ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 5(96)/2013

Transkrypt

1 ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 5(96)/2013 Kamil Lubikowski 1, Stanisław Radkowski 2, Krzysztof Rokicki 3, Przemysław Szulim 4 SYSTEM DO PRZECHOWYWANIA DANYCH EKSPERYMENTALNYCH WPŁYWU WARUNKÓW KLIMATYCZNYCH NA PRACĘ DWUPALIWOWEGO SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM 1. Wstęp W ramach Grantu Dziekańskiego pt. System do testowania nowych metod diagnostycznych w pojazdach stanowisko do diagnostyki pracy silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym w różnych warunkach klimatycznych wybudowano stanowisko do badań silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym. Stanowisko to zostało szerzej opisane w pracy [1]. Niniejsza praca przedstawia propozycję metody przechowywania informacji o przeprowadzonych eksperymentach i wyciągniętych z nich wnioskach w relacyjnej bazie danych. 2. Stanowisko pomiarowe Stanowisko zostało zaprojektowane w taki sposób, aby możliwe było badanie silnika w komorze klimatycznej posiadanej przez Zintegrowane Środowiskowe Laboratorium Systemów Mechatronicznych Pojazdów i Maszyn Roboczych na Wydziale SiMR Politechniki Warszawskiej, dostępnej dla wykonawcy projektu. Badanie silnika w różnych warunkach klimatycznych jest szczególnie ważne w zadaniach optymalizacji parametrów pracy układu zasilania, ukierunkowanych np. na minimalizację ilości szkodliwych związków chemicznych w spalinach lub na maksymalizację sprawności energetycznej silnika. Silnik spalinowy typu Yanmor L70, który został wykorzystany w stanowisku pomiarowym, fabrycznie zabudowany był w agregacie prądotwórczym typu Pramac Seria E E4500 wraz z generatorem prądu 230/400V 50Hz. Taki układ silnika w połączeniu z generatorem prądu oraz odbiornikiem mocy, pełniącym funkcję hamownicy, pozwala na zadawanie obciążania silnika w przedziale od kilku do 100% jego mocy (rysunek 1, 2). Układ sterowania silnika został oparty o rozwiązania firmy National Instruments. Sterowanie wtryskiwaczem paliwa oraz regulacja ciśnienia w zasobniku odbywa się z poziomu aplikacji działającej w środowisku LabVIEW. Aplikacja ta umożliwia również rejestrację wszystkich parametrów pracy silnika do bazy danych, np. MySQL, w celu późniejszej analizy. 1 mgr inż. Kamil Lubikowski, doktorant, Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych, Politechnika Warszawska 2 prof. dr hab. inż. Stanisław Radkowski, Dziekan Wydziału Samochodów i Maszyn Roboczych, Politechnika Warszawska 3 mgr inż. Krzysztof Rokicki, doktorant, Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych, Politechnika Warszawska 4 mgr inż. Przemysław Szulim, asystent, Instytut Pojazdów, Politechnika Warszawska 49

2 Rys. 1. Schemat ideowy stanowiska Rys. 2. Stanowisko badawcze silnik spalinowy ZS przebudowany na wtrysk Common-Rail, zasobnik paliwa, pompa wysokiego ciśnienia oraz silnik elekrtyczny 50

3 Pozostałe parametry, takie jak temperatura powietrza chłodzącego, skład spalin, amplituda drgań silnika oraz hałas, rozkład temperatury w układzie wydechowym i inne, mogą być podczas badań rejestrowane w tej same bazie danych przez inne urządzenia pomiarowe. Dostęp każdego z tych urządzeń do bazy danych MySQL możliwy jest poprzez sieć. Dostęp do bazy danych możliwy jest również z poziomu komputerów, służących do dalszej analizy danych. Dzięki podłączeniu bazy do sieci z dostępem do Internetu, możliwy staje się dostęp do zarejestrowanych danych również dla upoważnionych użytkowników z zewnątrz (rysunek 3). Komputer - Analiza danych Sterownik silnika Stanowisko pomiarowe Układ pomiarowy 1 Układ pomiarowy 2 Baza danych MySQL Układ pomiarowy n Internet Komputer - Analiza danych Rys. 3. Schemat systemu pomiarowego 3. System do przechowywania danych o pomiarach Stanowisko badawcze będzie wykorzystywane do badania wpływu parametrów pracy silnika na jego efektywność energetyczną oraz emisję zanieczyszczeń w spalinach. Planuje się również badania efektywności pracy ogniw Poltiera w układzie wydechowym silnika [2]. Wśród parametrów pracy, jakie będą modyfikowane, można wymienić: liczba i kształt dawek paliwa, podczas jednego cyklu pracy, ciśnienie paliwa w zasobniku, stosunek ilości paliwa ciekłego do paliwa gazowego, temperatura i wilgotność powietrza w kolektorze dolotowym, obciążenie silnika, 51

4 temperatura i parametry lepkościowe oleju smarującego. Podczas badań, poza wszystkimi parametrami pracy, mierzony będzie szereg wielkości, takich jak: prędkość obrotowa silnika, temperatura powietrza chłodzącego, skład spalin, amplituda drgań silnika oraz hałas, rozkład temperatury w układzie wydechowym (za pomocą kamery IR), i inne. Informacje o przeprowadzonych eksperymentach będą gromadzone w relacyjnej bazie danych. Baza taka będzie stanowić zarazem repozytorium przypadków w rozumieniu techniki Case-Based Reasoning [3], [4]. Podstawowym warunkiem efektywnego wykorzystania takiego systemu jest gromadzenie w nim jedynie rzetelnych i kompletnych informacji. System będzie mógł pełnić zarówno funkcję bazy wiedzy dla pojedynczego użytkownika, jako swego rodzaju notatnik, jak również kompletnego magazynu danych dotyczących eksperymentów przeprowadzonych na Stanowisku w komorze klimatycznej, udostępnianych innym użytkownikom. Gromadzone informacje powinny być w dostatecznym stopniu sformalizowane, tak aby w wypadku ich późniejszej analizy, łatwo można było odnaleźć podobne przypadki. Relacyjna baza danych, z uwagi na przechowywanie danych w powiązanych ze sobą tabelach o ustalonej strukturze, wymusza dokonanie takiej formalizacji. Konieczne zatem było zbudowanie takiego modelu badań, który mógłby być przedstawiony przy użyciu formalizmu relacyjnego. Postanowiono zaadaptować w tym celu relacyjne modele badań symulacyjnych, opisane w pracach [5] i [6], gdyż modele badań eksperymentalnych można traktować jako ich uogólnienie i rozwinięcie. Składowanie i udostępnianie wyników badań przy użyciu baz danych oraz technik obiektowych zostało szerzej opisane w pracy [6] zaś proponowany w niniejszej pracy model bazuje na szczególnym przypadku opisanym w pracy [5]. Podstawowym elementem modelu jest opisane wcześniej stanowisko, rodzaje wymuszeń oraz metody badawcze. Każdy z tych elementów jest opisany szeregiem parametrów. Ze względu na to, że badany układ nie będzie w istotny sposób modyfikowany, zbiór opisujących go parametrów można z góry przewidzieć i ustalić. Zadanie badawcze, traktowane jako proces badania układu, w określonym celu i przy użyciu jednej i tej samej metody, jest również określone i stałe. Składa się na nie szereg eksperymentów, których celem jest przeanalizowanie wpływu zmian wartości parametrów pracy silnika i warunków klimatycznych na jego odpowiedź w szczególności sprawność oraz emisję zanieczyszczeń w spalinach. Uproszczony schemat relacyjnego modelu badań eksperymentalnych na stanowisku z silnikiem spalinowym Common-Rail przedstawiono na rysunku 4. Zadanie badawcze jest opisane parametrami metody, układu oraz wymuszenia. Ich wartości są związane z eksperymentem, poprzez tabelę zawierającą dane o protokole pomiarowym. Formalizacja tych parametrów pozwala na budowanie kwerend wyszukujących eksperymenty, spełniające określone kryteria. Mierzone parametry również są ściśle określone i związane z Zadaniem badawczym. Ich wartości (średnie, RMS lub inne miary charakterystyczne) są zapisane w tabeli Wartości mierzonych parametrów i związane są z konkretnym eksperymentem przez tabelę Wyniki 52

5 eksperymentów. Takie podejście umożliwia porównywanie wyników eksperymentów zapisanych w bazie. Szczegółowe wyniki, dane źródłowe, przebiegi czasowe itp. zapisane są w plikach pomiarowych, które również skojarzone są z Eksperymentem. Istotne informacje mogą być również zawarte w komentarzach, które mogą być dodawane zarówno do Protokołu pomiarowego, Danych podstawowych eksperymentu, jak i do Wyników. Łatwiejsze przeszukiwanie komentarzy jest możliwe dzięki słowom kluczowym definiowanym podczas dodawania komentarza, a pochodzącym ze wspólnego słownika. Parametry metody Parametry układu Parametry wymuszenia Zadanie badawcze Mierzone parametry Eksperyment Protokół pomiarowy Wyniki eksperymentów Wartość parametrów wymuszenia Wartość parametrów układu Wartość parametrów metody Komentarze Dane podstawowe Autor Data Komentarze Pliki pomiarowe Ocena eksperymentu Wartości mierzonych parametrów Komentarze Słowa kluczowe komentarza Słownik słów kluczowych Rys. 4. Uproszczony schemat relacyjnego modelu badań eksperymentalnych Podsumowanie Wypełnienie danymi odpowiednio zaprojektowanych baz daje łatwą możliwość wyszukiwania korelacji między parametrami wejściowymi a wyjściowymi. Umożliwia również opracowanie asystenta planowania eksperymentów, który na podstawie dotychczas zrealizowanych pomiarów jest w stanie wspomagać dobór optymalnych parametrów wymuszenia takich, dla których system przewiduje wystąpienie interesujących wartości parametrów mierzonych. Przedstawiona w niniejszej pracy metoda przechowywania danych w relacyjnej bazie danych wydaje się bardzo dobrze spełniać te kryteria. Literatura: [1] Lubikowski K., Rokicki K., Szulim P., Szczurowski K.: Stanowisko do diagnostyki pracy silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym w różnych warunkach klimatycznych. Zeszyty Naukowe IP, Nr. 3(89), 2012, pp [2] Krzysztof Szczurowski: Analiza możliwości zastosowania ogniw Peltiera w zadaniu kogeneracji energii z układu chłodzenia silnika spalinowego (Analysis 53

6 of the possibilities of use of Peltier cells in cogeneration of energy from a combustion engine s cooling system). Zeszyty Naukowe IP, Nr. 2(83), 2011, pp [3] Asmodt A., Plaza E.: Case-Based Reasoning: Foundational Issues, Methodological Variations, and System Approaches, AICom - Artificial Intelligence Communications, IOS Press, Vol. 7(1), 1994, pp [4] Pokojski J. [red.]: Zastosowanie metody case-based reasoning w projektowaniu maszyn, WNT, 2003, Warszawa [5] Marowski W.: Bazy danych i arkusze kalkulacyjne w komputerowym wspomaganiu eksperymentów symulacyjnych, Przegląd Mechaniczny, nr 2/2007, str [6] Marowski W.: Składowanie i udostępnianie wyników badań przy użyciu baz danych oraz technik obiektowych, Przegląd Mechaniczny, nr 3/2010, str , Warszawa. Streszczenie Badanie pracy silnika spalinowego w różnych warunkach klimatycznych (wilgotności i temperatury powietrza chłodzącego oraz podawanego do układu dolotowego) jest szczególnie ważne w zadaniach optymalizacji parametrów pracy układu zasilania, ukierunkowanych np. na minimalizację ilości szkodliwych związków chemicznych w spalinach lub na maksymalizację sprawności energetycznej silnika. Prowadzenie eksperymentów naukowych powinno być zawsze poprzedzone wnikliwą analizą oraz próbą przygotowania możliwie kompletnej i rzetelnej akwizycji danych. Jedynie zachowanie pewnych formalizmów umożliwia zautomatyzowanie procesów przetwarzania i analizy danych. Niniejsza praca przedstawia propozycję metody przechowywania danych skojarzonych z eksperymentem w sposób ułatwiający ich analizę i możliwość wyszukiwania korelacji między parametrami wejściowymi a wyjściowymi. Słowa kluczowe: silnik o ZS, relacyjne bazy danych SYSTEM FOR MEASUREMENT DATA STORAGE OF IMPACT OF CLIMATIC CONDITIONS ON THE WORK OF A BI-FUEL DIESEL ENGINE Abstract Examination of the engine s operation in various climatic conditions (varying humidity and temperature of the cooling air as well as the intake air) is extremely important in the tasks involving optimization of the parameters of operation of the supply system with a view to e.g. minimize the harmful chemical compounds in the exhaust fumes or to maximize the energy efficiency of the engine. Any scientific experiment should be preceded by a thorough analysis and possibly a complete and reliable data acquisition. Data processing and analysis can only be automated if certain formalization is maintained. The paper presents a proposal for ways to store measured data associated with the experiment in a way that facilitates their analysis and the ability to search for correlation between the input and the output parameters. Keywords: diesel engine, relational database 54