Master's Thesis

EGR control strategy of the EA211 engine

Final Thesis 4.73 MB Appendix 66.34 kB

Author of thesis: Ing. Štěpán Stryja

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. David Svída, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Beran

Abstract:

This master’s thesis deals with the design of an exhaust gas recirculation (EGR) system for a turbocharged spark-ignition engine of the EA211 series. A low-pressure external EGR circuit was designed to enable control of the amount of recirculated exhaust gases in order to reduce nitrogen oxide emissions and improve the thermal efficiency of the engine. The literature review provides an overview of current EGR system designs, including mechanical and electronic control methods. The practical part presents the design of a complete EGR system, including throttle valves, a cooling element, an orifice-based measurement section, and sensors, with control implemented using a control algorithm developed in MATLAB/Simulink.
To verify the flow characteristics, experiments were conducted on a flow test bench, and the results were used to calculate flow coefficients. The model enables calculation of the effective throttle valve area based on the required EGR rate and pressure conditions, including protective logic preventing reverse flow. The simulation results and practical measurements confirm the functionality of the proposed solution and its potential for further application in the field of internal combustion engine development.

Keywords:

exhaust gas recirculation, EGR, low-pressure EGR circuit, turbocharged spark-ignition engine, nitrogen oxide emissions, MATLAB/Simulink

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

1. Z práce je zřejmé, že pro regulaci průtoku recirkulovaných výfukových plynů je navržen systém „škrticích“ klapek. Může autor přiblížit, jak je uvažováno jejich ovládání a případná integrace do řídicího systému motoru/zkušebny? (Lze představit nejlépe na typickém uvažovaném průběhu experimentu.) zodpovězeno 2. Z jakého důvodu nebyl využit katalyzátor a nebylo by prospěšné odebírat recirkulované výfukové plyny až za katalyzátorem vzhledem ke snížení NOx? zodpovězeno 3. Jak bylo navrženo/uvažováno řešení chlazení EGR výměníku? Je potřeba uvažovat řízený externí okruh chladicí kapaliny pro regulaci výstupní teploty výfukových plynů vzhledem k možné kondenzaci obsažených vodních par v sacím potrubí? zodpovězeno 4. Jak je možné s pomocí EGR snížit čerpací ztráty? částečně zodpovězeno 5. Jak je řešena příliš vysoká teplota ve spalovacím prostoru? částečně zodpovězeno 6. Vysvětlete snížení množstí produkovaných NOx uvedené v práci. částečně zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automotive and Material Handling Engineering (N-ADI-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D. (předseda)
prof. Dr. Ing. René Pyszko (místopředseda)
Ing. Jiří Navrátil, Ph.D. (člen)
Ing. Marek Bačovský (člen)
Ing. Marek Slovák (člen)
Ing. Rudolf Franz, Ph.D. (člen)

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

Diplomová práce pana Štěpána Stryji se zabývá strategií řízení systému EGR pro vybraný motor z řady VW EA211.

Zadání práce vyžadovalo, aby se student seznámil s účelem, principy a řízením systémů EGR u zážehových motorů. K řešení úkolu přistoupil hned od počátku s velkým zájmem a rychle se začal v dané problematice orientovat. V rámci rešerše identifikoval několik možných přístupů pro stanovení reálného množství zpětně nasávaných spalin a začal sestavovat matematické modely v prostředí Matlab/Simulink.

Současně proběhla digitalizace zkušebního stanoviště, na jejímž základě student navrhl konstrukci okruhu EGR a provedl výběr všech komponent. Z jeho modelů a výkresové dokumentace se následně vycházelo při nákupu či zakázkové výrobě potřebných součástek.

Celý okruh EGR je řízen pomocí dvojice škrticích klapek, pro které student provedl kalibraci a nastavení dvojitého H-můstku. Řízení probíhá prostřednictvím datové sběrnice CAN, a to buď z řídicí jednotky motoru, nebo ze studentova simulinkového modelu. Výsledný systém je plně funkční a splňuje navržené parametry.

Autor měl již v roce 2025 k dispozici všechny potřebné podklady pro sepsání a odevzdání práce, k čemuž ale tehdy nedošlo. Získaný časový prostor bohužel místo psaní textu strávil tvorbou detailních 3D modelů součástek, což v situaci, kdy již bylo vše zakoupeno a vyrobeno, postrádalo praktický smysl.

Důvodem, proč průběh řešení takto podrobně popisuji a autorovu práci obhajuji, je skutečnost, že je student po inženýrské stránce velmi schopný a dokáže řešit složité technické úkoly. Oblast organizace práce, zejména dodržování časového harmonogramu, správné stanovování priorit při tvorbě dokumentace a samotná písemná prezentace výsledků, pro něj ovšem představuje výraznou překážku. Tyto obtíže se pak logicky podepsaly na nižší stylistické a formální úrovni jinak technicky velmi úspěšného projektu.

Přes všechny výše uvedené formální a organizační výhrady zadání považuji za splněné, a předloženou práci proto doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti E
Grafická, stylistická úprava a pravopis E
Práce s literaturou včetně citací C
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Martin Beran

Diplomová práce pana Štěpána Stryji se zabývá strategií řízení systému EGR pro motor rodiny EA211.

Zadání diplomové práce vyžadovalo, aby se student seznámil s funkcí systémů EGR u zážehových spalovacích motorů, s jejich konstrukcí, fyzickým řízením zpětného průtoku spalin a tvorbou řídicího systému v prostředí Matlab/Simulink.

První kapitola se věnuje obecnému principu EGR a jeho vlivu na zážehové spalovací motory. Kapitola je přehledně zpracovaná, jediné, co kazí celkový dojem, jsou převzaté grafy v nevhodném grafickém provedení.

Kapitola 2 se stručně věnuje základnímu rozboru variant řešení systémů EGR. Následující kapitola 3 popisuje konstrukční prvky externího systému EGR a kapitola 4 uvádí příklady konstrukčních řešení pro vybrané motory. Z hlediska logické návaznosti by zde bylo vhodnější pořadí kapitol 3 a 4 zaměnit.

Kapitola 5 čtenáře skokem na pouhých dvou stranách přenese do problematiky datové sběrnice CAN, PWM signálů a ovládacích H-můstků. Je pochopitelné, že se autor tomuto tématu věnuje a obsahově má pravdu. Bez jediného obrázku či odkazu na konkrétní fyzické provedení to však vypadá, jako by se zde tato pasáž objevila náhodou. Popisované téma šlo určitě elegantně propojit například s kapitolou 3.

Kapitola 6 rozebírá možnosti stanovení hmotnostního toku výfukových plynů ze sběrného potrubí směrem do sání. Student zde popisuje tři metody včetně jejich slovního zhodnocení. Z odborného a technického hlediska dává tento text smysl a argumentační linka je správná. Celkově je však napsán velmi hutně, obsahuje zbytečně dlouhá souvětí a student se dopouští logických chyb v návaznosti – například zmiňuje snímač NOx, který předtím vůbec nepředstavil.

Kapitola 7 popisuje samotný konstrukční návrh vnějšího okruhu EGR pro rodinu motorů EA211. Obsahově je tato část velmi podrobná, včetně konkrétních rozměrů. Stejně jako v předchozím případě u snímače NOx se zde však najednou objevuje škrticí klapka v sání, o které předtím nepadla žádná zmínka. Úvodu kapitoly by slušelo minimálně blokové schéma budoucího okruhu s následným popisem vybraných komponent. V praxi je nutné si celou kapitolu přečíst minimálně třikrát, aby čtenář získal komplexní představu o tom, co student dělal, čeho dosáhl a co chtěl vlastně říci. Teprve obrázek 52 dává jasnou představu o finálním výsledku. Bohužel nikde není zmíněno, proč ve výsledné sestavě chybí katalyzátor. Poslední čtyři strany z kapitoly navíc působí, jako by sem byly pouze omylem „volně odloženy do schránky“ pro pozdější použití.

Kapitola 8, popisující řídicí algoritmus v prostředí Matlab/Simulink, byla do textu zřejmě vložena pod časovým tlakem, protože v ní chybí jakékoliv číslování vzorců a obrázků. Po vícenásobném přečtení a prostudování simulinkových schémat se však oponent domnívá, že úkol ze zadání student splnil.

Závěrem lze říci, že i přes neobratné vyjadřování a celkově nízkou stylistickou i formální úroveň odevzdaného textu má student dobré technické myšlení a dokáže vyvozovat správné závěry.

Pozitivně hodnotím transparentní uvedení podpůrného využití generativní umělé inteligence.

Vzhledem k tomu, že je z přiložených obrázků patrné, že se studentovo řešení podařilo úspěšně fyzicky realizovat, usuzuji, že zadání bylo splněno, a práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod D
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti E
Grafická, stylistická úprava a pravopis E
Práce s literaturou včetně citací D
Topics for thesis defence:
  1. Z práce je zřejmé, že pro regulaci průtoku recirkulovaných výfukových plynů je navržen systém „škrticích“ klapek. Může autor přiblížit, jak je uvažováno jejich ovládání a případná integrace do řídicího systému motoru/zkušebny? (Lze představit nejlépe na typickém uvažovaném průběhu experimentu.)
  2. Z jakého důvodu nebyl využit katalyzátor a nebylo by prospěšné odebírat recirkulované výfukové plyny až za katalyzátorem vzhledem ke snížení NOx?
  3. Jak bylo navrženo/uvažováno řešení chlazení EGR výměníku? Je potřeba uvažovat řízený externí okruh chladicí kapaliny pro regulaci výstupní teploty výfukových plynů vzhledem k možné kondenzaci obsažených vodních par v sacím potrubí?

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová