Hnací ústrojí (FSI-QHL)

Akademický rok 2021/2022
Garant: prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc.  
Garantující pracoviště: ÚADI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu Hnací ústrojí je seznámit studenty se soudobými koncepcemi hnacích ústrojí jak se spalovacími motory, tak i hybridními a elektrickými pohony, a výpočtovými modely pro určení dynamických silových a momentových účinků v těchto systémech. Tyto výpočtové modely jsou výchozím nástrojem pro volbu optimální koncepce a konstrukce pohonných ústrojí moderních osobních a užitkových vozidel.
Výstupy studia a kompetence:
Předmět Hnací ústrojí umožňuje studentům získat znalosti o uspořádání hnacích ústrojí osobních i užitkových vozidel a výpočtových modelech pro stanovení průběhů vnitřních a vnějších sil a točivého momentu, návrh optimální konfigurace hnacího ústrojí z hlediska vyváženosti u motorů řadových, vidlicových, i v nekonvenčním uspořádání, jakož i kontrolu nerovnoměrnosti chodu a vibrací hnacích ústrojí.
Prerekvizity:
Maticový počet, diferenciální a integrální počet. Základy technické mechaniky, kinematika, dynamika, pružnost a pevnost. Fourierova analýza.

Vazby k jiným předmětům:
doporučená korekvizita: Traktory [QT]
povinná korekvizita: Dynamika vozidel [QDY]
povinná korekvizita: Dynamika vozidel [QDY-A]
Obsah předmětu (anotace):
Předmět Hnací ústrojí seznámí studenty se základními koncepcemi a uspořádáním hnacích ústrojí osobních a užitkových vozidel jak s konvenčními, tak i hybridními a elektrickými pohony. Výpočtové modely hnacích ústrojí jsou základním prostředkem pro nalezení optimálních koncepcí a parametrů soudobých pohonných jednotek. Mechanismy pohonných jednotek. Kinematika a dynamika klikového mechanismu. Vnitřní a vnější síly ve spalovacích motorech. Točivý moment motoru, harmonická analýza. Síly v ložiskách pístového stroje. Vyvažování setrvačných sil a momentů u řadových motorů, aplikace vyvažovacích hřídelů. Dynamika vidlicových motorů a motorů s nekonvenčním uspořádáním hnacích ústrojí. Nerovnoměrnost chodu spalovacího motoru, návrh setrvačníku. Vačkové mechanismy spalovacích motorů. Hybridní a elektrické pohony vozidel.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínky udělení zápočtu:
Orientace v probíraných problémech a schopnost jejich řešení, prověřovaná a prezentovaná v zadaných příkladech. Podmínkou udělení zápočtu je samostatné vypracování (absolvování) zadaných úloh bez závažných nedostatků. Průběžná kontrola studia je prováděna při kontrole příkladů současně s ověřením požadovaných znalostí.

Zkouška:
Při zkoušce jsou prověřovány a hodnoceny znalosti fyzikální podstaty probíraných problémů, jejich matematický popis na probrané úrovni a aplikace na řešených příkladech. Zkouška se skládá z písemné části (kontrolního testu) a v případě potřeby z části ústní. Do klasifikačního hodnocení se zahrnují:
1. Hodnocení práce ve cvičeních (hodnocení vypracovaných úloh).
2. Výsledek písemné části zkoušky (kontrolního testu).
3. Výsledek případné ústní části zkoušky.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Výuka ve cvičení je povinná, kontrolu účasti provádí vyučující. Forma nahrazení výuky zameškané z vážných důvodů se řeší individuálně s garantem předmětu.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Mechanismy spalovacích motorů a jejich výpočtové modely. Kinematika centrického klikového mechanismu.
2. Kinematika excentrického klikového mechanismu, mechanismy s vedlejší ojnicí.
3. Dynamika klikového mechanismu, výpočtové modely, vnitřní a vnější síly.
4. Točivý moment spalovacího motoru, harmonické složky, nerovnoměrnost chodu, setrvačník.
5. Vyvažování setrvačných sil a momentů v klikovém mechanismu, vyvažovací jednotky.
6. Dynamika klikového ústrojí motorů s malým počtem válců.
7. Dynamika klikového ústrojí řadových pístových strojů.
8. Dynamika klikového mechanismu vidlicových motorů.
9. Nekonvenční uspořádání hnacích ústrojí, V-motory s přesazenými ojničními čepy a VR-motory.
10. Vačkové mechanismy spalovacích motorů, kinematika a dynamika vačkových mechanismů.
11. Dynamika pohonných ústrojí se spalovacími motory, dvouhmotový setrvačník.
12. Dynamika hybridních pohonů, aktivní tlumení vibrací.
13. Hnací ústrojí vozidel s elektrickými pohony.
    Cvičení s počítačovou podporou 01. Efektivní prostředky inženýrských výpočtů, výpočetní technika.
02. Prostředky pro výpočty v oboru, programový celek Matlab.
03. Využití Matlabu, práce se soubory dat, vizualizace dat.
04. Centrický klikového mechanismu, průběhy kinematických veličin.
05. Kinematika excentrického klikového mechanismu.
06. Indikátorový p-alfa diagram, p-V diagram motoru, točivý moment.
07. Síly přenášené pístním čepem, průběh sil přenášených ojnicí.
08. Průběh radiálních a tangenciálních sil, točivý moment jednoválce.
09. Numerická Fourierova analýza točivého momentu motoru, řády harmonických.
10. Polární diagramy zatížení ložisek spalovacích motorů.
11. Točivé momenty na zalomeních víceválcového řadového motoru.
12. Průběhy kinematických veličin vačkových mechanismů motorů.
13. Dynamický model torzního systému pohonu vozidla, vlastní frekvence a tvary kmitání.
Literatura - základní:
1. DAVITASSHVILI, Nodar a Valeh BAKHSHALIEV. Dynamics of Crank-Piston Mechanisms. Springer, 2016. ISBN 981100322X.
2. ADAMS, Maurice L. Bearings: basic concepts and design applications. Boca Raton: CRC Press, 2017. ISBN 9781138049086.
3. NORTON, Robert L. Cam design and manufacturing handbook. New York: Industrial Press, c2002. ISBN 0-8311-3122-5.
4. HAYES, John G. a Gordon A. GOODARZI. Electric powertrain: energy systems, power electronics & drives for hybrid, electric & fuel cell vehicles. Hoboken, NJ: John Wiley, 2018. ISBN 978-1-119-06364-3.
Literatura - doporučená:
1. Internal combustion engine handbook: basics, components, systems, and perspectives, second edition. Warrendale, PA: SAE International, 2016. ISBN 9780768080247.
2. HEISLER, Heinz. Advanced engine technology. Warrendale, PA: SAE International, c1995. ISBN 1560917342.
2. Píštěk, V.: Aplikovaná mechanika. Učební text FSI VUT v Brně.
3. ZIMA, Stefan. Kurbeltriebe: Konstruktion, Berechnung und Erprobung von den Anfängen bis heute. 2. vyd. Wiesbaden: Vieweg, 1999. ISBN 3-528-13115-2.
4. FUCHS, Anton: Automotive NVH technology. New York, NY: Springer Berlin Heidelberg, 2015. ISBN 978-3-319-24053-4.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-ADI-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinně volitelný 2 1 Z