Master's Thesis

Camshaft design for Miller cycle engine

Final Thesis 7.76 MB

Author of thesis: Ing. Gabriela Dúlovcová

Acad. year: 2019/2020

Supervisor: Ing. David Svída, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Beran

Abstract:

The main aim of this thesis is the analysis of influence of inlet valve opening length and compression ratio on performance and thermodynamic parameters of Miller cycle using GT-SUITE software. Next step was an optimization of inlet and exhaust valve timing with goal of increasing motor effective power. For chosen option was designed cam shaft with regard of kinematic and dynamic magnitude courses.

Keywords:

Miller cycle, advanced ignition, thermal efficiency, spark-ignition engine, turbocharger, valve timing, inlet valve, cam shaft

Date of defence

20.07.2020

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Studentka seznámila zkušební komisi se svou diplomovou prací. V rámci obhajoby rovněž zodpovídala otázky oponenta. 1) Motory s Millerovým cyklem obecně pracují s vyšším kompresním poměrem. Z minulosti jsou známé pokusy nasadit do sériové produkce motor s proměnlivým kompresním poměrem (Saab), dalo by se takovéto konstrukce využít právě pro motor pracující s Millerovým cyklem pro další zvýšení efektivity motoru? Zodpovězeno. 2) Jaké jsou hlavní limity pro další zvýšení kompresního poměru v případě zadaného motoru? Zodpovězeno. 3) Na obr. 95 je zobrazena závislost průběhu dynamického zrychlení ventilu. Oproti zobrazenému ideálnímu průběhu je průběh referenčního modelu značně rozkmitán. Může studentka blíže objasnit předpokládané příčiny vzniku těchto kmitů? Má tedy předpoklad, že na reálné aplikaci nebudou? Zodpovězeno. 4) U kterých motorů a za jakých podmínek by lze využít motory s Millerovým cyklem v praxi? Zodpovězeno. 5) Jakým způsobem se Millerův cyklus může projevovat na tepelném zatížení turbodmychadla? Zodpovězeno. 6) Jak se projevuje a čím je definováno tzv. detonační spalování a jakými opatřeními je možné je omezit? Zodpovězeno. 7) Jakým způsobem a na jakém principu je detekováno tzv. detonační spalování? Zodpovězeno. 8) Čím je určena hodnota maximálního spalovacího tlaku u předmětného motoru?

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Mechanical Engineering (M2I-P)

Field of study

Automotive and Material Handling Engineering (M-ADI)

Composition of Committee

prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Lubomír Klimeš, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Tomáš Heger (člen)
Ing. Marek Bačovský (člen)
Ing. Jan Klimeš (člen)

Supervisor’s report
Ing. David Svída, Ph.D.

Diplomová práce bakalářky Gabriely Dúlovcové se zabývá návrhem vačkového hřídele pro motor s Millerovým cyklem pro zážehový přeplňovaný motor. Úkolem tedy bylo upravit stávající reálný motor tak, aby pracoval v tzv. Millerově cyklu. Jedná se o velmi obsáhlé téma, které od studentky vyžadovalo, aby dokázala jak spojit simulaci termodynamiky spalovacího motoru,  dynamiku ventilového mechanismu, provedení přesné geometrické analýzy reálné hlavy válců pro zástavbu vačkového hřídele, tak také vytvoření podkladů pro jeho reálnou výrobu. Výsledkem je, že je již před obhajobou diplomové práce vyroben prototyp vačkového hřídele, který se bude zkoušet na reálném motoru.

Studentka přistupovala k řešení své práce velmi svědomitě a je vidět, že se v dané problematice dobře orientuje. Všechny body zadání byly splněny a proto práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A
Display more

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Martin Beran

Diplomantka se ve své práci zabývá návrhem vačkového hřídele pro motor pracující Millerovým cyklem. V poměrně rozsáhlé rešerši, která je zaměřená na oblast teorie spalovacích motorů, studentka postupně směřuje jednak k problematice Milerova cyklu, ale také k problematice vačkového mechanizmu. Perfektní pochopení obou těchto oblastí je nezbytné pro úspěšné splnění cílů této práce. Lze konstatovat, že s rešeršní částí se studentka vypořádala na výbornou a oceňuji i celou řadu vlastních zamyšlení a zhodnocení např. v kap 4.1 Limity Millerizace.  Stěžejní část práce se pak již věnuje tvorbě detailního výpočtového termodynamického modelu zadaného motoru. Vzhledem k tomu, že studentka měla k dispozici pro vytvoření 1D simulačního modelu celu řadu cenných dat z reálného měření motoru na motorové zkušebně, byl na jejich základě model nejprve  naladěn a kalibrován, což ve výsledku značně zhodnocuje věrohodnost provedených simulací. V dalším kroku pak byla provedená řada simulací s Millerizovaným cyklem, kde hlavním cílem bylo zvýšení celkové účinnosti motoru a tedy i následné snížení měrné efektivní spotřeby. V poslední části práce byl na základě provedených simulací v programovém prostředí VTDesign  (jenž je součástí GT -SUITE ) proveden návrh profilu vačky. Návrh byl podmíněn technologií následné výroby, neboť výsledky jakožto i nově navržený vačkový hřídel budou podrobeny dalšímu testovaní na motorové zkušebně a skutečné data budou validovány s provedenými výpočtovými simulacemi. Na celé práci je potřeba ocenit jednak vysoká míra praktického využití ale i správný postup studentky při řešení rozsáhle problematiky s celou radou dílčích problému se kterými se musela vypořádat. Splnění vysoko stanovených cílů vyžadovalo ze strany studentky úspěšné zvládnutí znalostí jak z oblasti termomechaniky tak konstrukce spalovacích motorů, včetně zvládnutí moderních počítačových výpočetních softwarů. Práci hodnotím jako velmi zdařilou a doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Motory s Millerovým cyklem obecně pracují s vyšším kompresním poměrem. Z minulosti jsou známé pokusy nasadit do sériové produkce motor s proměnlivým kompresním poměrem (Saab), dalo by se takovéto konstrukce využít právě pro motor pracující s Millerovým cyklem pro další zvýšení efektivity motoru?
  2. Jaké jsou hlavní limity pro další zvýšení kompresního poměru v případě zadaného motoru?
  3. Na obr. 95 je zobrazena závislost průběhu dynamického zrychlení ventilu. Oproti zobrazenému ideálnímu průběhu je průběh referenčního modelu značně rozkmitán. Může studentka blíže objasnit předpokládané příčiny vzniku těchto kmitů? Má tedy předpoklad, že na reálné aplikaci nebudou?
Display more

Grade proposed by reviewer: A