Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(ВлГУ)

ПРОГРАММА

вступительного экзамена в аспирантуру

по специальности 05.04.02 - Тепловые двигатели Владимир 2012 Пояснительная записка Настоящая программа предназначена для поступающих в аспирантуру кафедры «Тепловые двигатели и энергетические установки»

по специальности 05.04.02 - Тепловые двигатели (шифр и наименование научной специальности) Программа составлена в соответствии с программой-минимум кандидатского экзамена по специальности 05.04.02, (шифр и наименование специальности) утвержденной приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 08.10.2007 г. № 274 «Об утверждении программ кандидатских экзаменов».

Введение Программа включает содержание профилирующих учебных дисциплин, входящих в Основную образовательную программу высшего профессионального образования, по которой осуществляется подготовка студентов, в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта.

Поступающий в аспирантуру должен продемонстрировать высокий уровень практического и теоретического владения материалом вузовского курса.

Обязательным предметом обсуждения на экзамене являются реферат или представленные соискателем публикации.

Содержание программы 1. Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей Термодинамические основы рабочих циклов двигателей внутреннего сгорания. Показатели термодинамических циклов. Методы термодинамического анализа (энергетического и эксергетического). Анализ циклов при различных ограничительных параметрах.

Рабочие тела и их свойства. Топлива и окислители. Реакции и продукты сгорания. Теплота сгорания горючих смесей. Альтернативные топлива.

Действительные циклы ДВС. Анализ влияния на показатели действительных циклов зависимости теплоемкости от температуры и состава рабочего тела, теплообмена между рабочим телом и поверхностями деталей двигателя, диссоциации газов, характера выгорания топлива, эксплуатационных факторов.

Особенности процессов газообмена при наддуве. Определение параметров газа в период газообмена. Методы анализа и математического описания процессов газообмена. Методы расчета органов газораспределения четырех- и двухтактных двигателей. Управление фазами газообмена. Влияние различных факторов на показатели газообмена.

Процесс сжатия. Теплообмен и тепловой баланс в процессе сжатия.

Величина показателя политропы сжатия. Процессы сжатия в камерах сгорания различных типов. Выбор степени сжатия.

Процессы смесеобразования и сгорания. Физико-химические основы образования горючих смесей, их воспламенения и горения. Методы организации процессов смесеобразования и сгорания в двигателях с различными схемами подачи топлива во впускной трубопровод и цилиндр.

Топливоподающая аппаратура (форсунки, топливорегулирующая аппаратура ДВС с впрыском бензина, карбюраторы, газосмесители, топливоподающая аппаратура дизелей). Перспективы организации рабочего процесса с большими значениями коэффициента избытка воздуха путем управляемого расслоения заряда в двигателях с исковым зажиганием. Процессы распыливания топлив. Газодинамика камер сгорания. Изменение состояния рабочего тела в период сгорания. Методы расчета параметров рабочего тела при сгорании. Характеристики тепловыделения и теплоиспользования.

Методы управления процессами воспламенения и горения.

Процессы расширения. Изменение состояния рабочего тела в период расширения.

Тепловой баланс и теплообмен в период расширения. Величина показателя политропы расширения.

Индикаторные показатели двигателей. Среднее индикаторное давление и индикаторная мощность. Индикаторный коэффициент полезного действия и удельный индикаторный расход топлива. Влияние различных факторов на индикаторные показатели. Перспективы улучшения показателей работы.

Особенности рабочих процессов компрессорных и расширительных машин комбинированного двигателя. Схемы и принципы работы комбинированных двигателей и перспективы развития. Особенности работы компрессора и газовой турбины (постоянного давления и импульсной) комбинированного двигателя. Характеристики компрессора и турбины и возможности их улучшения. Совместная работа газовой турбины и компрессора в составе свободного турбокомпрессора и его характеристика.

Согласование характеристик турбокомпрессора с характеристикой поршневого двигателя.

Механические (внутренние) потери в двигателях. Составляющие механических потерь в двигателях и способы их уменьшения.

Эффективные показатели работы двигателей. Механический КПД.

Эффективная мощность, эффективный КПД и удельный эффективный расход топлива. Показатели напряженности и пределы форсирования двигателя.

Анализ схем двигателей внутреннего сгорания и перспективы их развития.

Токсичность отработавших газов (ОГ).Токсичные компоненты и зависимость их эмиссии от режимных и конструктивных факторов. Пути уменьшения токсичности двигателей различных типов. Методы нейтрализации токсичности ОГ. Влияние вида применяемых топлив на токсичность отработавших газов. Оценка экологической безопасности двигателей в соответствии со стандартами ISO 14000.

Теплонапряженность деталей двигателя. Тепловой баланс. Теплообмен между рабочим телом и деталями двигателя. Влияние режимных и конструктивных факторов. Методы расчета тепловых потоков, температурных полей и напряжений в деталях. Методы снижения теплонапряженности и перспективы их дальнейшего совершенствования.

Режимы работы и характеристики поршневых двигателей. Скоростные, винтовые, нагрузочные, многопараметровые, регуляторные характеристики.

Регулировочные и другие характеристики. Устойчивость режима работы.

Принципы регулирования двигателей. Перспективы развития систем регулирования. Работа двигателей в особых условиях эксплуатации (при высоких и низких температурах окружающей среды, в горных условиях, при высоком противодавлении).

Особенности рабочих процессов при неустановившихся режимах.

Баланс мощности двигателя и потребителя. Особенности и показатели переходных процессов двигателей различных типов. Напряженность деталей.

Методы исследований и анализа переходных процессов и пути улучшения их протекания.

Методы расчета рабочего цикла двигателя. Выбор расчетных параметров. Моделирование и оптимизация рабочих процессов.

Рабочие процессы двигателей специальных типов. Роторно-поршневые двигатели; свободнопоршневые генераторы газа; свободнопоршневые дизелькомпрессоры; свайные дизель-молоты; трамбовки.

Методы экспериментальных исследований рабочих процессов двигателей. Классификация видов испытаний. Испытательные стенды и аппаратура для различных видов испытаний и исследований. Современные методы измерений отдельных параметров, использование высокочастотной киносъемки, тензометрических, пьезоэлектрических и магнитострикционных методов, голографии, лазерной техники, масс спектрометрии и рентгенографии. Принципы выбора методов измерения и приборов. Методика планирования экспериментов. Методика обработки экспериментальных данных и оценка точности и представительности результатов экспериментальных исследований. Использование вычислительной техники в экспериментальных исследованиях.

Классификация двигателей внутреннего сгорания и их основные показатели. Анализ конструктивных схем. Мощностные ряды. Основные этапы проектирования. Современные системы автоматизированного проектирования двигателей.

Расчетные режимы работы двигателей. Понятия о расчете деталей двигателей на прочность, жесткость и устойчивость. Численные методы расчетов. Учет влияния переменной нагрузки.

Материалы, применяемые в двигателестроении. Чугуны, стали, алюминиевые, медные и другие сплавы, пластические массы. Перспективы использования новых материалов, в том числе композитных.

Кинематика и динамика поршневых двигателей различных схем (с центральным и смещенным КШМ, с прицепным шатуном, с разным числом и расположением цилиндров). Силы давления газов и силы инерции. Силы и моменты в кривошипно-шатунном механизме. Векторные диаграммы сил, действующих на шейки коленчатого вала. Нагрузки при неустановившихся режимах. Внешняя и внутренняя неуравновешенность двигателей различных схем. Методы уравновешивания.

Корпусные детали (остов). Конструкции фундаментных рам, картеров, блоков, цилиндров, втулок (гильз) цилиндров, цилиндров двигателей воздушного охлаждения. Головки цилиндров. Профилирование впускных каналов в головках. Расчет на прочность корпусных деталей и их соединений.

Коленчатые валы. Конструктивные формы штампованных и литых валов. Расчеты на прочность: статический и с учетом влияния переменной нагрузки. Способы повышения прочности коленчатых валов.

Маховики. Конструкции. Определение размеров и расчет на прочность.

Шатуны. Конструкция стержня и головок шатунов и шатунных болтов.

Ползуны и стержни поршня крейцкопфных двигателей. Методы расчета.

Детали поршневой группы. Основные конструктивные формы поршней, поршневых пальцев и колец. Методы расчета. Профилирование поршней.

Механизмы газораспределения. Компоновка и детали клапанных механизмов. Профилирование кулачков. Силы, действующие в газораспределительном механизме. Расчет пружин и клапанов. Органы распределения двухтактных двигателей. Расчет сечений и конструктивные формы. Механизмы привода распределительных валов. Системы управления фазами газораспределения. Механизмы изменения фаз газораспределения.

Пневмогидравлический привод клапанов. Электромагнитный привод клапанов.

Подшипники скольжения и качения. Области применения. Конструкция и расчет. Основы гидродинамической теории смазки. Несущая способность.

Тепловой расчет. Расчет подшипников качения.

Крутильные и изгибные колебания валов. Методы расчета напряжений и резонансных частот. Методы демпфирования колебаний. Методы расчета критических частот вращения роторов турбомашин.

Конструирование двигателей. Принципы конструирования двигателей различного назначения. Анализ существующих конструкций и перспективы развития.

3. Системы поршневых и комбинированных двигателей Системы впуска и выпуска. Впускные и выпускные трубопроводы двигателей с наддувом и без наддува. Воздухоочистители. Охладители надувочного воздуха. Методы расчета и анализ конструкций. Моделирование течений газа в газовоздушном тракте двигателей. Настройка систем впуска и выпуска.

Агрегаты наддува. Конструктивные типы и ряды турбокомпрессоров.

Обменники давления и преобразователи импульса. Агрегаты двухступенчатого наддува и силовые турбины. Способы регулирования систем наддува.

Системы впрыскивания топлива во впускной трубопровод и цилиндры двигателей с искровым зажиганием. Карбюраторы, их характеристики и системы. Топливные баки, топливоподкачивающие насосы, фильтры, форсунки, измерители расхода воздуха. Ограничители частоты вращения.

Перспективы развития топливных систем двигателей с искровым зажиганием и электронным управлением топливоподачей.

Топливные системы дизелей. Конструкции впрыскивающих насосов, форсунок, фильтров и подкачивающих насосов. Процесс впрыскивания.

Характеристики форсунок. Влияние вязкости, сжимаемости топлива, дросселирования, инерционных и волновых явлений на процесс топливоподачи. Характеристики топливных систем. Определение основных размеров топливных насосов и форсунок. Методы расчета процессов топливоподачи. Перспективы развития систем и конструкций агрегатов топливоподачи дизелей. Электронное управление топливными системами.

Топливные системы аккумуляторного типа с электронным управлением.

Аккумуляторные топливные системы с электроуправляемыми форсунками, с гидроприводными электроуправляемыми насос-форсунками.

Топливные системы газовых двигателей. Системы и устройства для смесеобразования и ввода смеси в цилиндры (баллоны, испарители, редукторы, регуляторы давления, газосмесители, клапаны). Системы топливоподачи газожидкостных двигателей.

Автоматические регулирование двигателей. Двигатель как регулируемый объект. Уравнения статического равновесия. Факторы устойчивости режимов работы. Уравнение двигателя как регулируемого объекта. Переходные процессы и частотные характеристики. Классификация регуляторов частоты вращения; их статические характеристики; степень неравномерности и нечувствительности. Серводвигатели и их характеристики.

Структурные схемы автоматического регулирования. Устойчивость системы.

Критерии устойчивости. Качество работы системы регулирования.

Перспективы развития систем регулирования. Понятие о синтезе систем автоматического регулирования тепловых двигателей. Микропроцессорные системы регулирования.

Системы смазывания и охлаждения. Основные характеристики смазочных масел и охлаждающих жидкостей. Схемы и агрегаты систем (насосы, фильтры, трубопроводы, охладители и теплообменники). Методы расчета систем и агрегатов. Анализ и перспективы развития систем смазывания и охлаждения.

Системы пуска и реверсирования. Принципы пуска. Минимальная пусковая частота вращения. Динамика пуска. Стартеры. Пневматический пуск.

Устройства для облегчения пуска. Реверсирование двигателей. Системы управления. Перспективы развития.

Автоматизация двигателей. Схемы и элементы систем автоматизации управления. Системы комплексного управления двигателями с минимизацией задаваемых параметров по расходу топлива, токсичности отработавших газов и др. Дистанционное управление; автоматизация пуска, контроля и защиты двигателя. Перспективы развития автоматизированных установок.

Шум и вибрация. Источники шума и вибрации двигателей. Допустимые уровни. Способы уменьшения шума и вибраций (амортизаторы, демпфирующие покрытия и звукоизолирующие кожухи). Снижение шума от работающего процесса. Нормирование шума двигателей.

Жидкое топливо для двигателей с искровым зажиганием, основные эксплуатационные свойства. Октановое число. Присадки к бензинам.

Ассортимент бензинов.

Дизельное топливо, основные эксплуатационные свойства.

Воспламеняемость дизельных топлив. Цетановое число. Присадки к дизельным топливам, ассортимент топлив.

Виды газовых топлив. Применение сжатых и сжиженных топлив. Биогаз как топливо для двигателей. Водород как топливо. Генераторный газ.

Применение диметилового эфира в качестве топлива для дизелей.

Смазочные материалы для двигателей. Условия работы масла в двигателе.

Эксплуатационные свойства моторных масел. Присадки к моторным маслам.

Классификация моторных масел, ассортимент.

Трансмиссионные масла, основные эксплуатационные свойства. Присадки к трансмиссионным маслам, механизм действия присадок. Маркировка и ассортимент.

Пластичные смазочные материалы. Охлаждающие жидкости. Тормозные жидкости. Жидкости для гидравлических систем.

1. Луканин В.Н. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Под ред. В.Н.

Луканина. Кн. 1.

Теория рабочих процессов. М: Высшая школа, 1995 - 368 с. Кн.2.

Динамика и конструирование. - М: Высшая школа, 1995 - 319 с. Кн.З.

Компьютерный практикум. - М.:

Высшая школа, 1995 - 256 с.

2. Двигатели внутреннего сгорания. Под ред. А.С. Орлина и М.Г.

Круглова. Т. 1. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. М: Машиностроение, 1980- 288 с. Т.2. Теория поршневых и комбинированных двигателей. М: Машиностроение, 1983- 172 с. Т.З.

Конструирование и расчёт на прочность поршневых и комбинированных двигателей. М: Машиностроение, 1984- 334 с. Т.4. Системы поршневых и комбинированных двигателей. М: Машиностроение, 1985- 456 с.

3. Астахов И.В. и др. Топливные системы и экономичность дизелей. М:

Машиностроение, 1990-228 с.

4. Байков Б.П.Турбокомпрессоры для наддува дизелей: Справочное пособие. - Л:, Машиностроение, 1985 - 200 с.

5. Эфрос В.В., Панов В.В., Белов В.В. Двухтактные бензиновые двигатели внутреннего сгорания. Владимир, ВлГУ, 1998 - 260 с.

6. Эфрос В.В. и др. Дизели с воздушным охлаждением. М:

Машиностроение, 1976- 274 с.

7. Эфрос В.В., Панов В.В., Белов В.В. Охлаждение и смазывание двухтактных бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Владимир, ВлГУ, 1997-72 с.

8. Кондратов В.М. Двухтактные карбюраторные двигатели внутреннего сгорания. М: Машиностроение, 1990- 272 с.

9. Басуров В.М., Белов В.В. Системы автомобильных и тракторных двигателей. Практикум. Владимир, ВлГУ, 2001. - 68 с.

10. Драгомиров С.Г. Автоматическое электронное управление автомобильными двигателями. Текст лекций. Владимир, ВПИ, 1987. -64 с.

11. Крутов В.И. Автоматическое регулирование и управление ДВС. — М.:

Машиностроение, 1989. -416 с.

12. Черняк Б.Я., Васильев Г.В. Управление двигателем с помощью микропроцессорных систем: Учебное пособие. - М.: Изд - во МАДИ, 1987. - 13. Покровский Г.П. Электроника в системах подачи топлива автомобильных двигателей. М.: Машиностроение, 1990. -176 с.

14. Покровский Г.П., Белов Е.А.., Драгомиров С.Г. и др. Электронное управление автомобильными двигателями. М.: Машиностроение, 1994. -336 с.

15. Гаврилов А.А. Методические указания к расчёту процесса газообмена четырёхтактных карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. Владимир, ВлГУ, 1998-56 с.

16. Гаврилов А.А., Абаляев А.Ю. Расчёт газодинамических параметров турбокомпрессора для наддува поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Уч. пособие. Владимир, ВлГУ, 2001 -60 с.

17. Дизели: Справочник /Под ред. В.А. Ваншейдта, Н.Н. Иванченко, JI.K.

Коллерова. - 3-е изд. перераб. и доп. Д.: Машиностроение, 1977.

18. Попык К.Г. Динамика автомобильных и тракторных двигателей. М.:

Высшая школа, 1972. - 327 с.

19. Чистяков В.К. Расчёт на ЭВМ изгибных, крутильных и продольных колебаний коленчатых валов ДВС: Учебное пособие - М МВТУ, 1985.

20. Юрц А.Э. Конструирование механизмов газораспределения двигателей внутреннего сгорания. Текст лекций. Владимир, ВлГУ, 2001. -40 с.

21. Гуреев А.А., Фукс И.Г., Лашхи В.Л. Химмотология - М:Химия, 1986.

22. Покровский Г.П. Топливо, смазочные материалы и охлаждающие жидкости-М: Машиностроение, 1985.

23. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости / Под ред.

Школьникова В.М. - М: Химия, 1989.

24. Нефтепродукты. Сборник ГОСТ. М.: Изд. Стандартов, 1977.

25. Чайнов Н.Д., Иващенко Н.А. Расчет теплового и напряженнодеформированного состояния деталей ДВС на ЭВМ: Учебное пособие по курсу "Конструкция и расчет поршневых и комбинированных ДВС". - М.:

МВТУ, 1982.

26. Чайнов Н.Д., Краснокутский А.Н., Карпов А.В. Расчет нагрузок в элесентах кривошипно-шатунного механизма: Учебное пособие.- М.: МГТУ, 2000.

27. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания: Учебник. М.: Высшая школа, 1975. -320 с.

28. Лабораторный практикум по испытаниям двигателей внутреннего сгорания / Гаврилов А.А., Гладышев А.В., Горнушкин Ю.Г. и др. Под ред.

Горнушкина Ю.Г. - Владимир: Изд-во ВлГУ, 1999. - 160 с.

29. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений:

Учебное пособие. - М., Наука, 1980.

30. Математическая теория планирования эксперимента. Ред. Ермакова С.М.-М.: Наука, 1983.-392 с.

31. Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленного эксперимента, М.: Металлургия, 1974.

32. Веников В.А. Теория подобия и моделирование: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1976, 480 с.

33. Горбунов В.В,, Патрахальцев Н.Н. Токсичность двигателей внутреннего сгорания: Учебное пособие. - М.: Изд-во РУДН, 1998. - 214 с.

34. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие. — Владимир: Изд-во ВлГУ, 2000. — 256 с.

35. Морозов К.А. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей.

М.: МАДИ (ТУ), 1997-87 с.

36. ГОСТ 14846-81. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 54 с.

37. ГОСТ 185 09 - 88. Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 70 с.

38. Дмитриевский А.В., Каменев В.Ф. Карбюраторы автомобильных двигателей М.: Машиностроение, 1990.-224 с.

39. Газобаллонные автомобили / Морев А.И., Ерохин В.И., Бекетов Б.А. и др.- М.: Транспорт, 1992.-175 с.

40. Иващенко Н.А., Вагнер В.А., Грехов Л.В. Дизельные топливные системы с электронным управлением. Учебно-практическое пособие. Барнаул: Изд-ов АлГТУ, 2000. - 111 с.

41. Голубков Л.Н., Савастенко А.А., Эмиль М.В. Топливные насосы высокого давления распределительного типа: Учебно-практическое пособие. М.: Легион, 2000.-172 с.

42. Топливные системы и экономичность дизелей /Астахов И.В., Голубков Л.Н., Трусов В.И.и др.-М.: Машиностроение, 1990. -288 с.

43. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей.

Справочник. М.: "Машиностроение", 1990 г.

44. Применение газовых топлив в двигателях внутреннего сгорания / JI.B.

Виноградов, В.В. Горбунов, Н.Н. Патрахальцев и др. - М.: ИРЦ Газпром, 1996.

- 187с.

45. Грехов JI.B. Аккумуляторные системы двигателей внутреннего сгорания типа Common-Rail.-M.: МГТУ, 2000. - 64 с.

46. Кулешов А.С., Грехов JI.B. Математическое моделирование и компьютерная оптимизация топливоподачи и рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания. - М.: МГТУ, 2000 - 64 с.

47. Иващенко Н.А., Ивин В.И. Термодинамическая оптимизация ДВС в курсовых и дипломных работах и проектах: Учебное пособие по курсу "Теория поршневых и комбинированных двигателей". М.: Изд-во МГТУ им.

Н.Э. Баумана, 1999. -32 с.

48. Круглов М.Г., Меднов А.А. Газовая динамика комбинированных двигателей внутреннего сгорания: Уч. Пособие. - М.: Машиностроение, 1988.

49. Гоц А.Н., Горнушкин Ю.Г. Прогрешности измерений при испытаниях двигателей внутреннего сгорания: Учебное пособие, Владимир, ВлГУ, 2004.

50. Гоц А.Н. Расчеты на прочность деталей машин при напряжениях, переменных во времени: Учебное пособие, Владимир, ВлГУ, 2005.

51. Гоц А.Н. Кинематика и динамика кривошипно-шатунных механизмов поршневых двигателей: Учебное пособие, Владимир, ВлГУ, 2006.

52. Драгомиров С.Г., Абрамов П.В. Лабораторный практикум по курсу Владимир, ВлГУ, 2004.

Программу подготовил Гуськов В.Ф., к.т.н., доцент, профессор Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры ТД и ЭУ протокол № 11 от «02» апреля 2012 г.