Výběr koncepce a zhodnocení budoucího spalovacího motoru

Výzkumný program: Výběr koncepce a zhodnocení budoucího spalovacího motoru
Zahájení: 1/2011
Vedoucí výzkumného programu: Prof. Ing. Michal Takáts, CSc.
Cíle programu (včetně výstupů, výsledků, milníků a specifikace skupin uživatelů):
Cíl: Zhodnotit a vybrat použitelné koncepce spalování, výměny náplně válce a přeplňování budoucích motorů z hlediska alternativních paliv, ekonomiky provozu, emisí CO2 a zdraví škodlivých emisí na základě experimentů a simulací. Vyvinout prostředky pro optimalizaci těchto systémů. Vyvinout výpočetní prostředky kombinované experimentálně-simulační optimalizace spalovacích motorů, založené na různé úrovni fyzikálního popisu, a kalibraci pomocí experimentů.

Výstupy:
Vt1 Systém řídicích algoritmů a postupu měření pro zjištění přímo neměřitelných nestacionárních
veličin ve formě výpočetních programů - IV/2012.
Vt2 Soubor snímačů a jednotek sběru dat pro měření na spalovacích motorech, elektromotorech a pohonových ústrojích poskytující data pro bezprostřední vyhodnocení kalibračních parametrů vybraných simulačních programů a programy pro toto vyhodnocení - IV/2012.
Vt3 Návrh a odzkoušení/simulace přeplňovacího zařízení vhodného pro motory s malým počtem válců - IV/2012.
Vt4 Funkční vzorek zařízení pro tvoření směsi se vznětem částečně homogenní směsi (PPCCI) motoru - IV/2013.

Výsledky:
V1 Uvedení 2 motorových stanovišť pro motory nižšího výkonu do zkušebního provozu a ověření možností experimentálních kalibrací - I/2012.
V2 Uvedení 2 motorových stanovišť pro experimentální výzkum a motory vysokého výkonu do zkušebního provozu a ukončení základní investiční etapy - III/2012.
V3 Demonstrace a publikace vybraných optimalizačních postupů s využitím metod simulačně experimentální optimalizace – 8 publikací - IV/2012.
V4 Softwarový prostředek pro simulaci mechanických ztrát motorů, kalibrovaný podle experimentů; 1 publikace - IV/2012.
V5 Softwarový prostředek pro optimalizaci dvoudobých motorů; 2 publikace - IV/2012.
V6 Softwarový prostředek pro optimalizaci systémů přeplňování s turbodmychadly, mechanickými dmychadly a tlakovými výměníky, kalibrovaný podle experimentů; 2 publikace - II/2013.
V7 Softwarový prostředek pro optimalizaci nekonvenčních systémů spalování, zejména PPCCI, a to s vybranými alternativními palivy kalibrovaný podle experimentů; 2 publikace - IV/2013.

Milníky:
M1 Uvedení zařízení motorové zkušebny do zkušebního provozu - III/2012.
M2 Demonstrace a publikace (nejméně 8) vybraných optimalizačních postupů s využitím metod simulačně experimentální optimalizace - IV/2012.
M3 Systém řídicích algoritmů a postupu měření pro zjištění přímo neměřitelných nestacionárních veličin pohonových ústrojí ve formě výpočetních programů (autorizovaný software, 3 ks) - IV/2012.
M4 Dvě publikace k výsledkům spalování a vyvinutému softwaru; 2 patenty nebo užitné vzory - IV/2013.
M5 Zařízení pro tvoření směsi se vznětem částečně homogenní směsi (PPCCI) motoru - IV/2013.

Uživatelé:
Smluvní partneři Centra, z oboru zkušebnictví a homologací, výrobci motorů, vstřikovacích zařízení a turbodmychadel, výrobci příslušenství a výzkumné organizace činné v experimentálním výzkumu motorů.

Klíčové metodologické přístupy, klíčové výzvy, klíčové vybavení:
Metodologické přístupy: Kombinovaný 1-D/3-D přístup k simulaci procesů v motoru i jeho příslušenství. Využití nízkoteplotního spalování s dostatečně rychlým hořením v expanzi pro omezení škodlivin a pro zvýšení tepelné účinnosti motoru. Kompenzace sníženého výkonu při použití chudé směsi přeplňováním. Porovnání s dvoudobým cyklem. Zahrnutí mechanických ztrát a ztrát při výměně náplně válce do zhodnocení. Hodnocení na základě reálných provozních režimů, zjištěných při zkouškách vozidel. Formulace algoritmů přímé a inverzní metody simulace a optimalizace spalovacích motorů. Využití sběru dat v prostředí LabView. Využití kalibračních algoritmů pomocí optimalizací. Využití iterativního dopočtu neměřitelných veličin.

Klíčové výzvy: Průběžná (on-line) kalibrace simulačních programů inverzními algoritmy. Zjištění neměřitelných veličin (nestacionární teploty, proměnlivé složení plynu, nestacionární průtoky v pohyblivých částech strojů atp.) pomocí iterativní simulace poskytující minimální odchylky od měření. Časově efektivní výpočet na racionální úrovni fyzikální přesnosti s možností optimalizace. Zahrnutí zásadních vlivů pohonového agregátu do optimalizace. Využití alternativních paliv včetně plynných pro náhradu fosilních.

Klíčové vybavení:
K1 Dynamometry pro 4 rozdílné velikosti motorů (zkušební jednoválec, zážehové nebo vznětové motory osobních vozidel, vznětové nebo plynové zážehové motory lehkých nákladních vozidel a těžkých nákladních vozidel) s měřením a řízením, a to rychle proměnných veličin se snímači, emisními analyzátory, analyzátory částic, zřeďovacími tunely, zkušebními zařízeními na zneškodňování výfukových plynů,  zkoušením palivových systému pro kapalná i plynná paliva včetně směšování plynů, standardním vybavením pro nízkofrekvenční měření teplot, průtoků, tlaků, momentů atp.
K2 Zařízení pro zkoušení vozidel s vozidlovým dynamometrem pro osobní a lehké užitkové automobily, připojeným na zařízení pro zkoušení motorů.
K3 Zařízení pro rychlou přípravu prototypů řídicích systémů s nastavitelnými hradlovými poli a ovladači.
K4 Simulační vybavení s výkonným serverem.

Návaznosti:
Přímo navazuje na program 4. Souvisí s programy 2 a 3.