diplomová práce

Návrh vačkového hřídele pro motor s Millerovým cyklem

Text práce 7.76 MB

Autor práce: Ing. Gabriela Dúlovcová

Ak. rok: 2019/2020

Vedoucí: Ing. David Svída, Ph.D.

Oponent: Ing. Martin Beran

Abstrakt:

Hlavným cieľom tejto práce je analýza vplyvu dĺžky otvorenia sacieho ventilu a kompresného pomeru na výkonové a termodynamické parametre Millerovho cyklu pomocou softwaru GT-SUITE. Následne bola prevedená optimalizácia časovania sacích a výfukových ventilov s cieľom zvýšenia výkonu motora. Pre vybrané varianty bol navrhnutý vačkový hriadeľ s ohľadom na kinematické a dynamické priebehy veličín.

Klíčová slova:

Millerov cyklus, predstih zážihu, termická účinnosť, zážihový motor, turbodúchadlo, časovanie ventilov, sací ventil, vačkový hriadeľ

Termín obhajoby

20.07.2020

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

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?

Jazyk práce

slovenština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Strojní inženýrství (M2I-P)

Studijní obor

Automobilní a dopravní inženýrství (M-ADI)

Složení komise

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)

Posudek vedoucího
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.
Kritérium hodnocení Známka
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

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
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.
Kritérium hodnocení Známka
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
Otázky k obhajobě:
  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?

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová