Instytut Silników Spalinowych i Transportu Wydział Maszyn Roboczych i Transportu Politechnika Poznańska
RECENZJA
rozprawy doktorskiej mgra inż. Krystiana Łabędzia pt. „Analiza parametrów ekologicznych pojazdów
zasilanych sprężonym gazem ziemnym (CNG) w rzeczywistych warunkach eksploatacji”
(promotor: dr hab. inż. Jacek Pielecha, prof. PP)
Recenzja została opracowana na zlecenie Rady Wydziału Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej, reprezentowanej przez prof. dr hab. inż. Franciszka Tomaszewskiego – Dziekana Wydziału, na podstawie pisma nr DR-63/471/01/2014 z dnia 30 września 2014 r. dostarczonego wraz z rozprawą doktorską.
1. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA ROZPRAWY
Postępujący od szeregu lat proces zaostrzania dopuszczalnych norm w zakresie toksycznych składników spalin i zużycia paliwa przez obecnie eksploatowane pojazdy, powoduje poszukiwanie działań obejmujących całokształt problemów związanych z optymalizacją procesu spalania w tłokowym silniku spalinowym – dotąd powszechnym środkiem napędu samochodów. Doskonalenie konstrukcji, wprowadzenie systemów ograniczających powstawanie związków toksycznych w efekcie skutkującym wprowadzeniem wysokoefektywnych układów katalitycznego oczyszczania spalin, czy też stosowanie paliw alternatywnych to jedne z dróg sprostania tym wymaganiom.
Transport samochodowy odgrywa znaczącą rolę w rozwoju światowej gospodarki:
wykorzystuje on niemalże 80% energii zużywanej przez wszystkie środki transportu, a jednocześnie jest odpowiedzialny za 20–25% światowej emisji dwutlenku węgla (z emisją CO2 bezpośrednio związane jest zużycie paliwa przez pojazdy). Eksploatowane samochody przyczyniają się do zanieczyszczenia atmosfery w około 30%, a w dużych miastach nawet w 90%. Szacuje się również, że pojazdy silnikowe są odpowiedzialne za emisję około 12%
gazów cieplarnianych w Europie. Zatem wszelkie działania, polegające na ograniczeniu skali tego zjawiska są uzasadnione.
Rozprawa doktorska wpisuje się w aktualność problematyki dotyczącej poszukiwania nowych koncepcji napędów środków transportu ukierunkowanych na rozwiązania proekologiczne i paliwa alternatywne. Doktorant, mgr inż. Krystian Łabędź podjął w pracy właśnie taki temat, stawiając sobie za jej cel analizę parametrów ekologicznych pojazdów zasilanych sprężonym gazem ziemnym w rzeczywistych warunkach ruchu. Szczególny nacisk położono na porównanie parametrów ekologicznych w stosunku do pojazdów zasilanych benzyną.
Rozprawa liczy 136 stron tekstu (z pojedynczym odstępem między wierszami) obejmującego 7 rozdziałów, wykaz symboli i oznaczeń oraz spis literatury zawierający 111 pozycji.
We wprowadzeniu i ogólnej charakterystyce rozprawy (rozdział 1) Doktorant wprowadza w jej obszar tematyczny opisując krótko procesy wymuszające potrzebę rozwoju badań cech ekologicznych w transporcie samochodowym i dokonując ogólnego sformułowania zakresu swej rozprawy. Kolejny rozdział obejmuje opis zagadnień tworzenia mieszanki i spalania w silnikach o zapłonie iskrowym zasilanych gazem ziemnym. Zawarto w nim również klasyfikację systemów zasilania gazem ziemnym oraz scharakteryzowano rozwiązania konstrukcyjne pojazdów zasilanych gazem ziemnym.
W dalszych rozdziałach zawarto szczegółową metodykę badań, opisano obiekty badań oraz warunki przeprowadzenia poszczególnych etapów testów emisyjnych i zastosowaną aparaturę. Wykorzystano aparaturę pomiarową zarówno do pomiaru związków gazowych, jak i cząstek stałych – zarówno w odniesieniu do pomiaru masy, liczby cząstek oraz ich rozkładu średnicowego. Wykonane badania podzielono na kilka etapów, z których jednoznacznie wynikają korzyści ekologiczne pojazdów zasilanych sprężonym gazem ziemnym, a jednocześnie wskazano aspekty, które są gorsze w porównaniu z zasilaniem silnika benzyną.
Rozdział 6 pt. „Wyniki badań własnych i ich analiza” jest najcenniejszym w całej pracy (wraz z opisem metodyki badań stanowi ponad 50% całości pracy). Zawarto w nim informacje dotyczące analizy wyników badań drogowych w rzeczywistych warunkach ruchu, mające na celu określenie zależności między parametrami emisyjnymi pojazdów. Badania wykonano w kilku etapach, z których najważniejsze to: badania podczas rozruchu i nagrzewania się silnika w różnych temperaturach otoczenia dla różnych rodzajów rozruchu:
zimnego i gorącego, badania emisji zanieczyszczeń pojazdów w zmiennych warunkach ruchu drogowego na kilku wybranych trasach, zarówno podczas testów zimowych, jak i letnich;
porównanie emisyjne pojazdów o różnych klasach emisyjnych i różnych przebiegach całkowitych, próba oceny parametrów ekologicznych pojazdów zasilanego sprężonym gazem ziemnym z różnymi reaktorami katalitycznymi, badania porównawcze pojazdów z fabryczną instalacją sprężonego gazu ziemnego oraz montowaną poza wytwórnią. Przydatność tych analiz zilustrowano licznymi przykładami, dokonując przy tym porównania wyników i wskazując na występujące, z reguły dość znaczne różnice. Metodyka badań jest unikatowa w warunkach zarówno krajowych, jak i zagranicznych i wymaga szczególnego podkreślenia, co pozwala uznać Doktoranta za specjalistę w tej dziedzinie.
W zakończeniu przedstawiono podsumowanie rozprawy, zestawiono wynikające z niej bardzo liczne wnioski i wskazano na osiągnięcie celu rozprawy. Wnioski odnoszą się głównie do aspektów ekologicznych związanych z zasilaniem sprężonym gazem ziemnym pojazdów samochodowych, jednak cześć z nich ma charakter uniwersalny i może znaleźć zastosowanie także dla innych pojazdów. Sformułowane wnioski mają charakter porównawczy. Podano też kierunki dalszych prac, jakie są możliwe dla uzupełnienia zagadnień ujętych w rozprawie.
2. OCENA ROZPRAWY
2.1. Uwagi ogólne
Pod względem merytorycznym i metodycznym pracę oceniam wysoko, gdyż ogólnie odpowiada postawionemu celowi i jest dostosowana do obowiązujących w tym zakresie wymogów. Układ logiczny treści rozprawy jest przejrzysty a prezentowane treści są ze sobą dobrze powiązane z konsekwentnie przestrzeganym układem rozpatrywanych zagadnień.
Autor dokonał wyjątkowo szerokiej prezentacji wyników swych rozważań, dokładnie i kompetentnie (a wielu fragmentach wręcz drobiazgowo) opisał przeprowadzane badania oraz umiejętnie nadał ich wynikom charakter danych przydatnych dla praktyki rozwoju pojazdów zasilanych sprężonym gazem ziemnym.
Wnioski z przeprowadzonych analiz i badań na obiektach rzeczywistych są sformułowane trafnie i adekwatnie do ich zakresu i charakteru. Całość pracy cechuje staranna jej redakcja i dobry styl pisarstwa. W zakresie omawianych zagadnień występują akcenty praktyczne wywodzące się z dobrego rozeznania Autora w zakresie rozpatrywanej problematyki.
Najważniejsze osiągnięcia pracy to:
1. Sformułowanie ciekawego, dotychczas niezbadanego i nieopisanego w literaturze problemu oceny emisyjności pojazdów samochodowych zasilanych gazem ziemnym w rzeczywistych warunkach ruchu.
2. Zastosowanie oryginalnej metodyki tworzenia i oceny badań pojazdów zasilanych gazem ziemnym do oszacowania ich wskaźników i charakterystyk emisji spalin.
3. Zaimplementowanie aparatury pomiarowej zintegrowanej w mobilne laboratorium pomiarowe do badania parametrów emisji spalin pojazdów zasilanych gazem ziemnym w rzeczywistych warunkach ich użytkowania.
4. Badania parametrów ekologicznych pojazdów podczas rozruchu i nagrzewania się silnika w różnych temperaturach otoczenia dla różnych rodzajów rozruchu: zimnego i gorącego.
5. Badania parametrów ekologicznych pojazdów w zmiennych warunkach ruchu drogowego na kilku wybranych trasach, zarówno podczas testów zimowych, jak i letnich.
6. Badania parametrów ekologicznych pojazdów o różnych klasach emisyjnych i różnych przebiegach całkowitych.
7. Ocena parametrów ekologicznych pojazdów zasilanego sprężonym gazem ziemnym z reaktorami katalitycznymi o różnym okresie eksploatacji.
8. Badania porównawcze parametrów ekologicznych pojazdów z fabryczną instalacją sprężonego gazu ziemnego oraz montowaną poza wytwórnią.
9. Przeprowadzenie badań w odniesieniu do masy i liczby cząstek stałych, które nie są limitowane obecnie z pojazdów zasilanych gazem ziemnym. Jednakże dowodzi to szerszego spojrzenia Doktoranta na kwestię ochrony środowiska, a jednocześnie śledzenie perspektywicznych zmian w przepisach toksyczności spalin.
10. Staranne i przejrzyste wykonanie pracy. Poprawny język techniczny i konsekwencja w stosowanej terminologii.
Budzi jednak pewien niedosyt lub zastrzeżenia kilka fragmentów rozprawy, które nie obniżają mojej ogólnej, bardzo pozytywnej oceny wszystkich aspektów pracy (wyboru tematu, uzasadnienia, analiz, przeprowadzonych badań, wnioskowania, itp.).
1. Brak dogłębnej analizy zmian stosowanych rozwiązań w pojazdach zasilanych gazem w stosunku do pojazdów zasilanych benzyną. W jednym przypadku podano tylko zasadnicze cechy konstrukcyjne bez szerszej ich analizy. Nie podano np. zmian w
stosunku do parametrów sterowania zasilania paliwem, czy np. układu oczyszczania spalin.
2. Nie podano dokładnych charakterystyk badanych pojazdów. Nie wiadomo nic o okresie i sposobie eksploatacji pojazdów o różnych przebiegach; czy były prowadzone przeglądy techniczne, naprawy itp. Czy były to te same pojazdy (badane w różnych okresach), czy różne pojazdy badane w tym samym czasie. Uwaga ta dotyczy pojazdów o tożsamej klasie emisyjnej zasilanych gazem ziemnym.
3. Brak w pracy analizy wyboru tras badawczych, a także brak weryfikacji ich reprezentatywności. Na uwagę zasługuje to, że np. maksymalna prędkość jazdy na trasie w „dużej aglomeracji miejskiej” jest większa niż w „trasie pozamiejskiej”
4. Brak analizy dokładności pomiarowych mierzonych parametrów oraz dokładności uzyskiwanych wyników. Wyniki w tych testach nie są poparte analizą przyczynowo- -skutkową. Ograniczono się jedynie do przedstawienia wyników badań – w sensie sprawozdawczym. Szersza analiza pozwoliłaby uwidocznić przyczyny różnic w emisji zarówno gazowych związków szkodliwych i cząstek stałych.
5. Brak analizy dokładności wyników pomiarów. Autor nie odnosi się krytycznie do uzyskanych wyników, a w niektórych przypadkach uzyskane wyniki nie rozstrzygają jednoznacznie o zaletach rozpatrywanego zasilania benzyną lub gazem ziemnym.
Brak również opisu, czy wyniki badań uzyskano w tylko w jednym cyklu badań, czy jest to średnia z większej liczby badań. Nie podano również w jakich warunkach badania zostały wykonane, np. brak informacji o natężeniu ruchu, o dniu tygodnia, o czasie badań. Warunki te mogą (jednakże nie stwierdzono tego w pracy) warunkować otrzymane wyniki.
2.2. Uwagi szczegółowe
Rozprawa jest starannie opracowana pod względem redakcyjnym, jednakże Autor nie ustrzegł się pomyłek literowych i interpunkcyjnych. Zwraca uwagę ogólnie poprawny zapis jednostek miar i dobra czytelność zamieszczonych (w dużej liczbie) rysunków. Terminologia stosowana w pracy jest ogólnie poprawna i konsekwentnie przestrzegana. Zauważone nieścisłości przekazałem Doktorantowi w bezpośredniej rozmowie.
3. PODSUMOWANIE
Na podstawie analizy treści stwierdzam, że oceniana praca mieści się w dyscyplinie naukowej transport.
Głównym celem rozprawy była analiza parametrów ekologicznych pojazdów zasilanych sprężonym gazem ziemnym w rzeczywistych warunkach ruchu takich pojazdów. W związku z tym, że samochody osobowe zasilane CNG wykorzystuje się głównie w pobliżu lokalizacji stacji tankowania (duże aglomeracje miejskie) największy nacisk w pracy położono na wyznaczenia aspektów ekologicznych właśnie w takich warunkach. Temat dysertacji jest ważny w eksploatacji pojazdów zasilanych gazem ziemnym, a uzyskane wyniki mogą być w przyszłości wykorzystane w praktyce przy badaniach pojazdów zasilanych paliwami alternatywnymi. Równocześnie temat rozprawy jest niedostatecznie opisany w literaturze a sam sposób rozwiązania tematu jest oryginalnym rozwiązaniem Autora i stanowi o niewątpliwej wartości pracy. Zadanie, którego podjął się Autor należy do trudnych, bowiem jego realizacja wymagała zastosowania nowoczesnych technik pomiarowych i wykonania skomplikowanych badań. Z tego powodu podjęcie się tak trudnego zadania przez Autora uważam za cenną wartość pracy.
W rozwiązywaniu zadania Autor wykazał się samodzielnością w formułowaniu oryginalnych problemów naukowych i ich rozwiązywaniu oraz umiejętnością prowadzenia unikatowych eksperymentów badawczych. Przeprowadzone rozważania teoretyczne i uzyskane wyniki badań są przekonywujące i w pełni potwierdzają realizację celów pracy.
Pod względem metodologicznym praca jest prawidłowa. Autor potwierdził umiejętność prowadzenia badań i analiz w sposób uporządkowany i metodyczny oraz prawidłowe podejście do interpretacji wyników. Na podkreślenie zasługuje również wysoki poziom redakcyjny i edytorski pracy.
Zawarte w opinii uwagi krytyczne nie wpływają na ogólną pozytywną ocenę pracy. Należy zaznaczyć równocześnie, że niektóre z uwag mają charakter dyskusyjny czy wyjaśniający lub stanowią alternatywne podejście do zagadnienia.
W podsumowaniu stwierdzam, że rozprawa mgra inż. Krystiana Łabędzia pt. „Analiza parametrów ekologicznych pojazdów zasilanych sprężonym gazem ziemnym (CNG) w rzeczywistych warunkach eksploatacji” spełnia wymagania stawiane pracom na stopień doktora nauk technicznych, w rozumieniu art. 13 ustawy z dnia 14 marca 2003 o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki. Stawiam zatem wniosek o dopuszczenie mgra inż. Krystiana Łabędzia do publicznej obrony ocenianej dysertacji.
