Εναλλαγή Αερίων & Υπερπλήρωση Μ.Ε.Κ. (Σχολή Μηχανολ. Μηχ. Ε.Μ.Π., 2.2.24.8)
8ο εξάμηνο (μάθημα επιλογής Κύκλων Σπουδών Ενεργειακού και Ε.Ε.Μ.Μ.)
1 - Γενικά Στοιχεία
Το μάθημα “Εναλλαγή Αερίων και Υπερπλήρωση Μ.Ε.Κ.” (“ΕΑΚΥ-ΜΕΚ”) διδάσκεται στα πλαίσια του προγράμματος σπουδών της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών Ε.Μ.Π. από το εαρινό εξάμηνο του 2006.
Το μάθημα αυτό «έπεται» χρονικώς της διδασκαλίας του μαθήματος “Μηχανές Εσωτερικής Καύσης”, αποτελώντας μάθημα προωθημένων γνώσεων στην περιοχή των Μ.Ε.Κ.
Χωρίζεται σε δύο μέρη: Το Α' Μέρος ασχολείται με την εναλλαγή και τη ροή των αερίων διαμέσου βαλβίδων, θυρίδων και ρυθμιστικής δικλείδας εμβολοφόρων Μ.Ε.Κ. Παράλληλα, μελετάται και η διατεταγμένη κίνηση εντός του κυλίνδρου. Το Β' Μέρος, που αποτελεί και το μεγαλύτερο μέρος των παραδόσεων του μαθήματος, ασχολείται με το ιδιαίτερα επίκαιρο θέμα της υπερπλήρωσης εμβολοφόρων Μ.Ε.Κ., με έμφαση σε θέματα στροβιλο-υπερπλήρωσης, η οποία αποτελεί και την πλέον επιτυχημένη εφαρμογή υπερπλήρωσης.
Η διδασκαλία του μαθήματος περιλαμβάνει μία εργαστηριακή άσκηση σε στροβιλο-υπερπληρωμένο κινητήρα του εργαστηρίου Μ.Ε.Κ. του Ε.Μ.Π. ή, εναλλακτικά, υπολογιστικό θέμα πάνω σε πειραματικά δεδομένα.
Ουσιαστικό προαπαιτούμενο αποτελεί το μάθημα Μηχανές Εσωτερικής Καύσης.
Σκοπός του μαθήματος:
Εμβάθυνση των φοιτητών πάνω σε θέματα υπερπλήρωσης, εναλλαγής αερίων αλλά και πρακτικών εφαρμογών Μ.Ε.Κ.
Θέματα που καλύπτονται:
Α) Εναλλαγή αερίων:
- εναλλαγή αερίων σε 4-Χ κινητήρα,
- κίνηση-χαρακτηριστικά βαλβίδων,
- συστήματα μεταβλητού χρονισμού-ανύψωσης βαλβίδων,
- εναλλαγή αερίων διαμέσου θυρίδων σε 2-Χ κινητήρες,
- ροή αερίου διαμέσου ρυθμιστικής δικλείδας κινητήρων Otto,
- διατεταγμένη κίνηση (swirl, squish) εντός του κυλίνδρου (επιλεγμένες παράγραφοι).
Β) Υπερπλήρωση:
- διατάξεις και συστήματα υπερπλήρωσης, εφαρμογές, πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα υπερπλήρωσης,
- μηχανική υπερπλήρωση,
- στροβιλο-υπερπλήρωση,
- 2-βάθμια (two-stage), διαδοχική (sequential), συνδυασμένη (combined) και ηλεκτρικά υποβοηθούμενη (e-turbo) στροβιλο-υπερπλήρωση,
- ψύξη του αέρα υπερπλήρωσης,
- ιδιαιτερότητες υπερπλήρωσης κινητήρων Otto,
- ταίριασμα (matching) ανάμεσα σε κινητήρα και υπερπληρωτή,
- υπερπλήρωση σταθερής πίεσης και παλμών πίεσης - διάταξη πολλαπλής εξαγωγής,
- μηχανική και θερμική φόρτιση,
- χαρακτηριστικά ροπής (στροβιλο)υπερπληρωμένων κινητήρων,
- κατανάλωση καυσίμου, εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα και εκπομπές ρύπων στροβιλο-υπερπληρωμένων κινητήρων,
- προβλήματα κατά τη μεταβατική λειτουργία (επιτάχυνση/αύξηση φορτίου) στροβιλο-υπερπληρωμένων κινητήρων και μέθοδοι αντιμετώπισής τους.
2 - Ώρες-Αίθουσες Παραδόσεων
Το μάθημα διδάσκεται κατά το εαρινό εξάμηνο, μία φορά την εβδομάδα, σε 3ωρη διάλεξη, σε συνδιδασκαλία με τον Καθηγητή Δ.Θ. Χουντάλα, με επιπλέον μία ώρα (όταν χρειάζεται) για ασκήσεις:
Πέμπτη 12:00-14:45, αίθουσα Z205 (Θεωρία)
Παρασκευή 10:00-10:45, αίθουσα Z205 (Ασκήσεις - ΕΔΙΠ Α. Δουκέλης)
Για το ακαδημαϊκό έτος 2020-21, οι παραδόσεις γίνονται διαδικτυακά μέσω της πλατφόρμας MS TEAMS. Κωδικός TEAM μαθήματος: nuhktz8
3 - Διδακτικές Σημειώσεις - Βιβλία
1) Κ.Δ. Ρακόπουλος, Ε.Γ. Γιακουμής, “Εναλλαγή Αερίων και Υπερπλήρωση Μ.Ε.Κ.”, Εκδόσεις Γρ. Φούντας, Αθήνα, 2011 - κωδικός συστήματος “Εύδοξου” 12272823.
Η διανομή του βιβλίου γίνεται από τον εκδοτικό οίκο Γρ. Φούντας, Στουρνάρη 36, Αθήνα, 4ος όροφος, τηλ. 210-5238910.
2) Ε.Γ. Γιακουμής, “Ασκήσεις Υπερπλήρωσης Μ.Ε.Κ.”, Ε.Μ.Π., Αθήνα, 2016 (ηλεκτρονική έκδοση) (pdf)
4 - Διδακτέα Ύλη
Α' Μέρος (Εναλλαγή αερίων)
- Εισαγωγή στην εναλλαγή των αερίων (Κεφ. 1)
- Εναλλαγή αερίων σε 4-Χ κινητήρες (Κεφ. 2)
- Εναλλαγή αερίων σε 2-Χ κινητήρες (Κεφ. 3)
- Ροή στις πολλαπλές εισαγωγής και εξαγωγής (Κεφ. 4)
- Πεδίο ροής στο εσωτερικό του κυλίνδρου (Κεφ. 6 - επιλεγμένες παράγραφοι)
Β' Μέρος (Υπερπλήρωση)
- Εισαγωγή στην Υπερπλήρωση (Κεφ. 7)
- Επεξηγήσεις και επισκόπηση μεθόδων υπερπλήρωσης, βασικές αρχές στροβιλο-υπερπλήρωσης, 2-βάθμια στροβιλο-υπερπλήρωση (Κεφ. 8)
- Ψύξη του αέρα υπερπλήρωσης (Κεφ. 9)
- Τύποι και χαρακτηριστικά συμπιεστών (χωρίς θέματα ροής) (Κεφ. 10: § 10.2 και 10.3)
- Τύποι και χαρακτηριστικά στροβίλων (χωρίς θέματα ροής) (Κεφ. 11: § 11.1 και 11.2)
- Ο χάρτης λειτουργίας του κινητήρα (Κεφ. 12)
- Αλληλεπίδραση (ταίριασμα) μεταξύ 4-Χ κινητήρα και υπερπληρωτή (Κεφ. 13)
- Ειδικότερα θέματα στροβιλο-υπερπλήρωσης κινητήρων Otto (Κεφ. 14)
- Διάταξη πολλαπλής εξαγωγής, χαρακτηριστικά ροπής, βαθμός απόδοσης/εκπομπές CO2, ρύπανση (Κεφ. 15)
- Μεταβατική λειτουργία στροβιλο-υπερπληρωμένων κινητήρων - μέθοδοι βελτίωσης (Κεφ. 16)
5 - Βοηθητικό Υλικό και Σημειώσεις Παρουσιάσεων (Υπερπλήρωσης) - βλ. link μαθήματος στο helios.ntua.gr
6 - Υπολογιστικό Θέμα
Το υπολογιστικό θέμα/εργαστήριο του μαθήματος ΕΑΚΥ-ΜΕΚ είναι προαιρετικό, με βαρύτητα 15% και αφορά το κομμάτι της υπερπλήρωσης. ΤΟ ΘΕΜΑ ΜΕΤΡΑΕΙ ΜΟΝΟ ΓΙΑ ΤΟ ΤΡΕΧΟΝ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟ ΕΤΟΣ, και παραδίδεται αυστηρά μέχρι το τέλος των παραδόσεων του θερινού εξαμήνου.
ΑΝΑΛΥΤΙΚΕΣ ΟΔΗΓΙΕΣ: pdf
Δήλωση συμμετοχής στο email vgiakms@central.ntua.gr
7 - Εξέταση-Βαθμολόγηση Μαθήματος
Η εξέταση του μαθήματος γίνεται με ανοιχτές σημειώσεις (ποσοστό συμμετοχής στον τελικό βαθμό 100%). Η εξέταση περιλαμβάνει λογιστικές ασκήσεις (εναλλαγής αερίων και υπερπλήρωσης), ερωτήσεις κρίσης σχετικά με την καταλληλότητα χρήσης διαφόρων συστημάτων υπερπλήρωσης σε συγκεκριμένη εφαρμογή, ερωτήσεις πολλαπλών επιλογών καθώς και αναγνώριση βασικών εξαρτημάτων συστημάτων υπερπλήρωσης.
Το άριστα στο τελικό διαγώνισμα είναι το 10. Οι έως 1,5 μονάδες από το θέμα/εργαστήριο προστίθενται στη βαθμολογία του διαγωνίσματος.
8 - Προτεινόμενη Ξενόγλωσση Βιβλιογραφία
1) R. Stone, “Μηχανές Εσωτερικής Καύσης”, Εκδόσεις Γρ. Φούντας, 2021 (Επιστημονική επιμέλεια Ε. Γιακουμής) (Κεφάλαια 7, 8, 10).
2) J.B. Heywood, “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw-Hill, New York, 1988 (Κεφάλαια 6, 7).
3) J.N. Watson, M.S. Janota, “Turbocharging the Internal Cοmbustion Engine”, McMillan, London, 1982 (αποκλειστικά στροβιλο-υπερπλήρωση σε μεταπτυχιακό επίπεδο).
4) K. Zinner, “Supercharging of Internal Combustion Engines”, Springer, Berlin, 1978, (υπερπλήρωση, με πολλά στοιχεία μηχανικής υπερπλήρωσης).
5) J.B. Heywood, E. Sher, “Two-stroke cycle engine: Its development, operation and design”, Taylor & Francis, 1999 (2-χρονοι κινητήρες).
6) H. Hiereth and P. Prenninger, “Charging the Internal Combustion Engines (Powertrain)”, Springer, Vienna, 2007.
7) C.D. Rakopoulos, E.G. Giakoumis, “Diesel Engine Transient Operation”, Springer, London, 2009 (αποκλειστικά θέματα μεταβατικής λειτουργίας - μεταπτυχιακό επίπεδο).
|
