Bachelor's Thesis

Brake-specific fuel consumption map of SI engine

Final Thesis 2.65 MB Appendix 6.95 MB

Author of thesis: Bc. Jan Brát

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Martin Beran

Reviewer: Ing. Michael Böhm, Ph.D.

Abstract:

Brake-specific fuel consumption of an internal combustion engine depends on both engine speed and load in a complex manner, and its graphical representation across the full operating range, known as a brake-specific fuel consumption map, is a key tool in powertrain development and optimisation. Direct visualisation of raw test bench data is unsuitable due to measurement noise and transient effects, requiring statistical data post-processing. Data measured on a Volkswagen EA211 1.5 TSI spark ignition engine at a sampling frequency of 100 Hz were processed using a binning method followed by scattered interpolation and Gaussian smoothing. A computational tool was developed in MATLAB with a graphical user interface allowing parameter adjustments without modifying the source code. A grid of 5 × 10 cells with a minimum bin occupancy threshold of 100 samples proved to be the optimal combination in terms of map resolution and statistical reliability for our acquired data. The shape of the resulting map and the location of the minimum fuel consumption region are consistent with the manufacturer's reference map, which specifies a minimum of 222 g/kWh.

Keywords:

brake-specific fuel consumption, brake-specific fuel consumption map, engine test bench, dynamometer, MATLAB, EA211 1.5 TSI

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s průběhem a výsledky své závěrečné práce. Následně zodpověděl otázky oponenta: 1) Popište detailněji průběh experimentu. Jak byly voleny body otáček a zatížení pro tvorbu charakteristiky? S jakým krokem se tyto parametry měnily? Jak dlouho se motor nechal ustalovat na daných bodech a na základě čeho bylo vyhodnoceno, že již došlo k ustálení? Zodpovězeno 2) Využil jste AI k tvorbě/pomoci s tvorbou zmíněného Matlab scriptu? Možností zpracování dat a následného vykreslení je v prostředí Matlab mnoho, okomentujte, proč jste zvolil právě tento postup. Zodpovězeno Další otázky k závěrečné práci od členů komise: 1) Popište kritérium, pro pokračování měřených bodů charakteristiky motoru. Částečně zodpovězeno 2) Zamýšlel jste se nad dalším využitím výsledků? Zodpovězeno 3) Jak by bylo možné interpolovat charakteristiku pro podobný motor? Částečně zodpovězeno 4) Bylo by možné nahradit veličiny bezrozměnými, pro lepší přenositelnost? Jak byste konkrétně nahradil točivý moment motoru? Zodpovězeno 5) Popište proces binování. Zodpovězeno 6) Uvažoval jste při binování využití trojúhelníku namísto čtverců? Částečně zodpovězeno 7) Jaké má zrychlení vliv na přesnost měření? Částečně zodpovězeno 8) Na jakém principu fungoval průtokoměr pro měření spotřeby paliva ? Zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D. (předseda)
prof. Dr. Ing. René Pyszko (místopředseda)
Ing. David Svída, Ph.D. (člen)
Ing. Michael Böhm, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Janoušek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Martin Beran

Pan Brát Ján se ve své práci věnuje problematice sestavení úplné charakteristiky zážehového motoru. Student se o zadané téma zajímal, dokázal samostatně pracovat a velmi dobře se v problematice zorientovat. Konzultací využíval spíše sporadicky a výjimečně, přesto však na většinu připomínek dokázal adekvátně reagovat. Oceňuji provedení experimentální části, kde se student seznámil s náročností získaní reálných dat, aby následně mohl provést jejich analýzu a vykreslení požadované úplné charakteristiky. Zadání bylo splněno v plném rozsahu. Přes to však práce plně nevytěžila potenciál zadaní. Očekával bych více vlastního přínosu a zamyšlení nad problematikou, jak v části rešeršní, tak zejména zhodnocení naměřených výsledků a použitých přístupů. Student prokázal odborné schopnosti při zadání technického úkolu odpovídající schopnostem a znalostem bakalářského studia a práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment B
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality C
Ability to interpret achieved results and draw conclusions C
Applicability of results in practice or theory C
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Michael Böhm, Ph.D.

Bakalářská práce pana Bráta se zabývá tvorbou úplné charakteristiky zážehového motoru na základě dat naměřených na motorové zkušebně. Zpracována je v rozsahu 45 stran. Teoretická část se věnuje základním parametrům spalovacích motorů, měření výkonu na brzdovém stanovišti, charakteristikám spalovacích motorů, faktorům ovlivňujícím měrnou spotřebu paliva a srovnání spalovacích motorů napříč různými oblastmi použití. Tato část práce je srozumitelná, ale místy poměrně obecná a některé formulace jsou zjednodušené nebo nepřesné.

 V praktické části student pracoval s daty naměřenými na zážehovém motoru Volkswagen EA211 1.5 TSI na motorové zkušebně. Pro zpracování dat vytvořil nástroj v prostředí MATLAB.

Za hlavní nedostatek práce považuji nedostatečně kvantitativní vyhodnocení výsledků a metodiky. Volba optimálních parametrů binování je založena převážně na vizuálním posouzení výsledných grafů. Vhodné by bylo doplnit objektivní kritéria, například počet obsazených buněk, citlivost minima měrné spotřeby na nastavení, směrodatnou odchylku hodnot uvnitř binů nebo kvantitativní srovnání s referenční mapou výrobce.

Surová naměřená data nejsou nikde zobrazena, nelze tak objektivně posoudit, jak moc byla data zašuměná, zda už byl průběh dostatečně ustálen či další běžné jevy nastávající při reálném experimentu. Pouze mechanické průměrování hodnot bez jasné identifikace v měřených datech je pak pouze odhadem a laděním parametrů tak, aby co nejvíce odpovídaly chtěnému výstupu, nikoliv reálnému měření. Nelze takto totiž odhalit poruchy či nestandartní místa v experimentu.

V práci je navíc patrný rozpor v hodnocení mřížky 5 × 10 buněk, která je nejprve popsána jako orientační a nedostatečně rozlišená pro přesné určení minima, ale následně je uvedena jako optimální nastavení.

Grafická prezentace hlavních výsledků je slabší. Výsledkové mapy jsou vloženy v malé velikosti a jejich osy, popisky a hodnoty jsou místy obtížně čitelné. U práce, jejímž hlavním výstupem je právě úplná charakteristika motoru, by měla být kvalita grafických výstupů vyšší.

Formální úroveň práce je průměrná. Práce má logickou strukturu, avšak v dokumentu se objevují zbytky šablonových textů, chybné odkazy na kapitoly a stylistické nedostatky. Například některé rovnice nejsou číslovány. Práce s literaturou je celkově přijatelná, autor využívá relevantní odbornou literaturu i normy, ale některé zdroje nejsou pro odbornou práci ideální. Některé obrázky nejsou citovány, ač je zřejmé, že nejsou vlastní tvorbou autora. Použití generativní AI je uvedeno, avšak není zřejmé, na co byla právě AI využita.

Celkově lze konstatovat, že práce splňuje hlavní body zadání. Student vytvořil funkční nástroj pro zpracování dat ze zkušebny a na reálných datech sestavil úplnou charakteristiku zážehového motoru. Nedostatky práce spočívají především v méně podrobně popsané metodice měření, orientační validaci, nedostatečně kvantitativním hodnocení a formálních nedostatcích.

Práci doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením C / dobře.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment B
Working process, extent and suitability of applied methods C
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions C
Applicability of results in practice or theory C
Logical arrangement of thesis and its layout D
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations D
Topics for thesis defence:
  1. Popište detailněji průběh experimentu. Jak byly voleny body otáček a zatížení pro tvorbu charakteristiky? S jakým krokem se tyto parametry měnily? Jak dlouho se motor nechal ustalovat na daných bodech a na základě čeho bylo vyhodnoceno, že již došlo k ustálení?
  2. Využil jste AI k tvorbě/pomoci s tvorbou zmíněného Matlab scriptu? Možností zpracování dat a následného vykreslení je v prostředí Matlab mnoho, okomentujte, proč jste zvolil právě tento postup.

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová