Doctoral Thesis

Crank mechanism with a high mechanical efficiency

Final Thesis 12.01 MB Summary of Thesis 1.89 MB

Author of thesis: Ing. Lubomír Drápal, Ph.D.

Acad. year: 2021/2022

Supervisor: prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc.

Reviewers: prof. Ing. Jiří Tůma, CSc., doc.Ing. Karel Páv, Ph.D.

Abstract:

This document describes the possibilities of increasing the mechanical efficiency of the crank train of an internal-combustion engine. For this purpose, a concept with a reduced number of main bearings is chosen and its contribution is verified experimentally. The proposed solution consists of an innovative crankshaft design of a four-cylinder spark-ignition engine with only three main journal bearings and laser-welded sheet metal crank webs. The new design is compared to the mass-produced one in terms of friction losses, vibrations and loading of engine parts by means of simulations of crank train dynamics using the Multi-Body System. The increase in vibration, accompanied by a reduction in friction losses, is compensated by a torsional vibration damper and its effect is experimentally verified. Experimental research of laser welds on the crankshaft in terms of fatigue life is also described. The overall potential is also summarised and further possible development of this innovative and patented design is outlined.

Keywords:

crank train, friction losses, mechanical efficiency vibration, crankshaft, Multi Body System, torsional damper, laser welding

Date of defence

13.01.2022

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Hlavním přínosem DP je zásadní přínos k vytvoření nové koncepce klikového mechanismu umožňujícího významně snížit mechanické ztráty. Tato koncepce je ověřena dílčími technickými experimenty a rovněž podložena dvěma patenty. Doktorand v rámci své disertační práce prezentpval své schopnosti při výzkumu a vývoji nekonvenčního klikového mechanismu, předvedl analýzy aktuálního stavu dané problematiky a ukázal potenciální aplikaci výsledků. Komise požaduje úpravy tezí disertační práce, které zahrnují přidání cílů disertační práce a upřesnění popisů obrázků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Machines and Equipment (D4Z-K)

Field of study

Design and Process Engineering (D-KPI)

Composition of Committee

prof. Ing. Pavel Novotný, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Jiří Tůma, CSc. (člen)
doc. Ing. Karel Páv, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)

Viz posudek v pdf
File inserted by supervisor Size
Posudek vedoucího práce [.pdf] 36,57 kB

Reviewer’s report
prof. Ing. Jiří Tůma, CSc.

Viz posudek v pdf
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 61,95 kB

Reviewer’s report
doc.Ing. Karel Páv, Ph.D.

Viz posudek v pdf
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 60,52 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová