Bachelor's Thesis

Ignition system with pre-chamber

Final Thesis 1.82 MB Appendix 925 B

Author of thesis: Ruben Fonai

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. David Svída, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Beran

Abstract:

This bachelor’s thesis focuses on the design of a passive prechamber ignition system for a turbocharged gasoline engine. This system is designed for a modern powertrain that typically uses a conventional ignition system. The aim of the thesis is to design the structure and optimal geometry of the prechamber, which will allow for the installation of a compact spark plug and the use of a system of connecting channels for efficient flushing and rapid flame propagation, while maintaining the mounting and functional connections to the original cylinder space. The thesis also includes a literature review focused on historical and modern prechamber systems, which serves as the basis for the design section. The result is a 3D model of the final prechamber solution created based on a scanned combustion chamber, which takes into account the specified design requirements for optimizing volume proportions and paves the way for further simulation and experimental testing.

Keywords:

pre-chamber ignition, passive pre-chamber, gasoline engine, 1.5 TSI, design, turbulent flame propagation.

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaEznamka

Grading

E

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s průběhem a výsledky své závěrečné práce. Následně zodpověděl otázky oponenta: Zamýšlel se student nad tím, zda je zvolená zapalovací svíčka vhodná pro silně tepelně zatížený přeplňovaný motor? Nepřipadá mu vzdálenost mezi elektrodami svíčky v jeho návrhu příliš velká? Jedná se o záměr? -Zodpovězeno Mohl by student blíže prezentovat vnitřní část návrhu č. 1? Z obr. 15 není zřejmé, jak je zakončen vnitřní závit a jak je řešena přechodová hrana ke komůrce. Může student komisi seznámit s tím, jak by obě varianty vyráběl a jaké materiály by pro ně zvolil? -Zodpovězeno částečně Dále odpovídal na otázky členů komise: Proč to chcete navrhovat jako tištěný díl na 3d tiskárně? Stačila by přesnost této metody? -Zodpovězeno částečně V čem cítíte vlastní přínos? Jaká je inovace? -Nezodpovězeno Byly provedeny simulace proudění? Co bylo počítáno? -Zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Engineering (B-STR-P)

Specialization

Machine and Equipment Construction (SSZ)

Composition of Committee

doc. Ing. Pavel Kučera, Ph.D. (předseda)
Ing. Aleš Prokop, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Lubomír Drápal, Ph.D. (člen)
Ing. Michael Böhm, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Vacula, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. David Svída, Ph.D.

Bakalářská práce pana Rubena Fonaie se zabývá popisem a konstrukcí zapalovací předkomůrky pro zážehový spalovací motor.
Zpracování tématu předpokládalo, že student provede pečlivou rešerši současného stavu poznání v této oblasti a následně pro vybraný spalovací motor vypracuje samotný koncepční návrh.
Student zpočátku přistoupil k řešení svého úkolu s nadšením a velmi rychle rozpracoval úvodní rešeršní část, a to včetně digitalizace vybrané hlavy motoru pro návrh zástavby.
Po tomto nadějném začátku však nastalo dlouhé odmlčení, které vyvrcholilo tím, že se student odhlásil od státní závěrečné zkoušky. Tato pasivita bohužel přetrvávala i po celý následující akademický rok.
Vedoucí práce měl text bakalářské práce k dispozici až po jejím finálním odevzdání do informačního systému.
Z odevzdaného textu lze vyvodit závěr, že student měl zájem práci samostatně dokončit a formálně splnit body zadání. Samotné finální provedení však neodpovídá časovému horizontu téměř dvou let, které měl k dispozici. Po technické stránce je studentem navržené řešení obtížně realizovatelné, nehledě na to, že v něm vůbec není zmíněn, a tudíž ani zohledněn materiál předkomůrky.
Formálně byly body zadání splněny a práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment D
Working process, extent and suitability of applied methods D
Scholarly contribution and originality C
Ability to interpret achieved results and draw conclusions D
Applicability of results in practice or theory C
Logical arrangement of thesis and its layout C
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic C

Grade proposed by supervisor: D

Reviewer’s report
Ing. Martin Beran

Pan Ruben Fonai se ve své práci věnuje aktuálnímu tématu návrhu zapalovací předkomůrky pro zážehové motory. Úvodní rešeršní část působí na první pohled velmi dobrým dojmem. Je koncipována logicky – od historického přehledu a analýzy hlavních konstrukčních směrů, až po rozbor vlivu jednotlivých konstrukčních parametrů.

Při podrobnějším studiu však text odhaluje zásadní nedostatky. Rešerše je zpracována příliš obecně. Zcela zde chybí zmínka o tom, že se jedná o stěžejní technologii využívanou v současných monopostech Formule 1 (právě z důvodu efektivního zapálení chudé směsi), případně diskuse o vhodnosti jejího použití u velkých stacionárních plynových motorů.

Rešeršní části dále schází hlubší vlastní zamyšlení autora a jasně definovaný přínos pro následný konstrukční návrh (např. formou analýzy vědeckých článků zabývajících se konkrétními úspěšnými řešeními). Tento deficit se naplno projevuje v kapitole 6 (Volba a výpočet parametrů předkomůrky). Použité rovnice a vztahy nejsou vůbec číslovány a v textu chybí odkazy na literaturu, na jejichž základě autor parametry zvolil. Příkladem je kapitola 6.1, kde autor pro spojovací kanálky volí průměr 1,4mm a úhel 140°. Uvádí sice, že se tyto hodnoty jeví jako ideální kompromis mezi účinností předkomůrky a nízkým koeficientem variace, avšak nijak nevysvětluje, jak definuje zmíněnou účinnost, ani jak k těmto závěrům dospěl.

Závažné nedostatky vykazuje zejména praktická část práce zaměřená na samotný konstrukční návrh adaptéru s předkomůrkou. Kladně lze hodnotit pouze volbu miniaturní motocyklové zapalovací svíčky, která je rozměrově vhodná. Autor však zcela opomněl analýzu její tepelné hodnoty a posouzení, zda je daný typ vhodný pro specifickou aplikaci v přeplňovaném motoru.

Oba předložené variantní návrhy jsou z technického hlediska sporné. Vzhledem k tomu, že k práci nebyla přiložena žádná výkresová dokumentace ani CAD model, je detailní hodnocení obtížné. Na základě informací uvedených v textu lze však předpokládat, že navržené řešení by bylo v praxi nefunkční nebo nevyrobitelné. Autor zcela opomíjí výrobní technologii i materiálové specifikace. Vzhledem k extrémnímu tepelnému zatížení se tyto komponenty standardně vyrábějí z beryliových bronzů (přičemž jednou z hlavních příčin selhání bývá právě jejich propálení); využití 3D tisku z kovového prášku, kam konstrukční návrh 2 pravděpodobně směřuje, je v tomto kontextu extrémně technologický náročné. Způsob, jakým student konstrukci prezentuje – pouze formou vloženého obrázku v textu – je pro inženýrskou práci nedostačující.

I přes velmi slabou úroveň technického návrhu a nedostatečnou prezentaci konstrukčního řešení, které celkové hodnocení výrazně srážejí, výslednou známku částečně zvyšuje logická struktura úvodní rešerše a formální splnění cílů zadání. Potenciál tématu však zůstal zdaleka nevyužit. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment D
Working process, extent and suitability of applied methods E
Scholarly contribution and originality D
Ability to interpret achieved results and draw conclusions D
Applicability of results in practice or theory E
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations B
Topics for thesis defence:
  1. Zamýšlel se student nad tím, zda je zvolená zapalovací svíčka vhodná pro silně tepelně zatížený přeplňovaný motor? Nepřipadá mu vzdálenost mezi elektrodami svíčky v jeho návrhu (obr. 19 na str. 35) příliš velká? Jedná se o záměr?
  2. Mohl by student blíže prezentovat vnitřní část návrhu č. 1? Z obr. 15 není zřejmé, jak je zakončen vnitřní závit a jak je řešena přechodová hrana ke komůrce. Může student komisi seznámit s tím, jak by obě varianty vyráběl a jaké materiály by pro ně zvolil?

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová