diplomová práce

Vývoj elektrohydraulického olejového termostatu

Autor práce: Ing. Jakub Salaj

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: Ing. Martin Appel, Ph.D.

Oponent: Ing. Ivo Řehák

Abstrakt:

Diplomová práce se zabývá vývojem prototypu elektrohydraulického olejového termostatu pro spalovací motory nákladních vozidel. Práce navazuje na patentovaný koncept společnosti Mann+Hummel a vychází z převzatého nefunkčního prototypu, na němž bylo cílem identifikovat nedostatky, navrhnout způsob jejich odstranění, experimentálně identifikovat hydraulické chování dílu a navrhnout algoritmus pro řízení termostatu.

V rámci práce byla navržena sada experimentů, implementována metoda bezkontaktního snímání polohy pístku pomocí Hallových senzorů a vyvinut měřicí a řídicí program v prostředí LabVIEW. Experimentální identifikace na původním prototypu odhalila dva závažné nedostatky: nepřípustně vysokou tlakovou ztrátu a nevhodný řídicí ventil. Příčina tlakové ztráty byla pomocí CFD analýzy lokalizována do odtoků termostatu, jejichž rozměry byly na základě citlivostní studie upraveny a současně byl vybrán a implementován nový solenoidní ventil. Opakovaná identifikace na novém prototypu prokázala řádové snížení tlakové ztráty i funkční implementaci ventilu. Pro stanovení optimálních přepínacích parametrů byl v prostředí MATLAB Simscape sestaven model tepelné dynamiky olejového okruhu. Byly navrženy a v laboratorních podmínkách úspěšně validovány dva řídicí algoritmy: termostatická logika s hysterezí a přímovazebné PWM polohové řízení pístku.

Komponenta je tak díky realizovaným zlepšením, novým hydraulickým parametrům stanoveným experimentální identifikací a doplněných o validované řídicí algoritmy, připravena k implementaci do nových generací olejových modulů do spalovacích motorů nákladních vozidel.

Klíčová slova:

elektrohydraulický termostat; olejový okruh spalovacího motoru; experimentální identifikace systému; CFD analýza; Hallovy senzory; LabVIEW; přímovazebné řízení

Termín obhajoby

18.06.2026

Práce bude zveřejněna

17.06.2031

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Při obhajobě student nejprve prezentoval svoji diplomovou práci, následně byly přečteny posudky a student odpovídal na dotazy oponenta. Poté byly členy komise položeny následující otázky: Vysvětlete funkčnost zařízení Jakou regulaci používáte? Co je na zařízení patentované? Podle čeho jste volil řídicí ventil? Obhajoba byla komisí hodnocena jako výborná.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Mechatronika (N-MET-P)

Složení komise

RNDr. Vladimír Opluštil (předseda)
doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jiří Krejsa, Ph.D. (člen)
Ing. Dalibor Červinka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radoslav Cipín, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Bastl, Ph.D. (člen)
Ing. Peter Zavadinka, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Martin Appel, Ph.D.

Diplomová práce studenta Jakuba Salaje se věnuje vývoji prototypu elektrohydraulického olejového termostatu pro spalovací motory nákladních vozidel. Práce vychází z patentovaného konceptu a převzatého nefunkčního prototypu společnosti Mann+Hummel. Téma má jasný průmyslový přesah a nejde pouze o akademické cvičení, ale o reálný vývoj komponenty.

Velmi kladně hodnotím rozsah a technickou úroveň práce. Student navrhl experimentální identifikaci systému, vytvořil metodu bezkontaktního snímání polohy pístku pomocí Hallových senzorů a vyvinul měřicí a řídicí program v prostředí LabVIEW. Na původním prototypu identifikoval zásadní problémy, zejména vysokou tlakovou ztrátu a nevhodný řídicí ventil.

Za hlavní přínos považuji propojení experimentů, CFD analýzy a následné konstrukční úpravy prototypu. Úpravou odtokových kanálů a výměnou ventilu se podařilo dosáhnout přibližně řádového snížení tlakové ztráty. Práce dále obsahuje model tepelné dynamiky v MATLAB Simscape a laboratorní validaci dvou řídicích algoritmů. Oceňuji také nadprůměrnou grafickou podobu práce, přehledné grafy a velmi dobrou dokumentaci výsledků.

K práci mám pouze dílčí výhrady. Validace řídicích algoritmů proběhla v laboratorních podmínkách, nikoliv přímo v reálném motorovém olejovém okruhu. Obě strategie jsou zatím realizovány v otevřené smyčce a pro sériovou aplikaci bude nutné doplnit zpětnovazební řízení. Tyto limity jsou ale pro danou fázi vývoje přirozené a student je v práci korektně pojmenovává.

Celkově hodnotím práci jako velmi kvalitní diplomovou práci s výrazným praktickým přínosem. Práci doporučuji k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Ing. Ivo Řehák

Diplomová práce se zabývá návrhem a ověřením elektrohydraulického termostatu pro řízení teploty oleje ve spalovacím motoru. V úvodu práce jsou srozumitelně a správně popsány důvody, které vedou k vývoji daného konceptu, včetně jeho zamýšleného využití. Kapitoly 1 a 2 přehledně shrnují požadavky na řízení teploty motorového oleje a detailně vysvětlují souvislosti mezi teplotou, viskozitou oleje a požadavky na mazací film. Autor zde prokazuje velmi dobré pochopení problematiky, včetně správného vymezení optimálního teplotního rozsahu a jeho vlivu na provoz spalovacího motoru.

V rešeršní části je většina principů řízení teploty popsána správně a přehledně, včetně jejich výhod a nevýhod. Určitým nedostatkem je absence explicitního popisu principu tlakového ventilu pro řízení teploty na základě změny viskozity, přičemž obrázek 2.9 (první varianta) tomuto principu odpovídá. Přes tuto dílčí výhradu je rešerše zpracována kvalitně a poskytuje dobrý teoretický základ. Pozitivně hodnotím také rozbor možností matematického modelování systému včetně uvedení omezení jednotlivých přístupů a kritického posouzení strategií řízení ve vztahu k produktovému portfoliu společnosti.

Kapitola 3 logicky navazuje na teoretickou část a správně popisuje princip proporcionálního ventilu. Oceňuji zejména systematický postup návrhu experimentů, který umožnil získat relevantní data pro korelaci mezi reálným měřením a simulačním modelem. V praktické části práce autor identifikoval klíčové nedostatky původního prototypu a prokázal dobré pochopení požadavků na funkci systému.

Velmi pozitivně hodnotím návrh bezkontaktního snímání polohy pístku, které minimalizuje vliv vnějších faktorů na měření a zvyšuje kvalitu získaných dat. Experimentální ověření funkčnosti v dostupném rozsahu teplot a tlaků prokázalo funkčnost konceptu, přičemž dosažené reakční doby lze považovat za dostatečné. Přínosná je i úvaha o rozdílech v dynamice při otevírání a zavírání ventilu.

Za důležitý výstup považuji návrh optimalizací prototypu, které jsou nezbytné pro další vývoj a ověřování v reálných provozních podmínkách. Zásadním zjištěním je také identifikace omezení dostupných PWM ventilů na trhu a potřeba jejich dalšího vývoje. Nad rámec zadání oceňuji vytvoření simulačního modelu olejového okruhu, který má potenciál sloužit jako základ pro další porovnávání různých koncepcí termostatů.

Celkově je práce technicky na velmi dobré úrovni, je srozumitelná a vhodně kombinuje teoretické poznatky, matematické modelování i experimentální ověřování. Autor prokázal schopnost analyzovat problém, navrhnout řešení a kriticky zhodnotit jeho vlastnosti.

Diplomovou práci doporučuji k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Otázky k obhajobě:
  1. Jaký je názor autora na využitelnost systému v reálném provozu spalovacího motoru?
  2. Proč prozatím nejsou podobné systémy termálního managementu motorů využívané v praxi?

Známka navržená oponentem: A

Důvod odložení zveřejnění

Zveřejnění této práce je odloženo v souladu s ustanovením § 47b zákona č. 111/1998 Sb. o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů (zákon o vysokých školách), ve znění pozdějších předpisů.

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová