Prof. dr hab. inż. Sławomir Luft
Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny Im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu
Recenzja rozprawy doktorskiej mgr inż. Pawła Daszkiewicza
pt. „Badania możliwości poprawy wskaźników ekologicznych
silników o zapłonie samoczynnym zasilanym paliwami konwencjonalnymi z domieszką wodoru”
Podstawą opracowania recenzji jest pismo Pana Dziekana Wydziału Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej z dn. 29.04.2014 r.
Uwagi ogólne
Przedstawiona do recenzji praca jest zwartym opracowaniem liczącym 121 stron druku. Zaopatrzona jest wyborem cytowanej literatury o 104 pozycjach.
Swoje rozważania Autor przedstawił w 10 logicznie usystematyzowanych rozdziałach.
Praca dotyczy ciągle aktualnych zagadnień związanych z rozwojem konstrukcji tłokowego silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym, a w szczególności poznawania możliwości zmniejszenia emisji związków szkodliwych na drodze doboru paliw dotychczas niestosowanych .
Sam fakt poszukiwań możliwości poprawy wskaźników ekologicznych w dobie zaostrzania norm prawnych obowiązujących w tym zakresie świadczy o aktualności przyjętej przez Autora tematyki rozważań.
Przyjęcie przez Autora dodatków paliw gazowych tj. wodoru, mieszaniny propan-butan [LPG] oraz acetylenu C2H2 należy także uznać za dokonanie trafne, gdyż stosowanie paliw w fazie gazowej z reguły powinno sprzyjać poprawie składu spalin z punktu widzenia zawartości związków toksycznych.
Autor zaproponował logiczny tok procesu badawczego. Wykonał szereg charakterystyk obciążeniowych stężeń składników toksycznych, a także przeprowadził analizę procesu spalania w wyniku indykowania dla różnych przypadków zasilania:
- olejem napędowym z dodatkiem wodoru,
- olejem napędowym z dodatkiem wodoru i LPG, - olejem napędowym z dodatkiem wodoru i C2H2.
Na pozytywną uwagę zasługuje przyjęty logiczny szeroko zakrojony zakres prac badawczych na stanowisku hamownianym.
Ocena zasadnicza
Rozdział 1 i 2 Autor poświęcił analizie wyników dotyczących badań w zakresie poprawy wskaźników ekologicznych. Uzasadnił wagę zagadnienia poprzez przytoczenie perspektyw dalszego wzrostu eksploatowanych pojazdów napędzanych tłokowymi silnikami spalinowymi, omówienie zagrożeń dla środowiska wynikających z tego faktu, wykazanie wyraźnego wzrostu publikacji na ten temat.
W ten sposób przekonywująco uzasadnił potrzebę prowadzenia badań w omawianym obszarze tematycznym.
W tej części pracy Autor rozpatrzył także szereg problemów, występujących przy każdorazowej próbie zastosowania paliwa niekonwencjonalnego. Wskazał na:
gwałtowne „zaostrzenie” norm prawnych, omówił stosowane sposoby zasilania paliwami niekonwencjonalnymi, problemy towarzyszące współspalaniu wodoru i paliw dotychczas stosowanych, zakres niezbędnych modyfikacji silnika, zakres niezbędnych badań stanowiskowych i eksploatacyjnych silników wyposażonych w zmodyfikowany układ zasilania z dodatkiem paliw niekonwencjonalnych.
Rozdziały te uznaję za logicznie opracowane i wprowadzające niezbędną wiedże dla uzasadnienia i przekonania czytelnika o konieczności prowadzenia zaproponowanych badań.
Autor nie ustrzegł się w tych rozdziałach drobnych „potknięć” językowych czy też wydawniczych, i tak: sformułowanie „użytkowanie na najwyższym poziomie” (str.
12) – chyba powinno brzmieć: zużycie na najwyższym poziomie;
- wyraz nieeokologicznie – zawiera w zapisie błąd (str. 15) i inne zaznaczone na marginesie rozprawy na str. 17,18,24.
Rozdział 3 przybliża mechanizmy powstawania związków toksycznych.
Rozdział ten jest logicznie opracowany. Stanowi niezbędne kompendium wiedzy przydatne dla omawiania dalszych, prowadzonych przez Autora rozważań i badań. Jest opracowaniem opartym na wcześniej publikowanych wynikach badan innych autorów.
Rozdział 4 – poświęcony jest przybliżeniu własności wodoru a także przedstawia technologie wytwarzania tegoż paliwa. Rozdział ten należy także potraktować jako przydatny dla dalszych analiz zbiór informacji z wcześniej publikowanych badań i rozważań innych autorów.
Rozdział 5 zawiera jasno sformułowany cel pracy jako:
„określenie wpływu dodatku wodoru do paliw konwencjonalnego na poprawę wskaźników ekologicznych i parametrów pracy silnika”
a także równie jasno sformułowaną tezę o brzmieniu:
„Możliwa jest poprawa wskaźników ekologicznych silników o zapłonie samoczynnym zasilanych paliwami niekonwencjonalnymi z domieszką wodoru przy zachowaniu osiągów porównywalnych z osiągami silnika o zapłonie samoczynnym”.
W rozdziale tym zamieszczony jest jasno opracowany schemat postępowania dla rozwiązania postawionego celu naukowego w formie schematu rys. 5.1.
Wydaje się, że prezentowane na początku rozdziału „tezy pomocnicze” (str. 51) są po prostu sformułowaniami przedstawiającymi w sposób skondensowany wnioski z analiz literaturowych iw mojej ocenie tak je należało nazwać.
W rozdziale 6 Autor opisuje metodykę badań. Rozdział ten opracowany jest logicznie. W sposób jasny i zrozumiały przybliża metodykę postępowania w czasie badań. W rozdziale tym opisane są:
- obiekt badań (silnik badawczy AVL), - stosowane przyrządy pomiarowe, - analiza niepewności pomiarowej.
Rozdział ten jest bardzo starannie udokumentowany opisem urządzeń pomiarowych – wydaje się aż nazbyt dużą ilością szczegółowych danych technicznych tychże urządzeń.
Rozdziały 7, 8 i 9 są najważniejszymi i najbardziej wartościowymi rozdziałami pracy. Zawierają wyniki badań silnika zasilanego trzema różnymi dodatkowymi paliwami, tj.
- z dodatkiem wodoru
- z dodatkiem wodoru i LPG - z dodatkiem wodoru i C2H2.
Rozdziały te zawierają także wyniki badań silnika zasilanego standardowo olejem napędowym – co umożliwia dokonani niezbędnych porównań i analiz.
Dla wykonania niezbędnych charakterystyk Autor w części początkowej każdego przypadku badań opracowywał charakterystykę kąta początku wtrysku inicjującej zapłon dawki oleju napędowego. Przyjęcie tej zasady uznaje za bardzo słuszne, gdyż każdorazowa zmiana paliwa wobec związanych z tym zmian chociażby czasu zwłoki samozapłonu wymaga takiego właśnie postępowania.
Postępowania. Fakt ten świadczy o dojrzałości osoby planującej eksperyment badawczy.
W tej części pracy Autor zaprezentował wyniki badan dla opisanych czterech przypadków wynikających z przyjętych do badań rodzajów paliw i każdorazowo dla różnych (także czterech) udziałów stosowanych paliw dodatkowych.
Wyniki badań przedstawione są w formie czytelnych charakterystyk zmian zawartości składników szkodliwych w spalinach w funkcji momentu obrotowego, a także w formie czytelnych diagramów słupkowych.
Ponadto, dla każdego rodzaju stosowanego paliwa analizie podlegał także przebieg procesu spalania, którą to analizę Autor przeprowadził na podstawie zarejestrowanych przebiegów ciśnienia spalania. Wyniki tej części analiz przedstawione są także w formie bardzo czytelnych zależności ciśnienia w komorze spalania w funkcji kąta obrotu wału korbowego P[bar] = f() [o OWK].
Tu nasuwa się uwaga dotycząca opisu omawianych wykresów. Wydaje się, że w miejsce znajdującego się opisu „zmiany przebiegu procesu spalania…” lepszym opisem byłby tekst: przebieg zmian ciśnienia w komorze spalania w funkcji kąta obrotu wału korbowego.
Niezrozumiałym jest także zapis jednostki dotyczącej dawki wodoru [I/m] – tabele 7.2, 8.2 oraz 9.2.
Dla umożliwienia dogłębnej analizy uzyskanych wyników przydałaby się informacja na temat zmian udziałów energetycznych obu paliw tj. oleju napędowego oraz paliwa dodatkowego przy każdorazowej zmianie dawki tegoż paliwa dodatkowego. Informacja taka jest tym bardziej potrzebna, ze zawartość składników w spalinach zależy nie tylko od dawki na cykl tegoż paliwa dodatkowego, ale także od dawki oleju napędowego. Ta ostatnia musiała być zmieniana przy każdej zmianie dawki paliwa dodatkowego, a to z powodu potrzeby zachowania stałej prędkości obrotowej n (1000, 1500, 2000 [obr/min]). Znajomość wzajemnych udziałów energetycznych stosowanych obu paliw (każdorazowo oleju napędowego i paliwa dodatkowego) oraz wartość dawki energetycznej obu paliw na jeden cykl pracy przydałaby się także do wyjaśnienia wątpliwości powstałych przy analizie wykresów indykatorowych.
Zadać tu należy pytanie: Jak to jest możliwe, żeby przedstawione wykresy P = f() (rys. 7.18, 8.18, 9.18) różniły się co do charakteru przebiegu i uzyskanych ciśnień maksymalnych (widocznej „na oko” wartości pola odpowiadającego pracy indykowanej), a silnik stabilnie zachowywał stałą prędkość obrotową n [obr/min] oraz stałe obciążenie M [Nm]. Proszę Autora o wyjaśnienie zawartej w powyższym opisie wątpliwości.
Dla lepszego wyjaśnienia i uzasadnienia zaobserwowanych zależności przydałaby się znajomość zmienności i sumarycznego współczynnika nadmiaru powietrza dla analizowanych przypadków. Dane wyjściowe do wyliczenia tegoż współczynnika Autor z pewnością posiadał, świadczą o tym opisy pomiarów poszczególnych parametrów (zużycie paliw, zużycie powietrza, itp.).
Rozdział 10 – zakończenie i podsumowanie jest wynikiem starannej analizy wyników badań zamieszczonych w rozdziałach 7, 8 i 9. W rozdziale tym Autor stwierdza pośrednio, iż postawiona teza pracy jest fałszywa, gdyż rzeczywiście – bazując na pozytywnych wynikach badan należy zauważyć, że: „niemożliwa jest poprawa wskaźników ekologicznych silników o zapłonie samoczynnym zasilanych paliwami konwencjonalnymi z domieszką wodoru przy zachowaniu osiągów porównywalnych z osiągami silnika o zapłonie samoczynnym”
Rzeczywiście w przebadanym przypadku i stosowanych zakresach udziałów paliw dodatkowych zauważa się generalna zasadę, iż przy takich samych parametrach pracy silnika (n [obr/min] i M [Nm]) silniki zasilane dwupaliwowo charakteryzują się wzrostem emisji CO, HC, PM zaś w niektórych przypadkach spada emisja Nox.
Wydaje się, że sformułowanie podsumowujące jest jednak zbyt pesymistyczne.
Autor nie wykonywał przecież badań nad wpływem różnych udziałów obu stosowanych paliw (oleju napędowego i paliwa dodatkowego) w całym zakresie zmienności tychże udziałów. Badania dotyczyły ustalonych arbitralnie dawek opisanych w tabelach (7.2, 8.2 i 9.2).
Podsumowując- rozdział ten zawierający wnioski i spostrzeżenia Autora jest opracowany starannie, zaopatrzony w autorskie interpretacje uzyskanych wyników i jasno podsumowuje uzyskane wyniki badań.
Proponowałbym w tym miejscu podjęcie próby złagodzenia jednoznacznego, ostrego zanegowania tezy pracy i przeprowadzenie w przyszłości dalszych badań – chociażby dla szerszego zakresu udziałów paliw dodatkowych.
Podsumowanie recenzji
Przedstawiona do recenzji praca jest dojrzałą praca naukową, opartą na wynikach szeroko zakrojonych pracochłonnych badań stanowiskowych wykonanych z dużą starannością.
Praca dotyczy bardzo istotnego zagadnienia, jakim jest ochrona środowiska przed skażeniami wynikającymi z procesu spalania w tłokowych silnikach spalinowych.
Zauważone wątpliwości w ocenie rozdziałów 7, 8 i 9 dotyczące zwrócenia uwagi na udziały energetyczne obu rodzajów paliw, wartości dawki energetycznej na jeden cykl pracy, globalnego współczynnika nadmiaru powietrza sugerowałbym Autorowi wziąć pod uwagę w dalszych badaniach.
