VVVVV: Vzdělání, Výzkum, Vývoj, Výsledky, Využití

Vzdělání

Nejstarší českou a také středoevropskou technickou univerzitou je dnešní ČVUT v Praze, založené jako Stavovský polytechnický institut v roce 1707. Později postupně vznikaly vysoké školy a technické univerzity v Brně, Liberci, Ostravě, Plzni a dalších centrech strojírenského průmyslu.
V nových ekonomických a sociálních podmínkách přelomu století došlo i na zásadní změny v organizaci výuky strojních inženýrů a výzkumu a vývoje strojírenských výrobků všeho druhu. Potřeba techniků na všech úrovních stále narůstá a studenti takovýchto oborů nacházejí atraktivní uplatnění zcela bez problémů. Ukazuje se, že každoroční přírůstek několika stovek absolventů strojního inženýrství se zaměřením na vozidla a stroje pro manipulaci s materiálem stále nestačí pokrýt požadavky praxe.
Je zřejmé, že provázanost studia s konkrétními problémy z praxe narůstá. Na interakci musí reagovat i technické vysoké školství. Na špičkových technických univerzitách se není možné omezit jen na vlastní výuku, ale musí se také zajišťovat výzkum a vývoj, prováděný přímo akademickými pracovníky. Přímým výstupem jejich činnosti nejsou jen konkrétní výsledky výzkumu dílčích problémů, ale také investice do budoucnosti - výchova nových odborníků, zejména v doktorských studijních programech. Avšak i ti méně vědecky založení se dnes velmi dobře uplatňují jako špičkoví technici v celé řadě zastoupení zahraničních firem v oblasti automobilů, motorů, a nakonec i stavebních strojů, například Caterpillar, DAF, Daimler-Chrysler (Mercedes), IVECO, Scania, Volvo a dalších.
Vyhlášením státního programu Výzkumná centra vznikla možnost oživit a integrovat výzkumné základny, poznamenané v letech hledání koncepce při transformaci průmyslu do nových ekonomických podmínek. Zejména tam, kde se, díky obětavosti a nadšení pracovníků, zachovala výzkumná pracoviště ČVUT, včetně experimentálních laboratoří, byl a je potenciál. Příkladem jsou vozidla a spalovací motory. Po technické stránce představuje dnešní automobil kombinaci špičkových tendencí v inženýrství, které v mnoha případech do strojírenství právě automobilní průmysl vnesl. V současnosti zůstává český automobilový průmysl, především v důsledku úspěšné privatizace podniků Škoda Auto, a.s., a IVECO (Karosa) v čele strojírenství nejen objemem výroby a vysokou úrovní exportu, ale též pracovními příležitostmi. Zdaleka nejde jen o finální výrobce, ale o celou síť subdodavatelů a služeb s více než 100 000 pracovními místy.

¤ Schéma lineárního spalovacího motoru s elektrickým přenosem výkonu

Výzkum

Na ČVUT jsou pracoviště, která si tyto trendy uvědomují a mají rozsáhlé kontakty v rámci výzkumných smluvních činností. Jejich společným úsilím, včetně podpory vedení ČVUT, mohla Fakulta strojní ČVUT v Praze, spolu s Fakultou elektrotechnickou ČVUT v Praze, Fakultou strojní Technické univerzity v Liberci a Ústavem pro výzkum motorových vozidel (ÚVMV) v Praze zpracovat v roce 2000 projekt Výzkumného centra spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka (VCJB), zahrnující řešení vybraných hlavních problémů budoucích motorů a vozidel i jejich agregátů. Jako zakladatelé se sdružily vědecké a výzkumné organizace, které mají díky svému personálu, vybavení, výsledkům současné praxe i tradici špičkové postavení v oboru v ČR, včetně jejich certifikovaných zkušeben. Současné Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů vzniklo jako občanské sdružení ČVUT v Praze (Fakulty strojní a Fakulty elektrotechnické), Technické univerzity v Liberci (Fakulta strojní), Vysoké školy báňské - TU Ostrava (Fakulta strojní), TÜV CZ Auto s.r.o. a Ricardo Prague, s.r.o. na základě výběrového řízení programu Výzkumná centra MŠMT ČR (projekt 1M0568) a navazuje na původní centrum. Jako přidružený partner se účastní i VUT v Brně (Fakulta strojního inženýrství). Centrum sdružuje odborníky z oblasti výzkumu a vývoje, konstrukce i zkoušení motorů a vozidel. Tito pracovníci mají často dlouholetou praxi v oborech osobních i nákladních vozidel, spalovacích motorů vozidlových, lodních, lokomotivních i stacionárních a hnacích i převodových ústrojí vozidel, včetně elektrické trakce. Kromě toho má Centrum odborníky na dynamiku systémů a jejich řízení (aplikace mechatroniky) i na výzkum a vývoj mikroelektronických řídicích a měřicích systémů pro vozidlové aplikace. Centrum disponuje kapacitou špičkových pracovníků se zkušeností se simulačními metodami (z hlediska vývoje i využití), CAD/CAE systémy i řízením a sběrem dat u dynamických, rychle reagujících systémů. V neposlední míře jsou do činnosti centra zapojeni téměř všichni magistři, pokračující ve studiu doktorandském. Tito příslušníci nové mladé generace jsou zodpovědní za řešení dílčích úkolů a jejich práce je na vysoké úrovni i v mezinárodním měřítku. Aktivní účast na vysoce prestižních kongresech automobilových odborníků, jakými jsou např. kongresy EAEC (Evropa), FISITA (Global) a SAE International (USA), je známkou kvality výuky i výzkumu v České republice.

Vývoj

Hlavními cíli pro aplikační a systematickou výzkumně vývojovou činnost VCJB jsou především:

• vývoj nových systémů pohonu a přenosu mechanické energie na kola vozidla pro vyšší účinnost a menší zatížení životního prostředí;
• zvýšení celkové účinnosti spalovacího motoru omezováním ztrát, stupňováním výkonu přeplňováním, řízením průběhu spalování tvorbou směsi, využitím alternativních paliv s omezenou tvorbou emisí se zřetelem na životní prostředí;
• snížení ztrát při přenosu energie na kola vozidla při proměnlivých režimech rychlosti a zatížení pohonu a rekuperací energie při brzdění nebo jízdě ze svahu;
• využívání mechatronických systémů, umožňujících adaptivní regulaci systémů vozidla (například aktivní vypružení, adaptivní regulace brzdění a zrychlování atd.);
• rozvíjení koncepce ?inteligentního? vozidla z hlediska ?taktiky? jízdy podle stavu vozovky, provozu, lokálních aktuálních požadavků na emise;
• přizpůsobení vývoje potřebám a možnostem různě ekonomicky vyvinutých oblastí (globální dopady spotřeby paliv a emisního zatížení plynoucí z motorizace).

Projekt obstál ve výběrovém řízení MŠMT a stal se zdrojem nových výzkumných podnětů i finančních zdrojů pro personální stabilizaci řešitelských kolektivů.

Výsledky

¤ Stále více pozornosti se věnuje problematice kolize chodce s vozidlem a minimalizaci zranění. Simulace těchto situací se provádí na unikátním zkušebním zařízení.
Pracovníci Centra v minulosti úspěšně realizovali celou řadu projektů pro automobilový a motorářský průmysl, v poslední době získali řadu výzkumných grantů GA ČR i evropských projektů a zúčastnili se ve spolupráci s průmyslem několika projektů programu Centra špičkových výrobků a technologií (od r. 2001 Konsorcia, od r. 2005 programy IMPULS a TANDEM), podporovaných MPO ČR, s konkrétními realizačními výstupy (kogenerační jednotka 3MW s plynovým motorem ČKD MOTORY, a.s., vývoj turbodmychadel s PBS Velká Bíteš, PBS Turbo s.r.o. a ČZ a.s., divize Turbo).
Pracují dále na základě smluv pro tuzemské i zahraniční výrobce automobilů a motorů i výzkumné organizace v oblasti optimalizace termodynamiky a emisí motorů, přeplňování motorů, aplikace alternativních, zejména plynných paliv a zkoušení motorů v akreditovaných homologačních zkušebnách TÜV a TU v Liberci i v dalších zkušebnách výzkumně zaměřených. Používají metody CAD/CAE, zejména pro simulaci dynamiky, únavového i teplotního namáhání, termodynamických a aerodynamických dějů. Vyvíjejí i dodávají též vlastní programové vybavení pro simulaci na výkonné výpočetní technice s možností paralelního programování na multiprocesorových strojích a s možností využití vyvinutých algoritmů pro vyhodnocení podrobných experimentů, nutných pro identifikaci parametrů zkoušených strojů a kalibraci simulačního programového vybavení. Veškeré simulační prostředky jsou tak průběžně kalibrovány a zlepšovány na základě získaných zkušeností, cílených experimentů s celými motory i jejich díly (zejména v oboru vnitřní aerodynamiky). V oblasti vozidel vyvíjejí převodová ústrojí s ozubenými i dalšími převody, systémy vypružení a potlačování vibrací i jejich přenosu u vozidel s aktivními (semiaktivními) prvky a vlastními řídicími algoritmy. Dále experimentálně i simulačně zkoumají pasivní bezpečnost vozidel. Také v této oblasti Centrum disponuje moderně vybavenou zkušebnou.
Výsledky Centra jsou rozšiřovány odborným časopisem Journal of Middle European Construction and Design of Cars (MECCA) a pomocí webové domény http://bozek.cvut.cz. Projekt se ukázal jako velmi přínosný pro český automobilový průmysl, podílející se valnou měrou na rostoucím exportu produktů s vysokou přidanou hodnotou. Aplikace výsledků byly jakožto nástavbový průmyslový výzkum využity pro smlouvy s českým i zahraničním průmyslem, mimo projekt vzniklo několik účastí na IMPULS a PROGRES MPO ČR. Centrum dále řeší části tří integrovaných projektů 6. rámcového programu EU (tč. NICE - nové spalovací systémy budoucích variabilních motorů osobních vozidel, GREEN - nové koncepce k prostředí ohleduplných motorů nákladních vozidel a Roads2HyCom - podmínky pro pilotní využívání vodíku v evropské dopravě i energetice, připravují se smlouvy na účast v několika projektech 7. rámcového programu EU). Dále se rozvíjela mezinárodní spolupráce v rámci Task Forces EARPA (Euroepan Automotive Research Partners Association) pro další koordinaci přípravy k reakci na výzvy 7. rámcového programu EU.

Využití

Vazba na průmysl je prostřednictvím Rady Centra (tč. Škoda Auto, TATRA, TEDOM Motory Jablonec nad Nisou, PBS Velká Bíteš a.s., PBS Turbo s.r.o., ČZ Strakonice a.s., Buzuluk Komárov, AICTA s.r.o. a mnoha dalších). Rada Centra je poradní orgán Centra, vybudovaný z rozhodnutí řešitelů a se schválením poskytovatele dotace, MŠMT ČR. Má dát průmyslu příležitost pro zpětnovazební působení na záměry Centra - tedy přispět k využití státních prostředků na sice obecně využitelné výstupy, avšak takové, že najdou konkrétní odezvu ve vývojových aplikacích.
Vlastní vývojové aplikace pro konkrétní zákazníky si zakladatelé Centra zajišťují v rámci přímých (obvykle dvoustranných) smluv. I zde může Rada přispět jako fórum pro navázání konkrétních kontaktů. Výzkum tak dostává aktuální náplň a značné prostředky (alespoň z hlediska českých měřítek), přitom má být zajištěno navázání na tradiční úroveň.
Aktuální projekty řešené, nebo nedávno dořešené:

• ČZ Strakonice, a.s. a PBS Turbo, s r.o. - optimalizace přizpůsobování turbodmychadel motorům a jejich řízení;
• AICTA, s.r.o - akumulační vstřikování (Common Rail) pro motory 2,2 l;
• STAVUS Příbram - nízkoemisní motor pro důlní lokomotivu (program EUREKA);
• Škoda Auto a.s. - testy pohodlí, řiditelnosti;
• Škoda-Auto Mladá Boleslav, a.s. - zvyšování spolehlivosti motorů a převodovek.

Epilog

Výzkumné centrum Josefa Božka chce připomenout technické úspěchy vedoucího mechanických laboratoří Stavovské polytechniky a tvůrce jednoho z prvních parních vozidel i plavidel ve střední Evropě, po němž bylo pojmenováno. Jeho založením se koncentrovaly lidské kapacity pro výzkum i výchovu mladých doktorandů i inženýrů, odstranily se duplicity v investicích i v provádění výzkumných prací, inovuje se vybavení experimentálních laboratoří, sjednocuje se znalostní základna z hlediska metodik, programového vybavení i databáze literatury. Mladí pracovníci, schopní přejímat cenné zkušenosti starší generace a schopní obor v současných tendencích dále rozvíjet, tvoří ten nejpodstatnější přínos programu pro udržení konkurenceschopnosti českého automobilového průmyslu.

Odborné posouzení článku:
prof. Ing. Jan Macek, DrSc. - profesor na Fakultě strojní ČVUT Praha, pracuje v oboru aplikované termoaerodynamiky spalovacích motorů. Založil a vede Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka.