Περιγραφή θέματος
Περιγραφή
Το μάθημα "Εναλλαγή Αερίων και Υπερπλήρωση Μ.Ε.Κ.", αποτελείται από δύο ενότητες:
Η πρώτη ενότητα (που αποτελεί και το μεγαλύτερο μέρος των παραδόσεων) ασχολείται με την υπερπλήρωση εμβολοφόρων Μ.Ε.Κ., με έμφαση σε θέματα στροβιλο-υπερπλήρωσης (turbocharging/turbo), η οποία αποτελεί και την πλέον επιτυχημένη εφαρμογή υπερπλήρωσης. Σήμερα, πρακτικά όλοι οι κινητήρες Diesel και ένα συνεχώς αυξανόμενο ποσοστό των κινητήρων Otto είναι (στροβιλο)υπερπληρωμένοι, με δεδομένο ότι μέσω της υπερπλήρωσης επιτυγχάνεται σημαντική αύξηση της ισχύος (πολύ συχνά σε συνδυασμό με μείωση του μεγέθους του κινητήρα - downsizing), κάτι που οδηγεί τελικά και σε βελτιωμένο βαθμό απόδοσης, άρα μειωμένες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Κατ΄ επέκταση, ο χώρος της υπερπλήρωσης έχει γνωρίσει τεράστια εξέλιξη τα τελευταία χρόνια. Στη συγκεκριμένη ενότητα του μαθήματος δίνεται η ευκαιρία παρουσίασης και ανάλυσης όλων των συστημάτων υπερπλήρωσης M.E.K. μαζί με τις εκάστοτε εφαρμογές τους σε κινητήρες οχημάτων, Η/Π και ναυτικούς. Στο επίκεντρο είναι η αλληλεπίδραση ανάμεσα σε κινητήρα και υπερπληρωτή, κάτι που δίνει τη δυνατότητα για εμβάθυνση πάνω σε θέματα λειτουργίας/θερμοδυναμικής/επιδόσεων ΜΕΚ.
Η δεύτερη ενότητα ασχολείται με την εναλλαγή και τη ροή των αερίων διαμέσου βαλβίδων (4-Χ κινητήρων), θυρίδων (2-Χ κινητήρων) και ρυθμιστικής δικλείδας (Otto), με έμφαση σε βασικές έννοιες όπως ο ογκομετρικός βαθμός απόδοσης (β. πλήρωσης) κλπ.
Ουσιαστικό προαπαιτούμενο αποτελεί το μάθημα Μ.Ε.Κ. του 6ου εξαμήνου.
Σκοπός του μαθήματος:
Εμβάθυνση των φοιτητών πάνω σε θέματα εναλλαγής αερίων, υπερπλήρωσης, επιδόσεων και πρακτικών εφαρμογών Μ.Ε.Κ.
Διδακτικό Περιεχόμενο
Α) Υπερπλήρωση:
- διατάξεις/συστήματα - εφαρμογές - πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα υπερπλήρωσης,
- μηχανική υπερπλήρωση,
- στροβιλο-υπερπλήρωση,
- διβάθμια στροβιλο-υπερπλήρωση, συνδυασμένη, διαδοχική, και στροβιλο-υπερπλήρωση με ηλεκτρική υποβοήθηση,
- ψύξη του αέρα υπερπλήρωσης,
- ιδιαιτερότητες υπερπλήρωσης κινητήρων Otto,
- χάρτες λειτουργίας συμπιεστή και στροβίλου / στρόβιλος μεταβλητής γεωμετρίας,
- επιλογή του κατάλληλου συστήματος υπερπλήρωσης ανάλογα με την εκάστοτε εφαρμογή/κινητήρα,
- ταίριασμα ανάμεσα σε 4-Χ κινητήρα και στροβιλο-υπερπληρωτή,
- υπερπλήρωση σταθερής πίεσης και παλμών πίεσης - διάταξη πολλαπλής εξαγωγής,
- χαρακτηριστικά ροπής (στροβιλο)υπερπληρωμένων κινητήρων,
- βαθμός απόδοσης και εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα,
- προβλήματα (απόκρισης και ρύπανσης) κατά τη μεταβατική λειτουργία (επιτάχυνση) στροβιλο-υπερπληρωμένων κινητήρων, και τρόποι αντιμετώπισης.
Β) 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.
Διδάσκοντες
Καθηγητής Δ. Θ. Χουντάλας (ενότητα εναλλαγής αερίων)
Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών, Τομέας Θερμότητας, Κτίριο Ε, Τηλ. 210-7721259, email: dx1961@central.ntua.gr
Καθηγητής Ε. Γ. Γιακουμής (ενότητα υπερπλήρωσης)
Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών, Τομέας Θερμότητας, Κτίριο Ν, Γραφείο 106, Τηλ. 210-7721360, email: vgiakms@central.ntua.gr, URL: users.ntua.gr/vgiakms
Διδακτικές Σημειώσεις και Βιβλία
1) Κ.Δ. Ρακόπουλος, Ε.Γ. Γιακουμής, “Εναλλαγή Αερίων και Υπερπλήρωση Μ.Ε.Κ.”, Εκδόσεις Γρ. Φούντας, Αθήνα, 2011 - κωδικός συστήματος “Ευδόξου” 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)
Υπολογιστικό Θέμα Υπερπλήρωσης 2022
Το προαιρετικό υπολογιστικό θέμα του μαθήματος Εναλλαγή Αερίων και Υπερπλήρωση Μ.Ε.Κ., για το ακαδημαϊκό έτος 2021-22 περιλαμβάνει επεξεργασία μετρήσεων στροβιλο-υπερπληρωμένου κινητήρα Diesel και παράδοση τεχνικής έκθεσης.
Οι ενδιαφερόμενοι (ένα άτομο ανά ομάδα) αποστέλλουν email στο vgiakms@central.ntua.gr και λαμβάνουν 5 πειραματικές σειρές δεδομένων του κινητήρα.
Η βαρύτητα του υπολογιστικού θέματος είναι 1,5 μονάδες (πέραν των 10 μονάδων του τελικού διαγωνίσματος) και ΜΕΤΡΑΕΙ ΜΟΝΟ ΓΙΑ ΤΟ ΤΡΕΧΟΝ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟ ΕΤΟΣ (εξεταστικές Ιουνίου και Σεπτεμβρίου).
ΠΑΡΑΔΟΣΗ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: Το αργότερο μέχρι την ημερομηνία λήξης των μαθημάτων του εξαμήνου (10/6/2022) σε μορφή pdf στη σελίδα του μαθήματος στο helios
Εξέταση - Βαθμολόγηση Μαθήματος
Η εξέταση του μαθήματος γίνεται με ανοιχτές σημειώσεις/βιβλία - ΠΡΟΣΟΧΗ: ΟΧΙ laptop/tablet κλπ (ποσοστό συμμετοχής στον τελικό βαθμό 100%).
Η εξέταση περιλαμβάνει λογιστικές ασκήσεις (εναλλαγής αερίων και υπερπλήρωσης), ερωτήσεις κρίσης σχετικά με την καταλληλότητα/συμβατότητα 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.
Όταν υπάρχει θέμα/εργαστήριο, αυτό μετράει 1,5 μονάδες οι οποίες προστίθενται στη βαθμολογία του διαγωνίσματος.
Ξενόγλωσση Βιβλιογραφία
1) R. Stone, “Μηχανές Εσωτερικής Καύσης”, Εκδόσεις Φούντας, 2021 (Επιστημονική επιμέλεια Ε. Γιακουμής) (Κεφάλαια 7, 8, 10 - τα περισσότερα περί στροβιλο-υπερπλήρωσης (Κεφ. 10) προέρχονται από την Παραπομπή [3] παρακάτω).
2) J.B. Heywood, “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw-Hill, New York, 1988 (Κεφάλαια 6, 7).
3) N. Watson, M.S. Janota, “Turbocharging the Internal Cοmbustion Engine”, McMillan, London, 1982 (το κλασικό βιβλίο πάνω στη στροβιλο-υπερπλήρωση - μεταπτυχιακό επίπεδο).
4) K. Zinner, “Supercharging of Internal Combustion Engines”, Springer, Berlin, 1978, (ιστορικά, το πρώτο ολοκληρωμένο σύγγραμμα για την υπερπλήρωση, με πολλά στοιχεία μηχανικής υπερπλήρωσης).
5) J.B. Heywood, E. Sher, “Two-stroke Cycle Engine: Its Development, Operation and Design”, Taylor & Francis, 1999 (Δίχρονοι κινητήρες).
6) H. Hiereth and P. Prenninger, “Charging the Internal Combustion Engines”, Springer, Vienna, 2007 (αρκετά καλή σύγχρονη ματιά στο θέμα της υπερπλήρωσης, με πολλά μοντέρνα θέματα).
7) C.D. Rakopoulos, E.G. Giakoumis, “Diesel Engine Transient Operation”, Springer, London, 2009 (αποκλειστικά θέματα μεταβατικής λειτουργίας - μεταπτυχιακό επίπεδο).