ČVUT v Praze 1.4.2011

1. ČVUT v Praze 1.4.2011 MODERNÍ STROJÍRENSTVÍ VOZIDLA A MOTORY Ing. Branko REMEK, CSc. vedoucí provozu laboratoří U 12120 Ústav automobilů a spalovacích motorů a kolejových vozidel Fakulta strojní ČVUT v Praze

2. PROGRAM • Úvod • Historické základy oboru • Osobnosti – výuka a průmysl • Magisterské a doktorandské studium • Automobily silniční a terénní • Pístové spalovací motory • Kolejová vozidla • Evropská spolupráce – výuka a výzkum • Laboratoře a zkušebny ústavu • Uplatnění absolventů v praxi

3. První parovůz ve Střední Evropě Pražská Polytechnika (1736) Staré Město, Husova ul. Josef Božek, mechanicus 17.11.1815 – Královská obora Parní stroj Boulton-Watt

4. ČVUT v Praze – tradice přes 300 let • Kontinuita výuky ve spojení s technickou praxí - průmyslem • 1707 - Stavovský polytechnický institut • 1864 - Strojnictví – samostatný obor • 1920 - ČVUT – Fakulta strojní a elektrotechnická Zakladatelé dnešních oborů a kateder: • Katedra pístových strojů - Prof. Jan Košťál ČKD • Katedra automobilů - Prof. Jan Petránek Praga • Katedra automobilů a motorů - Prof. Josef Kožoušek Avia Nástup do nového tisíciletí v podmínkách sjednocené Evropy: • Bakalářské, magisterské a doktorské studium v EU • Ústav automobilů, spalovacích motorů a kolejových vozidel • Výzkumné centrum Josefa Božka – 2000 • Mezinárodní spolupráce EMAE • Mezinárodní společnosti EAEC, FISITA, SAE International

5. První automobil – Leopold Sviták (vzor Benz) Tatra 87 – 1936 – Erich Ledwinka Tatra 11 – 1923 a 57 – 1931 – Hans Ledwinka Podvozek – rám vozu Tatra 815 TerNo1 - 2009 NW – TATRA – 1850 - 2011

6. L&K – Škoda – 1895 - 2011

7. Praga – vůz na statisíce km 1907 (Kec – Petránek) - 2002 ←Typ V - 1911 - Ing.František Kec První úspěšný nákladní automobil Praga Piccolo - Ing. Jan Petránek Nejúspěšnější osobní automobil (42 sérií v letech 1924 – 1948) ← Typ V3S (Vojenský 3t Speciál) (250 000 vozů v letech 1953 – 1990)

8. Tradice a pokrok na kolejích • Od prvních strojíren První českomoravská, Ringhoffer – Tatra, Breitfeld – Daněk, přes strojírenské trusty ČKD (Českomoravská Kolben-Daněk) a Škoda • k dnešním Škoda Transportation Typ 15T =>

9. Slovenská strela - Tatra Hybridní přenos: Spalovací motor – elektrický generátor s rotujícím statorem + hnací elektromotor – výstup na kola

10. Vývoj pohonu vozidel Budoucnost: Podlahová plošina, hybridní nebo elektrický pohon, snad palivové články nebo spalovací motor Současnost: Samonosná karoserie a spalovací motor Minulost: Koňský povoz

11. STUDIUM OBORU • Na tříleté Bakalářské studium „Teoretické základy strojního inženýrství“ (předměty na vyšší úrovni) navazuje: - Magisterské studium (4 semestry + DP) obor „Dopravní technika“ s možnostmi volby předmětů pro zaměření: - pístové spalovací motory - silniční motorová vozidla - kolejová vozidla • Na Magisterské studium navazuje individuální: - Doktorské studium – 4 roky Jiná možnost je: Čtyřleté Bakalářské profesní studium „Konstruování pomocí počítače“, ale pro další magisterské studium je podmínkou přijímací zkouška!

12. „DOPRAVNÍ TECHNIKA“ Základní předměty oboru (pro všechna zaměření): • Teorie vozidel • Spalovací motory • Převodová ústrojí vozidel • Zkoušení vozidel a jejich částí • Kmitání mechanických soustav • Výpočetní metody dopravních strojů • Experimentální metody a zkoušení strojů • Dynamická pevnost a životnost, MKP

13. „MOTOROVÁ VOZIDLA“ Předměty pro užší zaměření: • Projekty - Diplom • Dynamika vozidel • Ústrojí vozidel • Elektrická zařízení • Pasivní bezpečnost • Mechanika mechanizmů • Konstrukce karoserií a rámů

14. Ústrojí pohonu AWD – Porsche Rozvodovka PN – Mezinápravový diferenciál – Rozvodovka ZN – Převodovka – Spojka - Motor

15. Mechatronika

16. Hybridní pohon vozidlaParalelní pohon: Motor + elektro Elektropohon a rekuperace Spouštění

17. Paralelní hybridní pohon Spojka Převodovka

18. „SPALOVACÍ MOTORY“ Předměty pro rozšíření základu: • Aplikovaná dynamika • Elektronika • Aerodynamika – CFD Předměty pro užší zaměření: • Projekty a Diplomová práce • Příslušenství motorů • Přeplňování a chlazení • Výpočetní metody

19. Pístový spalovací motor a jiné možnosti pohonu - alternativy • Varianty kinematiky mechanismu, např. krouživý píst Wankel - problémy s těsněním a průběhem spalování i účinností. • Spalovací turbina - neuplatnila se ani v ustáleném režimu práce v hybridním voze - účinnost omezená teplotou lopatek. • Motory s alternativními tepelnými oběhy (vnější spalování) • Parní oběh s vysokotlakým expandérem - parní stroj • Stirlingův pracovní oběh - motor Stirling • dosažení potřebného měrného výkonu, dynamiky a provozní účinnosti - Carnotův princip omezení účinnosti teplotou, dané např. materiály a provedením výměníků.

20. Zážehový motor (Otto) Palivo – fosilní i z biomasy - kapalné - benzín, etanol, metanol - plynné - metan CH4, LPG (P-B), CNG, H2 Exhalace – snadné odstranění CO, HC, NOx; v budoucnosti částice Nízká účinnost, větší množství skleníkového CO2 Motormanagement - kvantitativní regulace výkonu – zatím obvykle škrticí klapka – nízká účinnost v nízkém zatížení - zapalování – adaptivní regulace klepání - vícebodové vstřikování - Multipoint Injection - variabilní rozvod - VVT (Variable Valve Timing) Další vývoj: Přímé vstřikování a vrstvená směs – DISI Vzněcování chudé směsi při nízkém zatížení (CAI) Přeplňování a řízení kompresního poměru VVA

21. Vznětový motor (Diesel) Palivo fosilní kapalné i z biomasy – nafta, metylester řepkového oleje, DME, Fischer-Tropschův kerosen z biomasy, ... Exhalace – nesnadno odstranitelné NOx a částice, malá množství CO a HC, vysoká účinnost, menší emise CO2 - EGR = Exhaust Gas Recirculation a/nebo prachové filtry DPF a/nebo SCR = Selective Catalytic Reduction NOx (Euro 5) Motormanagement - regulace výkonu dávkou paliva a přeplňováním VGT - vícenásobné elektronicky řízené vstřikování UI nebo CR Další vývoj: - vícestupňové přeplňování a adaptivní vstřikování pro homogenní směs v nízkém zatížení (HCCI, HPLI) s integrovaným řízením spolu s EGR a variabilním rozvodem

22. Palivový článek - princip • Plynné palivo, např. vodík • Polopropustná membrána pro protony + katalyzátor • Elektr. energie mezi katodou a anodou – elektrony • Nutnost chlazení Exhalace: kyslík a voda

23. Možnosti vývoje motoru Technický a technologický vývoj Vývoj metod a metodik práce pístového spalovacího motoru Matematické modelování – konstrukce a materiál Počítačová simulace

24. Vývoj motoru Downsizing, trend snižování objemu motoru a vysoko- tlaké přeplňování! VGT

25. „KOLEJOVÁ VOZIDLA“ Předměty pro rozšíření základu: • Konstrukce vozidel • Pohony vozidel • Pojezdy vozidel Předměty pro užší zaměření: • Projekty - Diplom • Dynamická pevnost • Elektrická výzbroj • Technologie výroby

26. Kolejová vozidla • Dieselelektrická lokomotiva • Naklápění vozové skříně - systém zavěšení „Pendolino“

27. Vývoj kolejových vozidel Model (M 1:5) dvounápravového podvozku vagonu Měření příčných kmitů obou dvojkolí podvozku na nekonečné kolejnici (žluté kotouče)

28. DIPLOMOVÁ PRÁCE Aktivní bezpečnost vozidla – podpůrné systémy pro řidiče ACC (Adaptive Cruise Control a LAN (Lane Assistent) Laserový měřič vzdálenosti Turck LT3 na modelu vozidla SMALL pro zkoušky ovládání a reálných jízdních vlastností. Pracovní dosah: 0,3 až 5 m Frekvence: 4,5 Hz; 45 Hz; 450 Hz Lineární charakteristika Zdroj: Diplomová práce – M. Brda

29. EVROPSKÉ STUDIUM - EMAE http://www.emae.eu/indexcz.html Vozová zkušebna – aerodynamický tunel • EMAE – European Master in Automotive Engineering • Výuka v anglickém jazyku na FS – ČVUT (1 rok) • Výuka na partnerské vysoké škole v zahraničí (1 rok) • Pětiměsíční studijní pobyt ve výrobním podniku nebo výzkumném a vývojovém středisku v zahraničí

30. EMAE - Vstupní úroveň: bakalář technického zaměření První rok (2 semestry) Výuka na ČVUT v Praze v angličtině (součástí je intenzivní výuka jazyku) 3. semestr HAN Arnhem Nizozemí (A) ENSIETA Brest Francie (F) Přijímací řízení IFP IFP Paříž Francie (F)+(A) 4. semestr je věnován zpracování diplomové práce a 5ti měsíční stáži ve výrobním nebo výzkumném podniku kdekoli na světě Inženýrský diplom automobilové techniky Magisterské diplomy ze dvou zemí podle specializace ve 2. roce studia MASTER DEGREE IN AUTOMOTIVE ENGINEERING MASTER DEGREE IN AUTOMOTIVE ENGINEERING (F) – Studium ve francouzštině (A) – Studium v angličtině

31. EMAE – Příklad projektu Simulace jízdy v náročném provozu a automatizované řízení vozidla • Spolupráce s univerzitou HAN Nizozemí (Hogeschool van Arnhem en Nijmegen) • Vybavení pro zkoušky vzájemné komunikace vozidel • Reálná simulace jízdy na modelech vozidel v měřítku 1:5 • Optimální řešení pro bezpečnou změnu jízdního pruhu vozovky • Zjednodušený model reálného vozidla

32. Studentský projekt 2009/2010 • CTU CarTech Team – Formula Student / SAE • Jednotné technické předpisy mezinárodní formule • Vývojový tým tvořený pouze studenty oboru • Vlastní vedení i financování celého projektu • Nejlepší týmy z mistrovství Evropy postupují do finále!

33. DOKTORSKÉ STUDIUM Zapojení do činnosti VCJB, založeného v roce 2000 • Výzkumné centrum Josefa Božka - VCJB • Josef Bozek Research Center - JBRC • Ředitel - Prof. Ing. Jan MACEK, DrSc. • Soustředění univerzitních a jiných vývojových pracovišť v České republice: • Obory: Nové systémy pohonu Příprava a spalování směsi Alternativní paliva Mechatronika ve vozidlech Převodná ústrojí MV Inteligentní vozidlo

34. ČVUT v Praze a Výzkumné Centrum Josefa Božka

35. Laboratoře a zkušebny ČVUT - FS Praha 6 Pod Juliskou 1969 Praha 2 Karlovo nám. 1923 http://bozek.cvut.cz

36. Zkušebna VCJB – ČVUT v Praze • Zkoušky motorů zážehových – benzínových • Vývoj motorů • Životnost a spolehlivost • Dynamometr MEZ DS 736 • Měření spotřeby • Měření exhalací • Indikace tlaků

37. Zkušebna VCJB – ČVUT v Praze • Dynamometr MEZ DS 736 • Měření spotřeby • Měření exhalací • Indikace • Tepelná bilance • Elektronika

38. Zkušebna VCJB – ČVUT v Praze Plynový zážehový motor CNG matematický model zkušební stanoviště

39. Lineární spalovací motor • Patentová ochrana • Dvouválcový, dvoudobý motor se spřaženými písty, bez klikového mechanismu • Elektromechanický přenos energie • Lineární generátor elektrického proudu Vývoj v rámci VCJB - ČVUT Fakulta elektrotechniky FEL – ČVUT v Praze

40. Zkušebna VCJB – ČVUT v Praze Pasivní bezpečnost vozidla z hlediska řidiče i chodce • Strukturální analýza • Optimalizace zádržného systému • Střet chodce s vozidlem • Ochrana chodce

41. Zkušebna VCJB – ČVUT v PrazeSimulace a experiment • Počítačová simulace kolize chodce s automobilem • Zkušební zařízení vrhající model hlavy chodce proti vozu

42. Zkušebna VCJB – ČVUT v Praze • Ústrojí pohonu vozidel • Zkoušení spojek, převodovek, spojovacích hřídelí a náprav Otevřený zkušební stav => Uzavřený zkušební stav ↓

43. ČVUT - CVUM Centrum vozidel udržitelné mobility Projekt OP VaVpI - Regionální výzkumná centra ČVUT a OP PI Prosperita – VTP Roztoky a.s. (EU Structural Funds - 2013) • Nová výzkumná základna zaměřená • na ústrojí pohonu silničních vozidel • 4 stanoviště pro zkoušky motorů a/nebo elektrických pohonů včetně modelového stanoviště pro jednoválce s měřicími zařízeními pro přímou kalibraci simulačních programů, • 2 stanoviště pro mechanická a elektrická převodová/přenosová zařízení, • vozový dynamometr 4*4 s úplným vybavením pro simulaci provozních podmínek. • Optimalizace konceptů a výzkumu nástrojů parametrické optimalizace • budoucích motorů • hybridních pohonů s dělením výkonu a akumulací energie pro elektrická vozidla • pokročilé systémy adaptivního a prediktivního řízení.

44. Doktorandské studium Doktorandi a zaměstnanci VCJB-JBRC na světovém kongresu SAE Detroit – USA mají světu co nabídnout!

45. Uplatnění absolventa oboru – krok do reálného života Možnosti v České republice: • Základní výzkum Akademie věd ČR • Aplikovaný výzkum Benteller, Idiada, mbTec, Ricardo, Porsche Engineering Services • Základní vývoj Škoda Auto a.s., IVECO CZ, Siemens, SOR, Škoda-Transport, Tatra a.s. • Komponenty a příslušenství vozidel Bosch, ČZ, Hella, Honeywell Turbo Systems, Jihostroj, Motorpal, Pal International, PBS Turbo, Valeo, Visteon, TWR a další podniky SAP • Zkoušení vozidel Dekra, Tatra a.s., TÜV-SÜD Auto, • Prodej vozidel Zastoupení výrobců OICA • Provoz vozidel STK a EK, ČESMAD (dopravci) • Servisní služby Autoopravárenství, PHM

46. IVECO Czech – Irisbus (Karosa) 1895 SODOMKA 1905 Kočáry 1925 Karoserie 1948 Karosa n.p. 1990 Karosa s.p. 1994 Renault V.I. Irisbus = RVI+IVECO 2000 IRISBUS - Karosa 2007 IVECO – Irisbus 2009 IVECO Czech Republic Vysoké Mýto

47. Škoda Auto a.s. Mladá Boleslav • 1895 Laurin&Klement • 1905 Voiturette Typ A • 1925 Škoda Plzeň • 1928 Ing. Hrdlička Karel • 1954 LIAZ • 1964 Škoda 1000MB • 1987 Škoda Favorit Ing. Hrdlička Petr • 1993 VW Group Ing. Hrdlička Martin • 2011 Studie - Autosalon Genéve Výrobní závody: Mladá Boleslav, Kvasiny a Vrchlabí Výzkumné a vývojové středisko: Mladá Boleslav (Česana) Zkušební polygon: Úhelnice Prodejní a servisní centra v ČR a EU

48. TATRA a.s. Kopřivnice 1898 NW - Präsident 1919 Tatra (NW) 1920 Ringhoffer–Tatra 1923 Tatra 11 (Ledwinka) 1934 Tatra 77 (87, 97,107) 1944 Tatra T111 (138, 148) 1956 Tatra 603 1973 Tatra 613 (Vignale) 1980 Tatra T813 (T815) 2002 Tatra T815 - TerNo1 2005 Tatra T163 - Jamal 2009 Tatra T810 (rigid) Uplatnění: Kopřivnice Vývoj, výroba, zkušebna!

49. Futurologie a automobil • Populační exploze • Nerostné zdroje • Obnovitelné zdroje recyklace surovin • Ekonomika provozu • Ekonomika výroby • Životní prostředí • - Exhalace • - Hluk • - Globální oteplování • Sobeckost a lenost je hnací silou pokroku !

50. Studium na Ú-12120 FS - ČVUT Obor dopravní a manipulační technika – zaměření na automobily, spalovací motory a kolejová vozidla: Fakta: • Historická tradice • Vysoká úroveň studia • Světové osobnosti • Optimální podmínky pro: - studium - výzkum a vývoj - uplatnění absolventů Prof. Ing. Jan Macek, DrSc. vedoucí ústavu