Teorie spalovacích motorů

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

ústav automobilů, spalovacích motorů a kolejových vozidel

Anotace:

Teoretický popis a rozbor vlastností spalovacích motorů. Popis vhodných fyzikálních modelů a základy modelování dějů ve válci spalovacího motoru.

Požadavky:

Informace k organizaci předmětu, zvláštní podmínky pro udělení zápočtu, klasifikovaného zápočtu resp. zkoušky a studijní podklady mohou být uvedeny na serveru studijních podkladů https://studium.fs.cvut.cz/studium/u12120/2211170_TSM .

. Znalost termodynamiky, základů spalovacích motorů včetně přeplňování a chlazení.

. Úspešné složení zkoušky z předmětu Spalovací motory.

Osnova přednášek:

. Opakování termodynamiky. Zákony zachování. Lokální tvary zákonů zachování. Odvození rovnic pro 1-D dynamiku plynů. Termodynamická analýza oběhu - 1 a více-zónové modely SM

. Charakterizace turbulence ve válci spalovacího motoru a její důsledky na transportní děje. Průměrování bilančních rovnic, různé třídy modelů turbulence. Příkladů výsledků řešení pro turbulentní proudění, srovnání LES versus RANS.

. Základy chemie spalování. Aplikace zákonů termodynamiky na spalování. 1. zákon TM, zavedení slučovacích entalpie a výhřevnosti paliva, adiabatická teplota plamene. Chemická rovnováha, chemická kinetika. Aplikace na mikroreaktor.

. Úvod do spalování. Spalování obecně, systémy spalování, laminární/turbulentní plamen. Spalování v zážehovém motoru. Průběh spalování, kvalitativní a kvantitativní popis. Struktura turbulentního plamene, vliv turbulence na hoření (interakce turbulence a čela plamene, apod.). Laminární a turbulentní rychlost hoření. Vliv průběhu hoření na cyklus (zařazena i mezicyklová variace).

. Teorie řetězových reakcí. Zapálení směsi. Nesprávné módy spalování v zážehovém motoru - klepání, vynechání zážehu, apod. Limity stabilní práce motoru.

. Řetězové reakce, reakční mechanismy pro popis vzněcování a spalování vodíku a uhlovodíkových paliv. Aplikace na spalovací motor, příprava pro rozbor tvorby škodlivin dále.

. Spalování u vznětových motorů. Fyzikální a chemická příprava hoření. Kinetické a difuzní spalování. Lokální stavy tvořící se směsi, nedokonalé spalování. Nekonvenční módy spalování (HCCI, LTC, RCCI, atpod.).

. Tvorba a rozpad škodlivin ve válci spalovacího motoru. Vznik škodlivin obecně, rozdělení dle systému spalování. Tvorba NOx v zážehovém motoru - rozšířený Zeldovičův mechanismus, řešení s využitím předpokladu rovnováhy, spojení s vícezónovým modelem. Tvorba CO, odhad složení spalin. Tvorba nespálených uhlovodíků.

. Vstřikování paliva, rozpad paprsku a tvorba směsi - struktura vstřikovaného paprsku, charakterizace paprsku (penetrace, velikost kapek), rozdělení kapek v paprsku, SMD, rozpad a dolet osamocené kapky, odpařování kapky (obecná bilanční rovnice pro 3-D), chování paprsku u stěny válce, interakce s proudovým polem. Průběh hoření, vliv na cyklus a parametry motoru.

. Tepelná bilance SM, odvody tepla - Woschniho a Eichelbergův vztah pro určení součinitele přestupu tepla, doplnění TM analýzy oběhu. Odvody tepla a ohřev výfukového potrubí. Kvazistacionární popis. Vedení tepla v polomasivu - řešení parciální diferenciální rovnice, hloubka průniku teplotních vln.

. Mechanické ztráty spalovacích motorů. Stribeckova křivka. Kluzné ložisko, pístní kroužky, klikový mechanismus, rozvodový mechanismus, pohon příslušenství. Mazání a viskozita olejů.

. Výměna náplně válce - dvoutaktní a čtyřtaktní pracovní cyklus. Proudění v mezeře ventil-sedlo, laděné sací potrubí.

. Tvarování spalovacích prostorů vznětových a zážehových motorů. Vliv geometrie spalovacího prostoru na proudové pole ve válci spalovacího motoru (tumble, swirl, squish). Průtokové vlastnosti sacích kanálů.

Osnova cvičení:

. Školení použití nástroje založeného na 0-1/1-D CFD přístupu (GT-Suite/GT-Power).

Cíle studia:

Studijní materiály:

. Heywood, J.B.: Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw-Hill, London, England. 1988. ISBN 0-07-028637-X.

. Macek, J. - Suk, B.: Spalovací motory I. Skripta ČVUT.

. Wilcox, D. C.: Turbulence Modeling for CFD. DCW Industries, Inc., California, 1993.

. PPT prezentace jako doplněk k přednáškám - obsahuje důležité rovnice a diagramy související s hlavními tématy předmětu - na serveru studijních podkladů https://studium.fs.cvut.cz/studium/u12120/

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• 05 109 NSTI DLTT 2012 zaměření SM (povinný předmět programu)