p.t. Analiza parametrów szybkozmiennych i ekologicznych doładowanego silnika o zapłonie iskrowym w warunkach statycznych i podczas rzeczywistej

1

Dr hab. inż. Mariusz Wasiak, prof. nzw. PW Politechnika Warszawska

Wydział Transportu

Recenzja rozprawy doktorskiej mgra inż. Piotra Molika

p.t. Analiza parametrów szybkozmiennych i ekologicznych doładowanego silnika o zapłonie iskrowym w warunkach statycznych i podczas rzeczywistej

eksploatacji

1. Uwagi wstępne

Recenzja rozprawy została wykonana na zlecenie Rady Wydziału Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej, pismo Dziekana Wydziału Prof. dr hab. inż. Franciszka Tomaszewskiego z dn. 3 marca 2017 roku.

Praca będąca przedmiotem recenzji obejmuje:

 113 stron tekstu zasadniczego zawierającego 143 rysunków i 19 tabel,

 literaturę liczącą 104 pozycje krajowe i zagraniczne, w tym: 2 źródła internetowe (numer 100 i 101) oraz 10 publikacji współautorskich,

 wykaz skrótów i oznaczeń, streszczenie w języku polskim i obcym, jak również spis treści.

Promotorem rozprawy jest dr hab. inż. Paweł Fuć, profesor Politechniki Poznańskiej 2. Ocena doboru tematu oraz celu i zakresu rozprawy

Dobór tematu rozprawy jest właściwy, a realizacja tematu stanowi przykład poprawnie rozumianych badań stosowanych. Poruszona w pracy problematyka redukcji emisji spalin z transportu drogowego jest niezwykle ważka oraz aktualna. Zagadnienie to jest również wielowątkowe i złożone.

Wobec zwiększającej się pracy przewozowej transportu drogowego i jego niekorzystnego

wpływu na środowisko naturalne, konieczne jest ciągłe poszukiwanie bardziej skutecznych

metod ograniczenia negatywnego oddziaływania transportu drogowego na otoczenie. Metody

te z jednej strony dotyczą rozwiązań konstrukcyjnych pojazdów, zaś z drugiej m.in. zmian

organizacyjnych i legislacyjnych transportu drogowego. W praktyce należy dążyć do łączenia

ze sobą tych rozwiązań. Istotne są przy tym możliwe do uzyskania dzięki nim korzyści

środowiskowe. Ponadto zmiany konstrukcyjne pojazdów (przede wszystkim silnika oraz

układu zasilania i układu wydechowego) są wymuszane przez kolejne, coraz bardziej

restrykcyjne normy emisji spalin, w tym wprowadzane we wrześniu 2017 roku. Doktorant

w swojej pracy skupił się na identyfikacji zakresu spełniania przyszłych norm emisji spalin

przez obecnie eksploatowane pojazdy zasilane silnikami spalinowymi o zapłonie iskrowym

z wtryskiem bezpośrednim oraz technicznych metodach redukcji emisji zanieczyszczeń z tych

silników. Przeprowadził on badania laboratoryjne i drogowe parametrów doładowanego

silnika o zapłonie iskrowym oraz, ze względu na stwierdzone przekroczenia norm emisji

cząstek stałych, zaproponował zmiany w układzie oczyszczania spalin. Rozwiązanie to

zostało następnie sprawdzone w testach laboratoryjnych wykonanych wg autorskiej metodyki.

2

Wykonane w pracy badania oraz analizy potwierdziły, wymaganą według nowych norm, skuteczność ekologiczną opracowanego przez doktoranta rozwiązania.

Opisane w dysertacji badania oraz analizy wykonane zostały przy uwzględnieniu autorskiej metody oceny zakresów pracy silnika. Metoda ta ma charakter uniwersalny oraz wzbogaca tym samym warsztat badawczy dla rozwiązywania podjętego w pracy problemu. Ponadto doktorant, przy uwzględnieniu aktualnych uwarunkowań prawnych, opracował własną metodykę badań drogowych rzeczywistej emisji spalin. Tym samym, poza rozwiązaniem problemu praktycznego, praca dostarcza także nowych narzędzi do badań emisji spalin z transportu drogowego, które są zgodne z przyszłymi regulacjami prawnymi w tej materii.

Zaproponowana przez mgra inż. Piotra Molika metodyka została zastosowana do rozwiązania rzeczywistego problemu redukcji emisji cząstek stałych z silników o zapłonie iskrowym z bezpośrednim wtryskiem paliwa poprzez zastosowanie filtra cząstek stałych wraz z reaktorem trójfunkcyjnym. Dowiedziono tym samym możli- wość stosowania jej w praktyce także do oceny innych rozwiązań technicznych.

Złożoność i wielowątkowość podjętego w pracy zagadnienia wynika z jednej strony ze zmian wymagań prawnych stawianych produkowanym pojazdom, zaś z drugiej strony z wielu opracowanych do tej pory metod poprawy ekologicznych cech pojazdu drogowego. Metody te mają różną skuteczność oraz niekiedy, redukując emisję jedne- go składnika spalin, mają niekorzystny wpływ na emisję innych składników spalin.

Zatem cechy techniczne i ekonomiczne tych rozwiązań sprawiają obiektywne trud- ności w jednoznacznej ich ocenie.

Zmiany regulacji prawnych dotyczących badań emisyjności pojazdów drogowych spowodowały konieczność, z jednej strony zaproponowania metodyki przeprowa- dzania tych badań według nowych wymagań, zaś z drugiej oceny przekroczeń emisji szkodliwych składników spalin z pojazdów drogowych oraz identyfikacji koniecznego zakresu dostosowania pojazdów do nowych wymagań. Tym samym Doktorant trafnie zidentyfikował lukę badawczą oraz postarał się ją wypełnić.

Stąd też pozytywnie oceniam wybór tematu dokonany przez Doktoranta.

Cel główny rozprawy w rozdziale 1 został sformułowany następująco „analiza parametrów ekologicznych doładowanego silnika o zapłonie iskrowym z bezpośrednim wtryskiem paliwa”. Jednak bliższy merytorycznej zawartości pracy jest jej cel naukowy sformułowany jako „określenie metodologii analizy parametrów ekologicznych i termodynamicznych zarejestrowanych w warunkach rzeczywistej eksploatacji pojazdu pod kątem modyfikacji układu oczyszczania spalin doładowanego silnika o zapłonie iskrowym do wymagań kolejnych norm emisji spalin”. Zastanawia powód definiowania tych dwóch różnych celów pracy, tj. jej celu głównego oraz celu naukowego. Zwarzywszy na zakres recenzowanej pracy oraz jej temat można by uwzględnić w niej wyłącznie jeden cel określony w niej, jako cel naukowy pracy. Badania opisane w recenzowanej pracy prowadzą do identyfikacji oraz oceny metody redukcji emisji wybranych zanieczyszczeń z pojazdów zasilanych silnikami benzy- nowymi z bezpośrednim wtryskiem paliwa. Badania te są odpowiedzią na planowane zmiany regulacji prawnych.

Doktorant zrealizował zadania badawcze obejmujące m.in.:

 analizę obecnych i przyszłych wymagań pod względem emisyjności pojazdów drogowych oraz metod jej badania,

 analizę i ocenę proekologicznych rozwiązań technicznych stosowanych w doładowanych

silnikach o zapłonie iskrowym,

3

 analizę parametrów szybkozmiennych procesu spalania w doładowanych silnikach o zapłonie iskrowym,

 propozycję metodyki oceny rzeczywistej emisji spalin przez środki transportu drogowego wyposażone w doładowane silniki o zapłonie iskrowym,

 propozycję zmian konstrukcyjnych układu wydechowego doładowanych silników o zapło- nie iskrowym,

 badania własne emisji spalin ze środków transportu drogowego w warunkach laborato- ryjnych oraz w testach drogowych,

 zastosowanie opracowanej metodyki do oceny skuteczności zaproponowanych zmian w układzie wydechowym doładowanego silnika o zapłonie iskrowym.

Uważam, że cel naukowy rozprawy został sformułowany poprawnie i stanowi właściwe nawiązanie do tematu pracy. Z celu naukowego rozprawy wynika jej układ i struktura.

Odnosząc się do oceny tej części rozprawy uważam, że cel rozprawy, układ i struktura sformułowane są poprawnie i wystarczająco dla rozpraw doktorskich.

Rozprawa doktorska została podzielona na sześć rozdziałów.

W rozdziale pierwszym Doktorant scharakteryzował obszar badawczy. Przedstawił przesłanki podjęcia tematu oraz cel i zakres pracy. Zaakcentowane tu zostały problemy wynikające z rozwoju ruchu drogowego oraz regulacje prawne ograniczające emisję składników spalin wraz z przyjętymi planami ograniczenie emisji spalin z transportu drogowego. Ponadto zwrócona została uwaga na wpływ rozwiązań technicznych na poziom emisji spalin.

Doktorant odniósł się tu również dość zwięźle do aktualnych krajowych i zagranicznych badań. Rozdział ten stanowi zatem dość obszerne uzasadnienie podjęcia tematyki badawczej.

Ponadto została tu szczegółowo wyjaśniona przyjęta przez doktoranta metodyka. Tym samym rozdział pierwszy można uznać za dobrą podstawę do dalszych rozważań.

Kolejny, drugi rozdział zawiera syntetyczny opis sposobów redukcji emisji zanieczyszczeń z pojazdów drogowych, w tym przede wszystkim zasilanych doładowanymi silnikami o zapłonie iskrowym. Opisane tu zastały aktualne i przyszłe wymagania w zakresie limitów emisji zanieczyszczeń oraz metod badań emisji spalin, jak również główne przyczyny zwiększonej emisji spalin i proekologiczne rozwiązania techniczne silników spalinowych oraz ich układu zasilania i układu wydechowego. Część z informacji zamieszczonych w tej części rozprawy jest zbyt ogólnie powiązanych z tematem pracy. Na przykład dla zaprezentowanych silników spalinowych 2016 roku nie zostały określone ich parametry ekologiczne. Zwarzywszy na zasadniczą część pracy, kłopotliwe jest tu również określanie idei stosowania filtrów cząstek stałych w układach wydechowych doładowanych silników o zapłonie iskrowym jako „najgorszego scenariusza” poprawy parametrów ekologicznych tych silników (s. 24). Tym nie mniej w rozdziale drugim, na podstawie dość obszernego przeglądu literatury, zostały zidentyfikowane współczesne problemy w zakresie parametrów ekologicznych analizowanych w pracy silników oraz metody rozwiązania tych problemów.

Jedna ze zidentyfikowanych metod została poddana szczegółowym analizom w zasadniczej

części pracy.

7

9. Ocena końcowa rozprawy

Rozprawa została napisana ze znajomością przedmiotu i nowoczesnych metod rozwiązywania zagadnień oraz zawiera wiele oryginalnych wyników badań, jak również oryginalną metodę prowadzenia badań drogowych rzeczywistej emisji spalin z pojazdów drogowych i oryginalne rozwiązanie zapewniające uzyskanie wymaganych w nowych przepisach ekologicznych para- metrów pracy doładowanych silników z zapłonem iskrowym. Elementy te stanowią własny dorobek naukowy Doktoranta.

Cel pracy został osiągnięty, zarówno pod względem naukowym jak i praktycznym.

Przedłożone w pracy wyniki badań, zaproponowana i zweryfikowana metoda oraz zaprojek- towane rozwiązanie techniczne stanowią istotne osiągnięcie Doktoranta w obszarze metod ograniczania emisji zanieczyszczeń z silników spalinowych. Zaproponowane w rozprawie rozwiązane techniczne może być stosowane w praktyce celem spełnienia bardziej restryk- cyjnych norm emisji spalin.

Ponadto mgr inż. Piotr Molik posiada wiedzę teoretyczną, zdolności koncepcyjne oraz umie- jętności właściwe dla samodzielnego formułowania i rozwiązywania naukowych problemów badawczych.

Rozprawa spełnia, więc warunki przewidziane w Ustawie z dnia 14 marca 2003 o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki, wraz z jej później- szymi zmianami (Dz. U. 2003, Nr 65, poz. 595). Stawiam zatem wniosek o przyjęcie opraco- wania przedstawionego do recenzji – jako rozprawy na stopień doktora nauk technicznych w dyscyplinie budowa i eksploatacja maszyn oraz dopuszczenie jej do publicznej obrony.

Warszawa, dn. 27.03.2017 r. Dr hab. inż. Mariusz Wasiak, prof. nzw. PW