Patent na testowanie wtryskiwaczy paliw LPG i wodorowych dla Politechniki Białostockiej

Badacze z Politechniki Białostockiej od lat pracują nad udoskonalaniem elementów samochodowych instalacji gazowych. W 2021 roku otrzymali patent na rzecz Uczelni z Włoskiego Urzędu Patentowego chroniący „Piezoelektryczny wtryskiwacz gazowy zwłaszcza do układów zasilania silników”. W 2025 roku ten sam Urząd zastrzegł cały „Sposób testowania wtryskiwaczy paliw na stole probierczym, produkt komputerowy do realizacji sposobu testowania wtryskiwaczy na stole probierczym i  stół probierczy do testowania wtryskiwaczy paliw”.

– Nasz wynalazek jest w stanie ocenić stan techniczny wtryskiwaczy gazowych – mówi dr hab. inż. Dariusz Szpica, prof. PB, kierownik Katedry Budowy i Eksploatacji Maszyn na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. – Jesteśmy już przygotowani do badania wtryskiwaczy wodorowych, ponieważ silniki spalinowe zasilane paliwami kopalnymi będą powoli wycofywane. Głównym efektem oceny wtryskiwaczy ma być ochrona środowiska – wadliwy wtryskiwacz zostanie wykryty po kilkunastosekundowym badaniu na naszym stole probierczym.

Co ciekawe, wszystko zaczęło się od pracy magisterskiej Jakuba Warakomskiego, dziś już absolwenta Wydziału Mechanicznego Politechniki Białostockiej. Ale najpierw była idea, której pomysłodawcą był prof. Szpica.

– Istota badania polega na tym, że wbrew temu, co jest powszechnie stosowane, czyli wyznaczaniu pełnych charakterystyk wtryskiwaczy, bazujemy tylko na kilku punktach charakterystyki przepływowej, badając wtryskiwacz w różnych warunkach – wyjaśnia prof. Szpica. – Jeżeli stwierdzimy usterkę, możemy wstępnie ocenić jej przyczynę lub wskazać badania szczegółowe, w dalszym etapie możemy skierować wtryskiwacz na kolejne testy.

Wyzwaniem był też sposób interpretacji wyników, gdzie zostały użyte dotąd nie stosowane w tym obszarze operacje matematyczne.

– W pewnym stopniu wzorowaliśmy się na metodzie oceny wtryskiwaczy oleju napędowego, czyli common rail – wyjaśnia promotor mgra inż. Jakuba Warakomskiego – absolwenta Politechniki Białostockiej. – W naszej propozycji, we wstępnej diagnostyce stanu technicznego wtryskiwacza, zastosowaliśmy prostą operację matematyczną, czyli wyznaczyliśmy linię trendu i współczynnik determinacji. W tradycyjnej metodzie do badania wtryskiwaczy common rail przy zadanych czterech punktach badawczych, określonych na podstawie danych fabrycznych (nominalnych) wyznaczano dawkowanie wtryskiwacza i dalej obszar jaki ono obejmuje (pole powierzchni dawkowania) w układzie współrzędnych czas otwarcia wtryskiwacza – wydatek. Poza oceną pól powierzchni dawkowania wtryskiwaczy w różnym stanie technicznym porównywano również wartości wydatku w punktach badawczych z danymi producenta wtryskiwacza. Stosując metodę pól powierzchni wyznaczaną z wyników pomiarów na stanowisku testowym możliwe było wnioskowanie w sposób pośredni o usterce wtryskiwacza.

Niedogodnością tej metody był fakt, że pole powierzchni dawkowania może mieć taką samą lub zbliżoną wartość liczbową zarówno w przypadku wtryskiwaczy nowych, jak i eksploatowanych czy uszkodzonych. Dodatkowo, wielokrotna analiza dawkowania w każdym z punktów badawczych i porównywanie z danymi producenta ma sens, ale zajmuje dużo czasu.

– W naszej propozycji jesteśmy w stanie bardzo szybko odkryć, czy jest to figura zniekształcona, czy przesunięta, obrócona i tak dalej – wyjaśnia innowacyjność metody opatentowanej przez Politechnikę Białostocką prof. Szpica.

Ale teoria to dopiero początek wynalazku. Patent zawiera w sobie sposób testowania wtryskiwaczy paliw na stole probierczym, produkt komputerowy do realizacji sposobu testowania wtryskiwaczy na stole probierczym i  sam stół probierczy do testowania wtryskiwaczy paliw – innymi słowy gotową stację diagnostyczną. I taka jest w Politechnice Białostockiej i działa!

– Udało się nam pozyskać finansowanie w ramach Politechnicznej Sieci Via Carpatia w konkursie INNOSPIN na wykonanie w pełni działającego prototypu urządzenia – podkreśla prof. Szpica. – Realizowaliśmy ten projekt w zespole trzech uczelni – Politechniki Białostockiej, która była liderem, dodatkowo z naukowcami z Politechniki Rzeszowskiej i z Politechniki Lubelskiej. Obsługa urządzenia jest prosta, co wynika ze stopnia zautomatyzowania. Ten umowny stół probierczy może wykorzystać diagnosta i osoba, która prowadzi badania naukowe. Chodziło nam o to, żeby zademonstrować cały proces badawczy i otrzymać wyniki punktowe, które dalej przy użyciu dowolnego oprogramowania można przetworzyć celem otrzymania linii trendu i współczynnika determinacji

Jako że stół probierczy jest prototypem, układ mocowania listwy z wtryskiwaczami do badań, jest dedykowany tylko do jednego, bardzo popularnego w wielu krajach, modelu.

– Wtedy badanie jednego wtryskiwacza po wmontowaniu listwy do stołu będzie przebiegało przez kilkanaście sekund – mówi prof. Szpica. – To badanie kompleksowe, gdyż możemy od razu sprawdzić cztery wtryskiwacze. Jeżeli nawet któryś posiada odchyłkę, to jesteśmy w stanie stwierdzić, czy wszystkie cztery mają tę samą odchyłkę.

Oczywiście na stole probierczym można także wbudować uchwyt uniwersalny – wtedy trzeba poświęcić nieco czasu, by zamontować konkretny wtryskiwacz do badania. Ze względów bezpieczeństwa badania przeprowadza się z wykorzystaniem sprężonego powietrza, co wymaga zachowania szczelności układu, która zapewni wiarygodność wyników.

Dlaczego Politechnika Białostocka postanowiła zastrzec „Sposób testowania wtryskiwaczy paliw na stole probierczym, produkt komputerowy do realizacji sposobu testowania wtryskiwaczy na stole probierczym i stół probierczy do testowania wtryskiwaczy paliw” we Włoszech?

– Jeżeli byśmy kompleksowo spojrzeli na liczbę pojazdów, które są napędzane gazem, to Polska, Włochy i Korea Południowa są w czołówce – uśmiecha się prof. Szpica. – Właśnie z tego powodu zdecydowaliśmy się opatentować nasz wynalazek we Włoszech.

Urządzenie może trafić do każdego warsztatu diagnostycznego zajmującego się dziś instalacjami LPG, żeby wykryć wadliwe wtryskiwacze gazowe, które mogą powodować podwyższoną emisję szkodliwych składników spalin. Ale to dopiero początek.

– Jeżeli nie silniki spalinowe, które są zasilane nawet wodorem, to jednak jakieś układy z wodorem, w których też będą występowały wtryskiwacze, będą funkcjonowały – przewiduje prof. Szpica. Celem nadrzędnym jest ochrona środowiska. – Jeżeli chcielibyśmy wprowadzić te urządzenie do obrotu, czyli skomercjalizować, to we Włoszech mamy już otwarte drzwi.

Numer włoskiego patentu dla Politechniki Białostockiej to N. 102023000027813. W Urzędzie Patentowym RP zgłoszenie P.444432  z 13 kwietnia 2023 roku wciąż jest procedowane.

Dr hab. inż. Dariusz Szpica, prof. PB – kierownik Katedry Budowy i Eksploatacji Maszyn na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej

• specjalista w zakresie badań silników spalinowych i pneumatycznych, alternatywnych układów zasilania, w tym gazowych i paliw ciekłych pochodzących z odpadów;
• kierownik i wykonawca w 16 projektach badawczych;
• autor i współautor ponad 250 publikacji naukowych; 13 wynalazków (7 patentów, 6 wzorów użytkowych) oraz licznych opracowań dla przemysłu;
• naukowo współpracował z partnerami zagranicznymi m.in. z Vellore Institute of Technology, Indie; University of Coimbra, Portugalia; Mansoura University, Egipt; Istanbul Medeniyet University, Turcja; Kaunas University of Technology, Litwa;
• wspierał naukowo zespół Cerber Motorsport działający w ramach SKN Auto-Moto-Club;
• promotor/opiekun ponad 200 prac dyplomowych inżynierskich i magisterskich.