязывания способов организации смесеобразования и сгорания с организацией топливоподачи;
- провести расчет нестационарного процесса топливоподачи и оптимизацию системы питания.
Владеть:
гидродинамическим расчетом процесса подачи топлив, навыками работы с программным комплексом “Впрыск”, навыками проектирования топливных систем под требования к экологическим и иным требованиям к дизелю, оптимизации системы питания;
навыками проектирования систем питания дизелей;
методиками и навыками обращения с испытательным оборудованием.
4. Структура и содержание дисциплины Системы питания быстроходных дизелей.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 9 зачетных единиц, 264 часов.
Основные понятия и состав тоопрос пливных систем Топливные насосы высокого давления систем непосредственного впрыскивания Форсунки дизелей Аккумуляторные топливные системы с электронным управлением Аттестация Рабочие процессы в топливных Математические модели для расчетов процесса подачи топлива Топливные системы и решение экологических задач Заключение Курсовая работа Аттестация по теоретическому курсу по курсовой работе Введение. Основные понятия и определения. Влияние процесса топливоподачи на энергетические и экологические показатели двигателей.
Основные поня- Функции топливных систем и требования, предъявляемые к ним. Паратия и состав топ- метры подачи топлива. Классификация топливных систем. Состав, устливных систем ройство и расчет линии низкого давления.
Топливные насо- Конструкция топливных насосов высокого давления двигателей наземсы высокого дав- ного транспорта.
ления систем не- Конструирование и технология производства плунжерных пар, нагнетапосредственного тельных клапанов, деталей привода.
впрыскивания. ТНВД нового поколения для давлений впрыскивания до 200 МПа.
ТНВД распределительного типа. Проектирование и расчет ТНВД и его Привод ТНВД и компоновка топливных систем в автотракторных транспортных средствах. Системы многотопливных дизелей. Динамические свойства топливной аппаратуры.
Форсунки дизелей Виды форсунок и их статические гидравлические характеристики, Конструкции и расчет дизельных форсунок и распылителей.
Способы запирания форсунок. Проектирование и расчет форсунок. Особенности технологии их изготовления. Насос-форсунки.
Топливные системы специальных схем и конструкций для двигателей наземного транспорта. Усовершенствованные системы: с гидроимпульсным запиранием, гидроударные, с регулированием начального Аккумуляторные Состав, функционирование и поэлементное описание топливных систем топливные систе- типа Common Rail. Расчет элементов. Работа на неустановившихся ремы с электронным жимах.
управлением Типы, устройство, проектирование ТНВД аккумуляторных систем.
Электрогидравлические форсунки аккумуляторных систем. Схемы, конструкции. Форсунки с обратными гидромеханическими связями.
Управляющие органы электрогидравлических форсунок: конструкции, схемы, электроприводы, способы управления их работой.
Оптимизация ЭГФ. Критерии совершенства электрогидравлических форсунок. Системы с мультипликаторами давления: свойства, схемы, Рабочие процессы Физические явления, сопровождающие процесс топливоподачи. Сжив топливных сис- маемость топлива, податливость механических элементов, волновые явтемах ления в трубопроводах, разрывы сплошности, вязкость топлива и утечки, трение и износ прецизионных элементов.
Математические Модель процесса как краевая задача. Модель нестационарного движемодели для расче- ния вязкой сжимаемой жидкости по трубопроводам. Аналитическое и тов процесса по- численные решения.
дачи топлива Уравнения граничных условий для описания процессов в ТНВД, форсунке.
Расчет кулачкового привода и сопряженная задача с учетом крутильных Учет наличия остаточных объемов в линии высокого давления. Интегрирование уравнений граничных условий. Алгоритм расчета на ЭВМ.
Программный комплекс Впрыск. Оптимизация топливных систем. Рекомендации к курсовой работе (проекту).
Топливные систе- Решение оптимизационных задач рабочих процессов в цилиндре и топмы и решение ливной аппаратуре по заданным требованиям к показателям дизеля и экологических за- экологическим нормативам.
дач Взаимодействие систем питания с системами нейтрализации отработавших газов. SCR и DENOX технологии.
Заключение Перспективы развития топливных систем и разработка прогрессивных 5. Образовательные технологии В процессе изучения дисциплины на протяжении двух семестров обучающиеся используют активные и интерактивные форм проведения занятий.
Так, обучающиеся осваивают методы компьютерного моделирования реальных задач проектирования топливных систем по технологической цепочке моделирования, включающей в себя:
- знакомство с литературными источниками, материалами конференций, патентным фондом Роспатента с использованием не только бумажных носителей, но компьютерных технологий;
- с помощью этих источников студенты готовят презентации рефератов и выступают с докладами и учебными лекциями на семинарах;
- тренинг по решению задач оптимизации двигателей в целях формирования требований к вновь создаваемой или адаптируемой топливоподающей аппаратуре с помощью интернетресурса http://diesel-rk.bmstu.ru/ (разработка мирового уровня сотрудников кафедры Э-2 МГТУ);
- тренинг по решению оптимизационных и проектировочных задач по системам топливоподачи, имеющий целью подготовить студентов к выполнению курсовой работы и ВКР с помощью интернет-ресурса http://energy.power.bmstu.ru/e02/inject/i00rus.htm (разработка мирового уровня сотрудников кафедры Э-2 МГТУ);
- тренинг по решению задач создания программ оптимального управления работой дизеля с заданными экологическими показателями с помощью интернет-ресурса http://dieselrk.bmstu.ru/ и http://energy.power.bmstu.ru/e02/inject/i00rus.htm;
- знакомство с разработками кафедры в области топливных систем с использованием интернет-ресурса http://energy.power.bmstu.ru/e02/p00rus.htm ;
- использование обучающих программ фирмы R.Bosch: Common Rail; RadiaikolbenVerteilerpump VP-44; Unit Injector und Unit Pump System.
- участие в обновлении страниц этого ресурса, посвященных топливным системам;
Интерактивные формы проведения занятий:
- презентации по новейшим разработкам в области топливных систем (5 шт.);
- мастер-класс ведущего специалиста отрасли;
- коллективные консультации в компьютерном классе;
- компьютерные симуляции типовых решений, применяемых при решении задач создания систем с электронным управлением;
- экскурсия на профильное предприятие.
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Для оценки качества обучения студентов используются различные формы:
- промежуточный контроль, коллоквиум;
- контрольные вопросы при проведении аудиторных занятий;
- рефераты и краткие выступления студентов на семинарских занятиях;
- подготовка докладов к студенческой научно-технической конференции;
- курсовая работа;
- зачет;
- экзамен.
6.1. Примеры вопросов для подготовки к промежуточному контролю.
Остаточное и начальное давления в топливной системе дизеля; их рациональная величина;
Влияние податливости привода ТНВД, полостей и нагнетательного трубопровода на процесс подачи топлива в дизелях.
Крутильные колебания в приводе ТНВД и влияние на процесс подачи.
Исполнительные механизмы систем впрыскивания.
Первичные преобразователи (датчики) в системах впрыскивания.
Опции систем управления в современных системах впрыскивания.
6.2. Курсовая работа по дисциплине Системы питания дизелей.
Курсовая работа выполняется на 11-м семестре в течение 16 недель.
Целью выполнения курсовой работы является развитие навыков творческого решения научно-исследовательских и опытно-конструкторских задач, закрепление знаний по дисциплине Системы питания двигателей наземного транспорта, знакомство с современным состоянием и актуальными проблемами отрасли.
Курсовая работа предполагает реализацию полученных знаний в выборе эффективных конструктивных решений, их отработку (оптимизацию) на математических моделях, проведение необходимых расчетов, подготовку конструкторской документации на созданный образец аппаратуры. В качестве объекта проектирования могут выступать дизельная или газовая аппаратура, карбюраторы, аппаратура впрыска бензина во впускную систему или цилиндр. Создание ТПА ориентировано на тре- требования рабочего процесса, а требования к создаваемой аппаратуре формируются путем оптимизации рабочего процесса двигателя.
При выполнении работы используется программные комплексы “Дизель-РК” и “Впрыск”.
Они разработаны сотрудниками МГТУ им Н.Э.Баумана и являются лучшими специальными программными продуктами в России и мире.
Задание на курсовую работу индивидуально, но допустимо работа нескольких студентов на одной информационной базе при проектировании ТПА различных схем, параметров и т.д.
Задание включает в себя марку серийного дизеля или набор исходных данных для расчета рабочего процесса ДВC. Как правило, ставится дополнительная задача по совершенствованию или изменению дизеля и ТПА или изменению их основных показателей. Возможно указание с помощью каких мер предполагается обеспечить эти показатели. При определении схемы топливной системы принимается во внимание возможность исследования ТПА традиционной и нетрадиционной структуры, с плунжерными (поршневыми) ТНВД: рядными, индивидуальными, распределительными, с приводом от кулачков, эксцентриков, гидравлическим или иным приводом, с различными известными способами регулирования, насосами, с форсунками различных типов, в том числе электромеханических и электрогидравлических, ТПА с применением различных топлив и их смесей, при изменяемой температуре, на установившихся и переходных режимах, с сопряженным расчетом привода насоса. В процессе расчетного исследования планируется использование однофакторного, двухфакторного эксперимента или аппарата оптимизации.
Готовая курсовая работа содержит отчет: расчетно-пояснительную записку и, как правило, общий вид агрегата, необходимые гидравлические, электрические, логические схемы.
Примеры тем курсовых работ по дисциплине Системы питания дизелей Спроектировать и исследовать топливную систему непосредственного действия с электроклапанным управлением для дизеля семейства ЗМЗ-514 с параметрами: Ne=100 кВт, i=4, geном=250 г/кВт.ч, n=4200 мин-1 (экологический класс 4).
Топливоподающая аппаратура с электронным управлением для непосредственного действия автомобильного дизеля: Ne=225 кВт, i=4, geном=235 г/кВт.ч, n=4000 мин-1. Расчет и оптимизация пьезопривода клапана.
Топливная система аккумулярного типа с электронным управлением и мультипликацией давления для V-образного дизеля для промышленного трактора Ne=380 кВт, i=12, geном=200 г/кВт.ч, n=1500 мин-1, D/S=150/180 мм. Оптимизация законов управления.
6.3. Примеры вопросов для подготовки к зачету по дисциплине Системы питания дизелей Понятие о волновом процессе в нагнетательном трубопроводе и подходы к математическому описанию.
Влияние сжимаемости и вязкости топлива на процесс подачи в дизелях.
SCR-технология (подача мочевины): принципы, состав системы, возможности.
Разрывы сплошности в линии высокого давления и их влияние на процесс подачи в дизелях.
Учет наличия остаточных объемов в гидродинамическом методе расчета. Способы задания остаточного давления и остаточного объема.
Исходные уравнения, положенные в основу гидродинамического метода расчета. Физические явления в топливоподающей аппаратуре, учитываемые в гидродинамическом методе.
Сжимаемость топлива: ее количественная мера, зависимость от параметров среды;
способы учета в методах расчета процесса подачи.
Процедура расчета подачи в гидродинамическом методе расчета.
6.4. Примеры тем рефератов и докладов студентов.
Способы и оборудование для диагностирование неисправностей в системах с электронными управления;
Организация работы дизелей на диметиловом эфире;
Организация управления работой электроуправляемых клапанов топливных систем дизелей;
Подготовка данных к оптимизации дизелей по критериям токсичности отработавших газов при работе по испытательным циклам.
6.5. Примеры экзаменационных билетов.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ N 4.
1. Влияние работы топливоподающей аппаратуры дизеля на его экономические и экологические показатели.2. Разрывы сплошности в линии высокого давления и их влияние на процесс подачи в дизелях.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ N 5.
1. Остаточное и начальное давления в топливной системе дизеля; их рациональная величи на; конструктивные мероприятия по обеспечению этих давлений.2. Проектирование форсунок дизелей.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ N 9.
1. Особенности конструкции ТНВД, обеспечивающих впрыскивание под повышенным давлением.2. Закоксовывание внутренних и внешних поверхностей распылителей и способы уменьшения закоксовывания. Способы обеспечения необходимых тепловых условий работы распылителей.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ N 11.
1. Подвпрыскивание: причины возникновения, способы предотвращения.2. Вывод уравнений и вид статической гидравлической характеристики нормальной закрытой форсунки, влияние упора, неустойчивые режимы работы форсунок.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Системы питания дизелей.
а) основная литература:
1. Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: Учебник для вузов. - М.: Изд-во Легион-Автодата, 2005. - 344 с.
2. Марков В.А., Гайворонский А.И., Грехов Л.В., Иващенко Н.А. Работа дизелей на нетрадиционных топливах: Учебное пособие. - М.: Изд-во Легион-Автодата, 2008. - 644 с.
3. Габитов И.И., Грехов Л.В., Неговора А.В. Техническое обслуживание и диагностика топливной аппаратуры автотракторных дизелей: Учебное пособие. – Уфа: Изд-во БГАУ, 2008. – 240 с.
4. Иващенко Н.А., Вагнер В.А., Грехов Л.В. Моделирование процессов топливоподачи и проектирование топливной аппаратуры дизелей. – Барнаул-М.: Изд-во АлтГТУ им.
И.И.Ползунова, 2002. – 166 с.
5. Системы управления дизельными двигателями. Перевод с нем. Первое русское издание. – М.: ЗАО “КЖИ “За рулем”, 2004. – 480 с.
б) дополнительная литература:
6. Гайворонский А.И., Марков В.А., Илатовский Ю.В. Использование природного газа и других альтернативных топлив в дизельных двигателях. – М.: ООО “ИРЦ Газпром”, 2007. – 7. Кулешов А.С., Грехов Л.В. Математиче- Математическое моделирование и компьютерная оптимизация топливоподачи и рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания. - М.: Изд-во МГТУ, 2000. - 64 с.
8. Грехов Л.В. Пособие к курсовому проектированию "Топливоподающая аппаратура двигателей внутреннего сгорания". - М.: МГТУ, 9. Грехов Л.В. Топливная аппаратура дизелей с электронным управлением и двигателей с непосредственным впрыском бензина: Учебно-практическое пособие. - М.: ЛегионАвтодата, 2001. – 175 с.
10. Иващенко Н.А., Вагнер В.А., Грехов Л.В. Дизельные топливные системы с электронным управлением: Учебное пособие. Барнаул - М.: Изд-во АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 2000. – 111 с.
12. Грехов Л.В. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине Топливоподающая аппаратура двигателей наземного транспорта. - М.: МГТУ, 1986.-14с.
13. Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей:
Учебник / С.И.Ефимов, Н.А.Иващенко, В.И.Ивин и др.: Под общ. ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 456 с.
14. Грехов Л.В. Топливная аппаратура дизелей с электронным управлением: Учебнопрактическое пособие. М.: Легион-Автодата, 2005. – 176 с.
15. Фомин Ю.Я. и др. Топливная аппаратура дизелей: Справочник - М.: Машиностроение, 1988. – 168 с.
16. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Справочник. – Л-М: Машиностроению, 1990. – 352 с.
17. Марков В.А., Баширов Р.М., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. М.: Издательство МГТУ, 2002. – 376 с.
18. Пинский Ф.И., Давтян Р.И., Черняк Б.Я. Микропроцессорные системы управления автомобильными двигателями внутреннего сгорания: Учебное пособие. М.: Легион-Автодата, 2002. – 136 с.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
1. Многостраничный сайт кафедры: http://energy.power.bmstu.ru/e02/p00rus.htm 2. Программный комплекс для расчета и оптимизации топливоподающей аппаратуры “Впрыск”, http://energy.power.bmstu.ru/e02/inject/i00rus.htm.
«