DIAGNOSTYKA 27. Rada programowa

Transkrypt

1 DIAGNOSTYKA 7 Rada rogramowa Przewodnczący: rof. dr hab. Czesław Cemel Poltechnka Poznańska Redaktor Naczelny: rof. dr hab. nż. Ryszard Mchalsk UWM w Olsztyne rof. dr hab. nż. Jan Adamczyk AGH w Krakowe rof. dr hab. nż. Wojcech Batko AGH w Krakowe rof. dr hab. nż. Lesław Będkowsk WAT Warszawa rof. dr hab. nż. Adam Charchals AMW w Gdyn rof. dr hab. nż. Wojcech Cholewa Poltechnka Śląska rof. dr hab. nż. Zbgnew Dąbrowsk Poltechnka Warszawska rof. dr hab. nż. Jan Kcńsk IMP w Gdańsku Członkowe: rof. dr hab. nż. Jerzy Kslowsk Poltechnka Warszawska rof. dr hab. nż. Stansław Nzńsk UWM w Olsztyne dr hab. nż. Stansław Radkowsk rof. PW Poltechnka Warszawska rof. dr hab. nż. Tadeusz Uhl AGH w Krakowe rof. dr hab. nż. Andrzej Wlk Poltechnka Śląska rof. dr hab. nż. Bogdan Żółtowsk ATR w Bydgoszczy Recenzenc nadesłanych rac: rof. dr hab. nż. Stansław E. Dworeck rof. dr hab. nż. Jerzy Grtler rof. dr hab. nż. Jan Kcńsk dr hab. nż. Krzysztof Kosowsk rof. Polt. Gd. rof. dr hab. nż. Ryszard Mchalsk rof. dr hab. nż. Stansław Nzńsk WYDAWCA: Polske Towarzystwo Dagnostyk Techncznej -98 Warszawa, ul. Augustówka 5. REDAKTOR NACZELNY: rof. dr hab. nż. Ryszard Mchalsk CZŁONKOWIE KOMITETU REDAKCYJNEGO: dr nż. Paweł Mkołajczak mgr nż. Krzysztof Lger rof. dr hab. nż. Jerzy Szkoda dr hab. nż. Henryk Tylck - rof. ATR rof. dr hab. nż. Tadeusz Uhl rof. dr hab. nż. Bogdan Żółtowsk dr hab. nż. Stefan Wejna rof. Polt. Szczec. REDAKCJA CZASOPISMA: Unwersytet Warmńsko Mazursk, Katedra Eksloatacj Pojazdów Maszyn -736 Olsztyn, ul. Oczaowskego, tel./fax (-PREFIKS-89) e-mal: dagnostyka@uwm.edu.l KONTO PTDT: Bank Przemysłowo Handlowy S.A. II O/ Warszawa nr konta: Wszystke oublkowane race w czasośme uzyskały ozytywne recenzje. Redakcja zastrzega sobe rawo korekty nadesłanych artykułów. Kolejność umeszczena rac w czasośme zależy od termnu ch nadesłana otrzymana ostatecznej, ozytywnej recenzj. Wytyczne do ublkowana w DIAGNOSTYCE można znaleźć na strone nternetowej: htt:// Redakcja nformuje, że stneje możlwość zameszczana w DIAGNOSTYCE ogłoszeń reklam. Jednocześne rosmy czytelnków o nadsyłane uwag roozycj dotyczących formy treśc naszego czasosma. Zachęcamy równeż wszystkch do czynnego udzału w jego kształtowanu orzez nadsyłane własnych oracowań zwązanych z roblematyką dagnostyk techncznej. Zwracamy sę z rośbą o nadsyłane nformacj o wydanych własnych racach nt. dagnostyk techncznej oraz nnych racach wartych rzeczytana, dostęnych zarówno w kraju jak zagrancą. Wydane dofnansowane rzez Komtet Badań Naukowych

2 DIAGNOSTYKA 7 SPIS TREŚCI 3 Ss treśc Słowo Redaktora...5 Wymagana redakcyjne...6 ARTYKUŁY GŁÓWNE Aleksander JASTRIEBOW, Stansław GAD, Grzegorz SŁOŃ Poltechnka Śwętokrzyska...7 Analza komuterowa dagnozowana defektów alternatora z wykorzystanem sztucznej sec neuronowej. Comuter analyss of alternator defects dagnosng usng artfcal neural network. Cezary BOCHEŃSKI, Remgusz MRUK SGGW... Metody oceny stanu techncznego układu Common Ral z wykorzystanem systemów komuterowych. Dagnostc rocesses of Common Ral unt based on comuter systems. Andrzej AMBROZIK, Stansław W. KRUCZYŃSKI, Jacek ŁĄCZYŃSKI, Darusz TOMASZEWSKI Pol. Warszwska...7 Badana rzyrostu temeratur saln w trójfunkcyjnym reaktorze kataltycznym na otrzeby OBD II Research of the exhaust temerature ncrease n three - way catalytc converter for OBD II needs Andrzej AMBROZIK, Stansław W. KRUCZYŃSKI, Jacek ŁĄCZYŃSKI, Darusz TOMASZEWSKI Pol. Warszwska... Pomary stężeń tlenu w dagnozowanu okładowym trójfunkcyjnego reaktora kataltycznego saln. Research of the oxygen content for on board dagnoss of three way catalytc converter. Stansław NIZIŃSKI, Krzysztof LIGIER UWM w Olsztyne...6 Koncecja modelu matematycznego kosztów eksloatacj obektów techncznych. Conceton of exlotaton costs mathematcal model of techncal objects. Grzegorz KLEKOT Poltechnka Warszawska...3 Hałas w kabne samochodu cężarowego jako rzykład wykorzystana metodyk stosowana materałów gumoochodnych w zadanu mnmalzacj ucążlwośc akustycznej maszyn. Nose n a truck cabn as an examle of usng the rubber-dervatve materals n the task of mnmzng of acoustc noxousness of a machne. Jan ADAMCZYK, Potr KRZYWORZEKA, Wtold CIOCH AGH w Krakowe...37 Wływ nterolacj na rocedurę lnowej decymacj. Interolaton Influence n Lnear Decmaton Procedure. Rafał PAWLETKO Akadema Morska w Gdyn...43 Wykorzystane sec neuronowej do dagnozowana wybranych nesrawnośc slnka okrętowego. The neural networks alcaton n the marne desel engne dagnostcs. Józef PSZCZÓŁKOWSKI Wojskowa Akadema Technczna w Warszawe...48 Rozruch slnka tłokowego jako roces dagnostyczny. Pstnon engne start-u as a dagnostc rocess. Arkadusz BOCZKOWSKI Poltechnka Śląska...54 Zastosowane estymatorów unktowych ch dyskrymnant w ocene orawnośc wykonana montażu samochodowych skrzyń rzekładnowych. The alcaton of ont estmators and ther dscrmnants n qualty assessment of roducton and assemblng automotve gearboxes. Tadeusz UHL, Artur HANC AGH w Krakowe...6 Rozroszone systemy montorngu w dagnostyce maszyn. Dstrbuted montorng systems n machne dagnostcs. Anna TIMOFIEJCZUK Poltechnka Śląska...67 Zastosowane analzy obrazów w dentyfkacj zman cech sygnałów dagnostycznych. Alcaton of mage analyss for dentfcaton of changes n varyng condtons of dagnostc sgnal features. Yevhen KHARCHENKO, Stefan SOBKOWSKI UWM w Olsztyne...75 Zastosowane analzy modalnej w dagnostyce stanu techncznego konstrukcj masztowych dźwgów budowlanych. Alcaton of a modal analyss n the techncal dagnostcs of the tower constructons of a buldng hostng equment. Przemysław DROŻYNER UWM w Olsztyne...8 Erc VEITH Bureau Vertas Abu Dab, Techncal Centre. Rsk Based Insecton methodology overvev. Insekcja w arcu o ryzyko rzegląd metody. Jerzy SZKODA UWM w Olsztyne...89 Dagnozowane stanów zdolnośc jakoścowej rocesu rodukcyjnego. Dagnosng the states of qualty ablty of roducton rocess.

3 4 DIAGNOSTYKA 7 SPIS TREŚCI Knga RAJEWSKA, Stefan Jan KOWALSKI Poltechnka Poznańska...95 Emsja akustyczna jako narzędze montorowana rocesu ękana materałów suszonych. Acoustc emsson as a method of montorng of fracture henomena n dred materals. Stansław NIZIŃSKI, Sławomr WIERZBICKI UWM w Olsztyne... Model matematyczny rocesu eksloatacj obektów techncznych z uwzględnenem ch stanu dagnozowana. Mathematcal model of techncal objects exlotaton consderng ther dagnostc state. Marcn BEDNARSKI, Wojcech CHOLEWA Poltechnka Śląska...5 Wktor FRID - Deartment of Nuclear Reactor Engneerng, Royal Insttute of Technology, Stockholm Zastosowane model odwrotnych do dagnozowana stanów utraty chłodzena w reaktorach jądrowych tyu wrzącego. Alcaton of nverse models to dagnostcs of loss of coolant accdents n bolng water nuclear reactors. Krzysztof ŁUKASIK Poltechnka Lubelska... Przykłady sektrogramów JTFA zarejestrowanych w wybranych warunkach racy homogenzatora cśnenowego. A samle of JTFA sectrograms regstered n selected oeratng condtons of ressure homogenzers. Izabela JÓZEFCZYK, Waldemar KUROWSKI, Andrzej PANKOWSKI Płocka Szkoła Nauk Techncznych Sołecznych...6 Badana charakterystyk sygnałów dagnostycznych. The study on characterstc of dagnostc sgnals. RECENZJE J. Korbcz, J.M. Koścelny, Z. Kowalczuk, W. Cholewa: Dagnostyka rocesów...5 W. Batko, M. Zółko: Zastosowane teor falek w dagnostyce techncznej...6 S. Radkowsk: Wbroakustyczna dagnostyka uszkodzeń nskoenergetycznych...7 H. Kaźmerczak: Analza rozkładu mocy obcążeń dynamcznych w systemach mechancznych...8 KONFERENCJE XXX Jubleuszowe Ogólnoolske Symozjum Dagnostyka Maszyn...3

4 6 DIAGNOSTYKA 7 WYMAGANIA REDAKCYJNE ( uste wersze cz. t.) TYTUŁ PUBLIKACJI (cz. t. ogrubona, wyśrodkowane) ( usty wersz cz. t.) Imę NAZWISKO (cz. t. wyśrodkowane) ( usty wersz cz. t.) Instytut, Katedra (cz. t. wyśrodkowane) adres, fax, emal, co najmnej autora odowedzalnego ( usty wersz cz. t.) Streszczene Streszczene o charakterze dokumentacyjnym ne ownno rzekraczać dzesęcu werszy. Przy streszczenu stosować obustronne wcęce równe cm obustronne justowane. Tekst streszczena ownen być nasany w języku referatu, rzy zastosowanu akatu,5 cm w erwszym werszu. ( usty wersz cz. t.) Słowa kluczowe: ( wersz, wyśrodkowane) ( usty wersz cz. t.) TYTUŁ W JĘZYKU ANGIELSKIM (cz., wyśrodkowane) ( usty wersz cz. t.) Summary Streszczene w języku angelskm ownno być tłumaczenem streszczena umeszczonego na oczątku ublkacj (sosób formatowana jak w rzyadku streszczena oczątkowego). Po streszczenu umeścć słowa kluczowe w języku angelskm. Uwaga w rzyadku artykułów sanych w jęz. angelskm rosmy równeż o zameszczene streszczena w jęz. olskm. ( usty wersz cz. t.) Keywords: ( wersz, wyśrodkowane) ( uste wersze cz. t.). TYTUŁ ROZDZIAŁU (cz. t. ogrubona) ( usty wersz cz. t.) Objętość ublkacj ne ownna rzekraczać 6- stron A4. Ze względów edytorskch rosmy o zachowane arzystej lczby stron. ( usty wersz cz. t.).. Tytuł odrozdzału (cz. t. ogrubona) ( usty wersz cz. t.) Tekst całej ublkacj (z wyjątkem tytułu) należy nasać unktową czconką Tmes New Roman w dwóch kolumnach o szerokośc 7,5 cm, odstę medzy werszam ojedynczy. Wymaganym edytorem tekstu jest Word for Wndows. Lewy, rawy oraz górny margnes ownny wynosć,5 cm, a dolny cm. W tekśce ublkacj stosować akat,5 cm w erwszym werszu oraz ełne justowane. Tytuły rozdzałów głównych należy sać welkm lteram (z ogrubenem), natomast tytuły odrozdzałów małym ogrubonym. Po tytułach ne stawać krok. ( usty wersz cz. t.). TYTUŁ ROZDZIAŁU (cz. t. ogrubona) ( usty wersz cz. t.) Równana należy ustawać na środku wersza numerować o rawej strone tekstu. Rysunk, wykresy lub fotografe wykonane dowolną technką ownny stanowć ntegralną część tekstu. Podsy od rysunkam, wykresam lub fotografam ownny być wyśrodkowane osadać obustronne wcęce równe cm. Nazwy tabel należy umeszczać nad tabelam równać w rawo. Przygotowane według wymagań artykuły należy rzesłać adres dagnostyka@uwm.edu.l lub na dysketce (CD) na adres redakcj. Prosmy równeż o rzysłane na adres redakcj wydrukowanego artykułu, co ułatw ostateczną jego redakcję. Termny nadsyłana ublkacj: - do numeru (8) / r. - do numeru (9) / r. ( usty wersz cz. t.) LITERATURA (cz. t. ogrubona) ( usty wersz cz. t.) [] Ss lteratury wykorzystanej rzez Autora ownen zawerać numer ozycj w nawase kwadratowym [ ], nazwsko ncjały autora, tytuł racy dla ozycj ksążkowych: tom, kolejne wydane, mejsce wydana, wydawnctwo rok wydana a dla artykułu: tytuł czasosma numer, strony (o skróce str.), str. lub rozdzał dla ksążek. []... [3]... ( uste wersze cz. t.) Na końcu ublkacj należy umeścć krótką nformację o Autorze (Autorach) wraz ze zdjęcem o wymarach 3 x 4 cm (zdjęce zeskanowane w odcenach szarośc z rozdz. 3 d). Informacje te ownny być sformatowane tak jak tekst ublkacj. Adres redakcj oraz nne nformacje o Dagnostyce można znaleźć na strone htt:// Przysy umeszczać na tej samej strone

5 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE JASTRIBOW, GAD, SŁOŃ, Analza komuterowa dagnozowana defektów 7 ANALIZA KOMPUTEROWA DIAGNOZOWANIA DEFEKTÓW ALTERNATORA Z WYKORZYSTANIEM SZTUCZNEJ SIECI NEURONOWEJ Aleksander JASTRIEBOW Poltechnka Śwętokrzyska, Al. Tysącleca P. P. 7., 5-34 Kelce, fax: (-4) , e-mal: enegs@tu.kelce.l Poltechnka Rzeszowska, ul. W. Pola, Rzeszów Stansław GAD, Grzegorz SŁOŃ Poltechnka Śwętokrzyska, Katedra Energoelektronk Al. Tysącleca P. P. 7., 5-34 Kelce, fax: (-4) , e-mal: enegs@tu.kelce.l Streszczene Oracowano analzę komuterową do rowadzena symulacyjnych badań statystycznych dagnozowana defektów alternatora za ośrednctwem sztucznych sec neuronowych w ostac welowarstwowych ercetronów. Na odstawe zbudowanego rogramu generatora danych uczących rzeanalzowano możlwość dagnostyk klku defektów alternatora. Przedstawone wynk symulacj dają ełną gwarancję efektywnego rozwązana ostawonego roblemu. Słowa kluczowe: sztuczne sec neuronowe, alternator, dagnostyka COMPUTER ANALYSIS OF ALTERNATOR DEFECTS DIAGNOSING USING ARTIFICIAL NEURAL NETWORK Summary The comuter analyss for conductng of statstcal smulatng research of alternator defects dagnosng through artfcal neural networks n the form of mult layer ercetrons has been worked out. On the bass of bult rogram and teachng data generator, a ossblty of some alternator defects dagnosng has been analyzed. Presented smulaton results gve full guarantee of effectve soluton of tested roblem. Key words: artfcal neural networks, alternator, dagnostcs. WSTĘP W orzednch racach autorów [-3] rzerowadzono analzę zastosowana welowarstwowych ercetronów do budowy detektorów dagnostycznych wyosażena elektrycznego samochodów osobowych. W nnejszej racy analzowano zastosowane sztucznych sec neuronowych do dagnozowana węcej nż dwóch defektów alternatora. Dagnostyka urządzeń elektrycznych w ojazdach samochodowych olega rzede wszystkm na kontrol cągłośc ołączeń nstalacj elektrycznej, omarze rądów sadków naęć w oszczególnych jej unktach, omarze wartośc elementów elektrycznych oraz welkośc ma na celu wykryce rzyczyn tych usterek. Na odstawe wynków takch omarów można określć stan technczny oszczególnych urządzeń [4-5]. Ogólne znane metody technk detekcj lokalzacj uszkodzeń w obektach techncznych można odzelć na trzy zasadncze gruy [6]: metody statystyczne, olegające na statystycznej obróbce sygnałów omarowych; metody z wykorzystanem model matematycznych rocesów; metody sztucznej ntelgencj, a w tym systemów eksertowych oraz sztucznych sec neuronowych. W ogólnym rzyadku roblem stosowana sec neuronowych w dagnostyce uszkodzeń obektów techncznych można srowadzć do nastęujących dzałań [6]: zdefnowane lsty uszkodzeń; określene tyowych obrazów odowadających wybranemu uszkodzenu oraz stanow normalnemu obektu; wybór struktury sec algorytmu jej uczena; dla ercetronu welowarstwowego lczba sygnałów merzonych odowada lczbe wejść w warstwe

6 8 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE JASTRIBOW, GAD, SŁOŃ, Analza komuterowa dagnozowana defektów wejścowej, a lczba uszkodzeń lczbe wyjść w warstwe wyjścowej; uczene sec z wykorzystanem obrazów uczących; testowane sec dla dowolnych stanów obektu. Zostały oracowane tabele defektów sygnałów symtomowych dla dagnozowana jak równeż zbudowano odowedne rogramy dane uczące dla uczena testowana wybranych struktur welowarstwowych ercetronów. W nastęnych rozdzałach będą osane: model fzyczny alternatora z oracowanej tablcy defektów, ty struktura welowarstwowego ercetronu do celów dagnozowana oraz wynk symulacj komuterowej.. MODEL FIZYCZNY ORAZ TABELA DEFEKTÓW ALTERNATORA Budowa alternatora rzedstawona jest na rys.. [4-5]. Rys... Model fzyczny alternatora. Analzując arametry, stany racy alternatora [5] oracowano ss arametrów sygnałów symtomowych wływających na kształt defektów w ostac tabel.. Tabela.. Analza wynków badana alternatora za omocą lamek. E natężene śwatła żarówek 3 o rzyłączenu zestawu do akumulatora (sonda ne rzyłączona do żadnego zacsku rądncy); E, E 3 natężene śwatła odowedno żarówek 3 o rzyłączenu sondy. L Natężene śwatła Stan lamek Nr lamk 3 4 Rodzaj uszkodzena Praca orawna, lub zwarce mędzyfazowe uzwojeń stojana. E >E E 3 >E E =E E 3 =E Przerwa w uzwojenu stojana. 3 E 3 >E Zwarce dody ołączonej z 4 E >E 5 E >E E 3 >E dodatnm zacskem rądncy. Zwarce dody ołączonej z ujemnym zacskem rądncy (masą). Jeżel tak sam objaw wystęuje kolejno rzy badanu wszystkch faz, to śwadczy to o rzerwe w uzwojenu wzbudzena Przerwa w dodze ołączonej z zacskem dodatnm rądncy. 6 E >E E 3 >E 7 E <E 3 8 E >E 3 9 E >E 3 Przerwa w dodze ołączonej z zacskem masowym. Błędne włączona doda ołączona z dodatnm zacskem rądncy. Błędne włączona doda, która ownna być ołączona z zacskem masowym. Jeżel stwerdzono tylko w jednej faze, to śwadczy o zwarcu uzwojena stojana z masą. Jeżel wystęuje w trzech fazach, to śwadczy o zwarcu środka gwazdy stojana z masą. Po oracowanu sygnałów wływających na srawność racy alternatora (tabela.) nżej rzedstawono os możlwych defektów alternatora (tabela.). Tabela.. Rodzaje defektów alternatora, oraz sosób usunęca nedomagań. Parametr Os defektu Sosób usunęca nedomagana Praca orawna. Alternator jest srawny. P Zwarce mędzyfazowe uzwojeń Wymenć alternator na stojana. nowy. Wymenć alternator na D Przerwa w uzwojenu stojana. nowy. Zwarce dody ołączonej z Wymenć łytkę z D dodatnm zacskem rądncy. dodam. Zwarce dody ołączonej z Wymenć łytkę z ujemnym zacskem rądncy D3 dodam. (masą). Przerwa w uzwojenu wzbudzena. Wymenć wrnk. Przerwa w dodze ołączonej z Wymenć uszkodzoną D4 zacskem dodatnm rądncy. dodę. Przerwa w dodze ołączonej z Wymenć uszkodzoną D5 zacskem masowym. dodę. Błędne włączona doda ołączona z Porawne włączyć D6 dodatnm zacskem rądncy. dodę. Błędne włączona doda, która Porawne włączyć ową D7 ownna być ołączona z zacskem dodę. masowym. Zwarce uzwojena stojana z masą. Wymenć uzwojene. D8 Zwarce środka gwazdy stojana z Wymenć wrnk. masą. Na odstawe tabel sygnałów defektów w nastęnym rozdzale rzedstawono oracowany ty strukturę welowarstwowego ercetronu nezbędnego do rozwązywana roblemu komuterowego dagnozowana defektów alternatora. 3. STRUKTURA I DANE UCZĄCE WIELOWARSTWOWEGO PERCEPTRONU Na rys. 3. rzedstawono strukturę oracowanej sztucznej sec neuronowej do dagnozowana defektów alternatora z uwzględnenem tabel...

7 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE JASTRIBOW, GAD, SŁOŃ, Analza komuterowa dagnozowana defektów 9 E E E 3 E 4 warstwa wejścowa warstwa wyjścowa Rys.3.. Struktura sec dagnozującej. Na wejśca sec zostaną wrowadzone wartośc czterech arametrów z tabel 4.. Seć osadać będze dzewęć wyjść: D D8 P. Wyjśca D D8 będą wyrowadzać nformację, czy wystął któryś z ośmu defektów. Wyjśce P zaś nformację o orawnej racy alternatora. Wszystke wyjśca będą zero-jedynkowe a funkcję aktywacj dla neuronów wybrano tyu sgmodalnego bolarnego. W końcowym rozdzale rzedstawono wynk symulacj komuterowej osanej wyżej sztucznej sec neuronowej do dagnozowana alternatora na odstawe rzedstawonych w tabel 4. sygnałów uczących. 4. WYNIKI SYMULACJI KOMPUTEROWEJ Próbk uczące testowe są generowane losowo. Po ewnej obróbce rzykłady tych ostatecznych zestawów róbek uczących rzedstawono w tabel 4.. Tabela 4.. Próbk uczące dla alternatora. L L L3 L L4 P D D D3 D4 D5 D6 D7 D8,34,34,3,3 3,76,76 4,86,86 5,3,3 6,74,74 7,345,345 8,78,78 5,3,354 5,9,37 5,96,3 53,8,348 54,56,3 55,3,363 56,6,337 57,36,8 P D D D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 D 8 58,345,337 59,38,6 6,36,93 6,396,58 6,348,67 63,343,56 64,394,55 65,33,6 66,386,65 67,3,44 68,385,88 69,3,7 7,88,7 7,44,7 7,73,5 73,37,34 74,344,33 75,39,33 76,3,33 Struktura sec została wybrana dwuwarstwową (rys.., 5--4) z sgmodalną bolarną funkcją aktywacj neuronów. Dla uczena stosowano ewną adatacyjną wersję (ze stałym zmennym krokem) algorytmu wstecznej roagacj (roces uczena rzykładowo rzedstawono na rys ). a) b) Rys. 4.. a) b) rzedstawają rzebeg uczena sec algorytmem z krokem doberanym adatacyjne. a) b) Rys. 4.. a) b) rzedstawają rzebeg uczena sec algorytmem ze stałym krokem. Dla statystycznej analzy dagnozowana generowano o róbek testowych, wynk której rzedstawono na rys Nektóre symulacje komuterowe rzerowadzl dylomanc rof. A. Jastrebowa A. Kaczmarek B. Pwowar.

8 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE JASTRIBOW, GAD, SŁOŃ, Analza komuterowa dagnozowana defektów 58% Rys Skuteczność klasyfkacj dla alternatora. 5% 7% Rys Rozkład błędne rozoznanych róbek sośród danych testowych dla alternatora. 5. WNIOSKI defekt 6 defekt 7 defekt 8 Z rzedstawonych wynków statystycznej komuterowej symulacj wynkają nastęujące wnosk: skuteczność dagnozowana wynosła 99,87% (rys. 4.3); wystęują rzy tym kombnacje defektów. Osane wynk symulacj komuterowej otwerdzają tezę, że w dagnostyce komuterowej układów elektrycznych wyosażena samochodowego ważną rolę odgrywa wstęna analza możlwych reakcj systemu na ewne sygnały symtomowe, które osują nelnowe zależnośc wejść wyjść układu. To zjawsko jest odstawą zastosowana sztucznych sec neuronowych do rozdzelena możlwych defektów obektu [7]. 6. LITERATURA [] Gad S., Yastrebov A., Kułakowsk A., Onedrecton mult-layer ercetrons n the dagnoss of gnton system of a car. Abstracsts of II Internatonal Congress of Techncal Dagnostcs Dagnostcs, Warsaw, Poland, V., [] Gad S., Słoń G., Yastrebov A., Comuter dagnoss and dentfcaton of selected systems of electrcal equment of cars. Proc. of XIV Internatonal Conference On Systems Scence, SYSTEMS SCIENCE XIV, Wrocław, Poland,, [3] Jastrebow A., Gad S., Słoń G., Komuterowa dagnostyka elektrycznego wyosażena ojazdów samochodowych. Materały IX Krajowego Kongresu Eksloatacj Urządzeń Techncznych, Krynca Górska,, s [4] Czyżowsk Jacek, Podsadło Jerzy, Trajdos Henryk: Wybrane zagadnena z dagnostyk samochodowej ; Poltechnka Śląska, Glwce 987r. [5] Kowalsk B. (red) - Badana dagnostyka samochodowych urządzeń elektrycznych ; WKŁ, Warszawa 98r. [6] Korbcz Józef, Obuchowcz Andrzej, Ucńsk Darusz: Sztuczne sec neuronowe: odstawy zastosowana ; Akademcka Ofcyna Wydawncza PLJ, Warszawa 994r. [7] Gad S., Słoń G., Jastrebow A.: Analza komuterowa dagnozowana defektów akumulatora za ośrednctwem sztucznych sec neuronowych ; VII Konferencja Naukowo Technczna ZASTOSOWANIA KOMPUTERÓW W ELE-KTROTECHNICE ZKWE, Poznań/Kekrz -4 kwetna, s Prof. dr hab. nż. Aleksander Jastrebow jest rofesorem nadzwyczajnym w Poltechnce Śwętokrzyskej w Kelcach. Jest secjalstą w dzedzne matematyk nformatyk stosowanej. Oublkował onad 5 rac naukowych z zakresu automatyk, dentyfkacj, dagnostyk oraz sztucznej ntelgencj. Jest autorem lub wsółautorem 3 monograf oraz klku skrytów materałów omocnczych. Dr hab. nż. Stansław Gad jest racownkem naukowym Poltechnk Śwętokrzyskej w Kelcach. Jest członkem Sekcj Podstaw Eksloatacj KBM Polskej Akadem Nauk. Zanteresowana naukowe obejmują zagadnena dagnostyk urządzeń ojazdowych oraz elektrotechnk elektronk ojazdów samochodowych. Ma w swom dorobku 8 ublkacj naukowych, w tym monografę skryt, oraz wele dydaktycznych materałów omocnczych. Dr nż. Grzegorz Słoń jest adunktem w Poltechnce Śwętokrzyskej w Kelcach. Zajmuje sę elektrotechnką teoretyczną, nformatyką stosowaną, elektrotechnką elektronką ojazdową. Jest autorem wsółautorem onad rac naukowych oublkowanych rzedstawonych na konferencjach naukowych krajowych mędzynarodowych.

9 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE BOCHEŃSKI, MRUK, Metody oceny stanu techncznego układu common ral METODY OCENY STANU TECHNICZNEGO UKŁADU COMMON RAIL Z WYKORZYSTANIEM SYSTEMÓW KOMPUTEROWYCH Cezary BOCHEŃSKI Remgusz MRUK SGGW, Wydzał Inżyner Produkcj, Katedra Organzacj Inżyner Produkcj Warszawa ul. Nowoursynowska 66, tel. () , emal mruk@alha.sggw.waw.l Streszczene W artykule rzedstawono roblematykę rocesów dagnostyk techncznej w czase racy slnka z załonem samoczynnym. Przedstawono rozwązane stanowska badawczego wraz z orogramowanem sterującym ozwalającym na rzerowadzene badań rocesów dagnostycznych oraz rzedstawono wynk badań oracowanych algorytmów dagnostycznych dla układu wtryskowego tyu Common Ral. Słowa kluczowe: dagnostyka, slnk, Common Ral, systemy wtrysku, sec neuronowe DIAGNOSTIC PROCESSES OF COMMON RAIL UNIT BASED ON COMPUTER SYSTEMS Summary The aer resented roblems of dagnostc rocesses wthn functon of self-gnton engne. There s resented a measurng stand of together wth a controllng software enablng to research the dagnostc rocesses and result of nvestgaton elaborate dagnostc algorthms of Common Ral njecton system. Key words: dagnostc, self-gnton engne, Common Ral, njecton systems, neural networks. WSTĘP Slnk z załonem samoczynnym (ZS) jest odstawowym źródłem naędu ojazdów w transorce cężkm, rolnctwe a także w znacznej częśc ojazdów dostawczych osobowych. Slnk ten osada wysoką srawność ogólną, dużą trwałość nezawodność oraz mnejszą emsję nektórych zwązków toksycznych. W nowo rodukowanych slnkach z załonem samoczynnym stosowany jest coraz częścej elektronczne sterowany system dorowadzana alwa tyu Common Ral []. Zastosowane rozwązana konstrukcyjne oraz technologczne ozwalają na orawene welu arametrów slnka w stosunku do klasycznych rozwązań. W dostęnej lteraturze ne znalezono do tej ory nformacj o badanach umożlwających śledzene zman stanu techncznego w czase racy układu wtryskowego Common Ral, zagrożenach sowodowanych uszkodzenam elementów składowych rocesam zużycowym. Nowoczesny, elektronczne sterowany system wtrysku wymaga nnej metodyk dagnozowana w orównanu z układam klasycznym. Zwązane jest to ne tylko z zastosowanem odmennej konstrukcj, ale także z wrowadzenem elektroncznych układów sterujących ze secyfk rocesu wtrysku alwa. Nezbędne jest odjęce badań w zakrese dagnozowana obsług techncznej rzedstawonego układu wtryskowego. W artykule rzedstawono rozwązana umożlwające zastosowane arametrów eksloatacyjnych zwązanych z zachodzącym rocesam głównym w układze Common Ral w ocene stanu techncznego badanego układu na odstawe metod dagnostycznych z wykorzystanem systemów komuterowych.. METODYKA BADAŃ W ustalanu relacj mędzy stanem techncznym dagnozowanego obektu a sygnałam dagnostycznym w badanach zastosowano teorę ekserymentu czynnego, którego ogólny schemat dla otrzeb zagadneń dagnostycznych rzedstawono na rysunku. Warunk ekserymentu czynnego umożlwają kontrolę zman wartośc w zborze wymuszeń sterujących w bardzo szerokch grancach często trudnych do zrealzowana w rzeczywstośc lub nemożlwych do osągnęca, ozwalając na komleksowe badana uzyskane jak najwększej lośc nformacj o zachowanu sę obektu a także na kontrolowane zmany arametrów stanu badanego układu. Do realzacj tego sosobu rzerowadzana badań nezbędne było oracowane oraz budowa laboratoryjnego stanowska badawczego.

10 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE BOCHEŃSKI, MRUK, Metody oceny stanu techncznego układu common ral Sterowane u z Obekt badana y Przetwarzane wy BORLAND oraz aketu MATLAB frmy MATHWORKS, które umożlwa sterowane odstawowym rocesam roboczym układu. Wtryskwacz badawczy Rys.. Schemat ogólny stanowska badawczego umożlwającego rzerowadzene ekserymentu czynnego: u - sygnały wymuszeń sterujących, z - wymuszena zewnętrzne oraz zakłócena, y - sygnały wyjścowe, wy - wynk ekserymentu Stanowsko badawcze ozwala na symulację racy układu alwowego dla rzyjętych arametrów charakterystyk slnka. Umożlwa zmanę dwufazowego wtrysku alwa, z możlwoścą regulacj rzedzałów czasowych. Stanowsko umożlwa równeż zmanę rędkośc obrotowej omy wysokego cśnena, omar masy alwa, temeraturę czynnka oraz cśnene. Koncecja budowy stanowska badawczego została oarta na zastosowanu układu wtryskowego tyu Common Ral stosowany w slnku wysokorężnym OM6 rodukowanego rzez Damler-Chrysler, z którego zostały wykorzystane nastęujące elementy: - Poma zaslająca, której zadanem jest dostarczene alwa od cśnenem około,3 MPa; - Fltr alwa wykorzystywany do dokładnego oczyszczana alwa; - Poma wysokocśnenowa umożlwa tłoczene alwa od cśnenem około 35 MPa; - Zbornk zasobnkowy; - Czujnk cśnena alwa w układze Common Ral; - Regulator cśnena umożlwa utrzymane wymaganej wartośc cśnena; - Wtryskwacz. W oracowanym stanowsku, którego schemat rzedstawono na rysunku do sterowana rocesem wtrysku alwa wykorzystano komuter klasy PC, oraz wykonano nezbędne układy eryferyjne umożlwające wsółracę z elementam składowym układu wtrysku alwa, które charakteryzują sę odstawowym arametram: - Sterownk slnka elektrycznego do naędu omy wysokocśnenowej; - Sterownk regulatora cśnena alwa w układze Common Ral; - Sterownk wtryskwacza; - Sterownk układu regulacj. W stanowsku badawczym do komunkacj orogramowana z układam sterującym zostały wykorzystane unwersalne karty analogowo-cyfrowe frmy NATIONAL INSTRUMENTS tyu PCI64 DIO96. Orogramowane sterujące zostało utworzone w środowsku Wndows 95/98 z wykorzystanem aketu C++Bulder frmy System sterujący Układy regulacyjne Slnk elektryczny falownk Regulator cśnena Czujnk rędkośc obrotowej Poma wysokocśnenowa Zbornk zasobnkowy Element grzejny Czujnk temeratury Fltr alwa Manometr Czujnk temeratury Czujnk cśnena Element grzejny System dagnostyczny Moduły omarowe Sygnały elektryczne Przeływ alwa Zbornk alwa Poma zaslająca Rys.. Schemat ogólny oracowanego stanowska badawczego systemu wtrysku alwa tyu Common Ral Sterowane oszczególnym elementam wykonawczym stanowska omarowego zrealzowane zostało orzez oracowane we własnym zakrese dodatkowych modułów. W rzyadku sterowana rędkoścą obrotową omy wysokego cśnena zostało zaroonowane rozwązane komunkacj mędzy komuterem sterującym a falownkem (HITACHI) za omocą magstral szeregowej tyu RS485. W oracowanu częśc algorytmu symulacyjnego odowadającego za uzyskane wymuszeń sterujących zostały wykorzystane dane technczne slnka turbodoładowanego z załonem samoczynnym tyu OM6, zastosowanego w ojazdach dostawczych, oraz jako bazowa jednostka do naędu ojazdów maszyn rolnczych, rodukowanego rzez Damler-Chrysler (rysunek 3) [8]: be [g/kwh] e max = f(ns) ns [obr/mn].5.5 e [MPa] Rys. 3. Powerzchna charakterystyk ogólnej slnka uzyskana z wykorzystanem metody nterolacj welomanowej Kluczowym elementem umożlwającym orawną racę stanowska badawczego jest elektronczne sterowany wtryskwacz, dzęk któremu można uzyskać dawkę alwa w czase jednego wtrysku na racującym stanowsku badawczym zgodną z rzeczywstym układem.

11 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE BOCHEŃSKI, MRUK, Metody oceny stanu techncznego układu common ral 3 t w [μs] 3 8 m w [mg] [MPa] Rys. 4. Uzyskany kształt owerzchn charakterystyk wydatku masy alwa dla jednego wtrysku z wtryskwacza W tym celu rzerowadzono omar charakterystyk wydajnośc masowej wtryskwacza m w dla alw o różnych wsółczynnkach lekośc dynamcznej η oraz na odstawe wynków badawczych z uwzględnenem metod aroksymacj welomanowej oracowano model racy wtryskwacza w badanym układze, którego rzebeg rzedstawony jest na rysunku 4. Do regulacj cśnena w układze wtryskowym został wykorzystany regulator cśnena frmy BOSCH zntegrowany z akumulatorem hydraulcznym oraz oracowany moduł wykonawczy (rysunek 5). Do wyzwalana regulatora cśnena zabudowanego w układze wtryskowym układ wykonawczy wykorzystuje metodę mulsową tyu PWM stosowaną także w orygnalnym rozwązanu systemu sterującego. Układ sterujący regulatora cśnena został oracowany wykonany we własnym zakrese. W rozwązanu tym zastosowano jako elementy bezośredno sterujące rądem łynącym w cewce regulatora cśnena tranzystory tyu MOSFET, charakteryzujące sę bardzo małym rezystancjam w chwl załączena dużym szybkoścam racy. Układ został skonstruowany tak, aby orócz wsarca srzętowego dla regulacj tyu PWM rzerowadzanej rzez system komuterowy można było rzerowadzć regulację ręczną. Generator f g Lcznk L Lcznk L u w u wy u w u wy L /f g /f w Sygnał sterujący regulatorem cśnena Rys. 5. Schemat blokowy układu generującego sygnał sterujący zaworem regulacj cśnena oraz sygnały generowane w czase racy 4 t 3. WYNIKI BADAŃ 3.. Metoda komuterowej oceny stona zużyca układu wtryskowego W czase eksloatacj układu wtryskowego nastęuje cągły roces zużywana sę owerzchn roboczych elementów recyzyjnych. W rzyadku osągnęca zużyca grancznego neszczelnośc te mogą unemożlwć uzyskane wymaganego cśnena alwa, nezbędnego do rzerowadzena rocesu wtrysku. W metodze ocenającej stoeń zużyca owerzchn roboczych elementów recyzyjnych układu Common Ral wykorzystano rzerowadzone omary sadku cśnena rzy zmanach wartośc temeratury alw odowedno T = 4, 6, 8 C oraz rzy oczątkowym cśnenu anującym w układze =, 35 MPa. W oracowanu algorytmu metody dagnostycznej oceny szczelnośc układu wtryskowego wykorzystano różne technk analzy danych oarte na: - modelu matematycznym rzebegu sadku cśnena; - sec neuronowej o cechach aroksymujących; - sec neuronowej o cechach klasyfkujących. W rzyadku oracowana modelu matematycznego uwzględnono zależność (), na odstawe równana Navera-Stokesa [], [3]: 3 ρ hz bz M = () ηlz W tym rzyadku założono, że domnującym czynnkem wływającym na lość zgromadzonego alwa (ojemność hydraulczna) jest ścślwość alwa () []: ρ V d M = () B dt Na odstawe analzy lteratury uwzględnono w modelu matematycznym osującym rzebeg zman cśnena wływ lekośc dynamcznej oraz temeratury. Ostateczne uwzględnając wływ rozatrywanych owyżej zmennych nezależnych uzyskano model matematyczny osujący rzebeg zman cśnena w badanym układze (3): ( ) ( ) Aex At t w = ex (3) A3 T A4η + Na odstawe metody aroksymacj najmnejszych kwadratów uzyskano ostać równana doasowane modelu do danych omarowych charakteryzujące sę wsółczynnkem R =,98 oraz wartoścą δw =,8. Do budowy drugego warantu metody dagnostycznej układu wtryskowego wykorzystano jednokerunkową, welowarstwową seć neuronową o właścwoścach aroksymacyjnych [7], [4], osadająca funkcję aktywacj osane równanam (4) (5):

12 4 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE BOCHEŃSKI, MRUK, Metody oceny stanu techncznego układu common ral f + ex + w x b = ( x) = n f n ( x) = v x + = b [ t, T, η ] = [ w ] x =, y (4) (5) Do rocesu uzyskana modelu zman cśnena w badanym układze zastosowano seć neuronową o trzech wejścach, na które odany został wektor x (6) zawerający rozatrywane zmenne nezależne, oraz jednym wyjścu y (6), na którym uzyskujemy sygnał modelowanego rzebegu względnego cśnena w : (6) W rocese uczena zastosowano algorytm wstecznej roagacj błędów tyu Levenberg Marquardt [5], [6]. w = f(t, T, η ) w [ ] η =,8 mpa s, T = 8 C δw [ ] δw [ ] η = 4,7 mpa s, T = 4 C Rys. 6. Wynk doasowana modelu z wykorzystanem wybranej sec neuronowej do wybranych danych z omarów sadku cśnena w rurze akumulacyjnej Na odstawe uzyskanych wynków z rocesu uczena, do dalszych etaów budowy metody dagnostycznej została wybrana seć zawerająca trzy neurony w warstwe ukrytej oraz jeden neuron w warstwe wyjścowej, która charakteryzowała sę uzyskanem mnmalnej wartośc δw =,5 o rocese uczena. Jakość aroksymacj otwerdza także rysunek 6, na którym zostały rzedstawone wartośc uzyskane z wybranych omarów w ostac znacznków oraz lne rzebegu względnego cśnena uzyskane z wykorzystanem nauczonej sec neuronowej. Dla uzyskana właścwośc klasyfkujących w sec zostały zastosowane we wszystkch warstwach funkcje aktywacj w ostac zależnośc (7) [9]: (7) f( x), f( x), f3( x) = n + ex w x + b = Zastosowana seć neuronowa osadała trzy wejśca, na które odany został wektor x (8) zawerający rozatrywane zmenne nezależne oraz dodatkowo chwlową wartość względnego cśnena w. Pojedynczy wektor wyjścowy y zawera sygnał klasyfkujący k, który uzyskuje wartość gdy arametry wejścowe należą do zboru S (9) charakteryzującego stan zużyca onżej welkośc grancznej (stan srawnośc techncznej), t [s] w rzecwnym rzyadku na wyjścu uzyskujemy wartość : x = [ t, T, w ] (8) dla x S y = [ k ], k = (9) dla x S Dla rozatrywanych sec zastosowano w czase rocesu uczena algorytm wstecznej roagacj błędów tyu Levenberg Marquardt. Wartość średnego błędu kwadratowego Δk została rzyjęta jako kryterum stona nauczena sę sec. Na odstawe uzyskanych wartośc Δk z rocesu uczena do budowy metody dagnostycznej została wybrana seć zawerająca dzesęć neuronów w dwóch warstwach ukrytych oraz jeden neuron w warstwe wyjścowej. w [ ] T = 8 C.5 < k t [s] Rys. 7. Przykładowy obszar wygenerowany rzez nauczoną seć neuronową, w którym dane omarowe klasyfkowane są jako stan srawnośc techncznej (owerzchna zakreskowana) 3.. Metoda komuterowej oceny orawnośc rocesu wtryskowego Elementam kluczowym, od których zależy roces rozylena alwa są wtryskwacze elektromagnetyczne. W czase eksloatacj w marę zużywana sę owerzchn ar recyzyjnych nastęują nekorzystne zmany arametrów funkcjonalnych, które rowadzą do ogorszena sę jakośc rocesu wtrysku alwa. Zastosowane metody umożlwającej cągłą ocenę orawnośc rocesu wtryskowego ozwala na unknęce welu zagrożeń eksloatacyjnych. W rocese oracowana algorytmu metody oceny orawnośc rocesu wtryskowego wykorzystano różne technk analzy danych oarte na: - sec neuronowej o cechach aroksymujących; - sec neuronowej o cechach klasyfkujących. Rejestracja chwlowej wartośc cśnena alwa w układze wtryskowym oraz ch analza ozwolła na uzyskane nformacj o zmanach tego arametru w czase trwana wtrysku. Rysunek 8 rzedstawa rzykładowe rzebeg uzyskane w czase badań w ostac różncy cśnena chwlowego cśnena oczątkowego uzyskanego bezośredno rzed otwarcem wtryskwacza -.

13 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE BOCHEŃSKI, MRUK, Metody oceny stanu techncznego układu common ral 5 Qr [g/s] - [MPa] ns [obr/mn] tw [ms]. emax = f(ns) e [MPa] t [s] Rys. 8. Przebeg ulsacj cśnena w układze Common Ral w czase rocesu wtrysku Do budowy erwszego warantu metody oceny orawnośc rocesu wtryskowego wykorzystano jednokerunkową, welowarstwową seć neuronową o właścwoścach aroksymacyjnych z algorytmem uczena tyu wstecznej roagacj błędów Levenberg Marquardt. Seć w tym zastosowanu osada trzy wejśca, na które odany został wektor x określony rzez zależność () dwa neurony w warstwe ukrytej oraz jeden sygnał wyjścowy y: x = [ T,, tw ], y = [ r ] () Po rocese uczena uzyskano wartość δr =,5 ozwalającą na zastosowane jej w metodze dagnostycznej. Jakość aroksymacj otwerdza także rysunek 9, na którym zostały rzedstawone wartośc uzyskane z wybranych omarów oraz lne rzebegu zman r cśnena uzyskane z wykorzystanem nauczonej sec neuronowej. 6 r [MPa] r =f(t,, t w), T = 8 C tw [ms] r = 35 MPa = MPa = 75 MPa = 5 MPa Rys. 9. Wynk doasowana modelu z wykorzystanem wybranej nauczonej sec neuronowej W drugm rozwązanu algorytmu metody dagnostyczne wykorzystano jednokerunkową, welowarstwową seć neuronową o właścwoścach klasyfkujących z algorytmem uczena tyu wstecznej roagacj błędów Levenberg-Marquardt, osadającą cztery wejśca, na które odany został wektor x oraz jedno wyjśce y (): x = [ T,, t, r ], [ k ] () w y = Na odstawe uzyskanych wartośc Δk z rocesu uczena do budowy metody dagnostycznej została wybrana seć zawerająca trzy neurony w dwóch warstwach ukrytych oraz jeden neuron w warstwe wyjścowej, której obszar klasyfkacj danych odowadających rawdłowemu funkcjonowanu rocesu regulacj cśnena rzedstawa rysunek. 6 r [MPa] T = 8 C, = 35 MPa k > tw [ms] Rys.. Obszar wygenerowany rzez nauczoną seć neuronową stanu srawnośc techncznej (owerzchna zakreskowana) 3.. Badane oraz analza właścwośc oracowanych rozwązań metod oceny stanu techncznego Badana metod oceny stanu techncznego wybranych elementów układu wtryskowego Common Ral olegały na określenu szybkośc racy ch ostac alkacyjnych. Do omaru wszystkch rozwązań został użyty nezależny system komuterowy PC charakteryzujący sę nastęującym odstawowym cecham: - Ty rocesora, częstotlwość taktowana Pentum III, 8 MHz; - Ilość amęc, częstotlwość taktowana 8 MB, 33 MHz. Tab.. Zestawene badanych właścwośc użytkowych oracowanych rozwązań metody oceny stona zużyca układu wtryskowego Lczebność unktów omarowych [ ] Model matematyczny Seć neuronowa aroksymacyjna Proces uczena Lczba owtórzeń [ ] 5 Całkowty czas uczena [s] Oeracje zmennorzecnkowe [ ] Lczebność unktów omarowych [ ],99 3, 669 Seć neuronowa klasyfkująca, , 6 43,4 9 Proces eksloatacj Czas oblczeń [ms],66,, Oeracje zmennorzecnkowe [ ], 3 4,3 3 7, 3 Sec neuronowe klasyfkujące wymagają w rocese uczena zastosowana zboru o bardzo dużej lczbe danych w orównanu z nnym rozwązanam (tabela roces uczena). Porównane czasów dla rocesu uczena

14 6 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE BOCHEŃSKI, MRUK, Metody oceny stanu techncznego układu common ral (rzygotowana rozwązań metod) oszczególnych rozwązań ozwala sądzć, że wykorzystane sec aroksymacyjnych jest rozwązanem najbardzej efektywnym (krótke czasy uczena, rosta metoda rzygotowywana danych uczących). Natomast, jeśl rzyjrzymy sę wynkom uzyskanym w rocese eksloatacj, to zdecydowane rozwązana oarte na modelach matematycznych są najszybsze (tabela roces eksloatacj). Pozwala to wykorzystać je wszędze tam, gdze nezbędny jest bardzo krótk czas reakcj systemu dagnostycznego na symtomy nerawdłowej racy. Jednak w rzyadku bardzo skomlkowanych zależnośc medzy arametram dagnostycznym a stanem techncznym ownnśmy wykorzystać sec neuronowe. Tab.. Zestawene badanych właścwośc użytkowych oracowanych rozwązań metody oceny orawnośc rocesu wtryskowego Lczebność unktów omarowych [ ] Seć neuronowa aroksymacyjna Seć neuronowa klasyfkująca Proces uczena Lczba owtórzeń [ ] 5 Całkowty czas uczena [s] Oeracje zmennorzecnkowe [ ] Lczebność unktów omarowych [ ],65 7,6 3,4 6, 9 Proces eksloatacj Czas oblczeń [ms],3,53 Oeracje zmennorzecnkowe [ ] 4. WNIOSKI Uzyskane wynk badań odczas symulacj na stanowsku badawczym racy układu Common Ral otwerdzły słuszność oracowanej koncecj budowy stanowska badawczego oraz rozwązań konstrukcyjnych układów sterujących oszczególnym elementam układu wtryskowego. Zastosowane systemu komuterowego oraz wymenonego orogramowana ozwolło na uzyskane dużej szybkośc dzałana rocesów regulacyjnych, które ozwolły na symulację racy układu w czase rzeczywstym (czasy omędzy oszczególnym stanam układu wtryskowego odowadają warunkom rzeczywstym). Oracowane algorytmy metod dagnostycznych na ostawe rzedstawonych metod oceny stanu techncznego charakteryzują sę dużą szybkoścą dzałana, ozwalając na zastosowane ch w systemach zabudowanych na racujących maszynach. Zastosowane urządzena omarowe oraz sterujące wraz z układam wykonanym we własnym zakrese mogą być odstawą do budowy stanowsk badawczych nnych urządzeń wykorzystywanych we wsółczesnych maszynach rolnczych ojazdach. 5. LITERATURA [] Bosch : Desel-Secherensrtzsystem Common Ral. Robert Bosch GmbH, Stuttgart. [] Burka E., Nałęcz T. 999: Mechanka łynów w rzykładach. PWN, Warszawa. [3] Gryboś R. 998: Podstawy mechank łynów. PWN, Warszawa.4 [4] Korbcz J., Obuchowsk A., Ucńsk D. 994: Sec neuronowe odstawy zastosowana. PLJ, Warszawa. [5] Osowsk S. 994: Sec neuronowe. Poltechnka Warszawska, Warszawa. [6] Osowsk S. 996: Sec neuronowe w ujęcu algorytmcznym. WNT, Warszawa. [7] Osowsk S. : Sec neuronowe do rzetwarzana nformacj. Poltechnka Warszawska, Warszawa. [8] Peters A., Pütz W. 997: Der neue Verzylnder-Deselmotor OM6 mt Common-Ral-Ensrtzung. MTZ 58 nr, s [9] Tadeusewcz R. 998: Elementarne wrowadzene do technk sec neuronowych z rzykładowym rogramam. PLJ, Warszawa. [] Tarnowsk W., Bartkewcz S. 998: Modelowane matematyczne symulacja komuterowa dynamcznych rocesów cągłych. FENIKS, Koszaln. rof. dr hab. Cezary Bocheńsk Szkoła Główna Gosodarstwa Wejskego Wydzał Inżyner Produkcj Kerownk Zakładu Infrastruktury Techncznej mgr nż. Remgusz. Mruk Szkoła Główna Gosodarstwa Wejskego Wydzał Inżyner Produkcj Pracownk Zakładu Infrastruktury Techncznej

15 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE AMBROZIK, KRUCZYŃSKI, ŁĄCZYŃSKI, TOMASZEWSKI, Badana rzyrostu temeratur saln 7 BADANIA PRZYROSTU TEMPERATUR SPALIN W TRÓJFUNKCYJNYM REAKTORZE KATALITYCZNYM NA POTRZEBY OBD II Andrzej AMBROZIK, Stansław W. KRUCZYŃSKI, Jacek ŁĄCZYŃSKI, Darusz TOMASZEWSKI Instytut Pojazdów Poltechnk Warszawskej -54 Warszawa, ul. Narbutta 84 fax. (-) e-mal:skruczyn@smr.w.edu.l Streszczene W racy rzedstawono wstęne wynk badań dagnozowana reaktora kataltycznego oarte o rzyrost temeratury saln. Podano warunk badań oraz zdefnowano sygnał dagnostyczny. Przedstawono zależnośc konwersj CO, HC NO X od aktywnośc reaktora kataltycznego. Wykresam zlustrowano wynk omarów sygnału dagnostycznego w zależnośc od aktywnośc reaktora kataltycznego oraz w zależnośc od konwersj CO, HC NO X. Pracę zakończono analzą wynków badań. Słowa kluczowe: toksyczność saln, reaktor kataltyczny, dagnostyka okładowa RESEARCH OF THE EXHAUST TEMPERATURE INCREASE IN THREE - WAY CATALYTIC CONVERTER FOR OBD II NEEDS Summary The am of ths aer s to resent the results of the catalytc reactor dagnoss, bass on exhaust temerature ncrease n catalyst. In ths aer research condtons are ntroduced and dagnostc sgnal s defned. The deendence of the converson of exhaust comonents CO, HC, NO X, on the catalytc converter actvty s resented. The results of dagnostc sgnal measurement n the functon of catalytc converter actvty and n the functon of exhaust comonents CO, HC, NO X are llustrated. The aer s fnshed by analyss of the research results. Key words: exhaust toxcty, catalytc converter, on-board dagnostcs. WSTĘP Metody dagnozowana trójfunkcyjnych reaktorów kataltycznych na otrzeby OBD odzelć można na trzy odstawowe gruy oarte o nastęujące omary []: - temeratur (detekcja lośc wydzelonego ceła), - stężeń tlenu (detekcja ubytku tlenu utraty rzestrzen jego magazynowana), - stężeń wybranych składnków saln (bezośredna detekcja srawnośc racy reaktora). Obecne na otrzeby dagnostyk okładowej rozwjane są dwe erwsze metody, lub ch kombnacje. Zastosowane metody bezośrednej, oartej o omary stężeń składnków saln ogranczane jest brakem trwałych nezawodnych detektorów możlwych do zastosowana w eksloatowanych ojazdach. Celem racy jest ocena możlwośc dagnozowana trójfunkcyjnego reaktora kataltycznego saln w oarcu o wynk omaru różnc temeratur saln rzed za reaktorem wystęujących rzy ustalonych warunkach racy badanego slnka salnowego. Porawność racy trójfunkcyjnego reaktora kataltycznego saln ocenana jest na odstawe wartośc konwersj tlenku węgla, węglowodorów tlenków azotu. Przyrost temeratury saln w reaktorze kataltycznym wynka z egzotermcznych reakcj utlenana CO, HC H. Przyrost ten może być montorowany za omocą czujnków temeratury umeszczonych rzed za reaktorem kataltycznym, bądź czujnków umeszczonych w samym monolce reaktora. Sadek różncy temeratur saln merzonych rzed za reaktorem może być traktowany jako sygnał dagnostyczny reaktorów kataltycznych. Dagnostyka ta wymaga zastosowana dokładnego, trwałego o małej bezwładnośc celnej czujnka temeratury racującego w wysokch temeraturach agresywnych chemczne gazach salnowych rzez okres klku lat eksloatacj ojazdu. W neustalonych warunkach racy slnka, wartośc temeratury saln monoltu reaktora

16 8 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE AMBROZIK, KRUCZYŃSKI, ŁĄCZYŃSKI, TOMASZEWSKI, Badana rzyrostu temeratur saln kataltycznego ulegają cągłej zmane. Jeżel omary temeratur dokonane by były odczas stanów neustalonych, to efektem tego mogą być nedokładne wartośc rzyrostu temeratur. Wobec tego rzyrost temeratury mus być róbkowany odczas ustalonych warunków racy slnka o czase nezbędnym dla ustablzowana sę temeratur rzed za reaktorem. Schemat reaktora mejsca umeszczena termoar w katalzatorze rzedstawono na rysunku. czujnk temeratury T wylot saln Q T T Q k CO+/O CO +ΔQ CO CH y +(+y/4)o CO +y/h O+ΔQ CHy CO+NO /N +CO +ΔQ CO H +/O H O+ΔQ H Rys.. Schemat reaktora kataltycznego rzygotowanego do badań rzyrostu temeratur saln jako sygnału dagnostycznego - reaktor kataltyczny saln, - sonda sterująca składem meszank alnej; Q - strumeń ceła saln na wejścu do reaktora, Q k - strumeń ceła ogrzewający złoże reaktora kataltycznego; Q z - strumeń ceła oddawany rzez reaktor kataltyczny do otoczena; Q - strumeń ceła unoszony ze salnam; ΔQ CO, ΔQ CHy, ΔQ CO, ΔQ H - lość ceła wydzelona rzez reakcje chemczne zachodzące w reaktorze kataltycznym. STANOWISKO BADAWCZE czujnk temeratury T Badana ekserymentalne wykonano na stanowsku badawczym z slnkem Rover.4 wyosażonym we wtryskowy układ zaslana z korekcją składu meszank za omocą czujnka tlenu. W układze wylotowym slnka zanstalowano trójfunkcyjny reaktor kataltyczny Pt-Rh/Al O 3 -CeO o objętośc monoltu dobranej do ojemnośc skokowej slnka. Badany reaktor kataltyczny osadał blok wykonany w ostac monoltu metalowego okrytego nośnkem γ- Al O 3 -CeO z nanesonym na nm krystaltam latyny rodu w roorcj 5: lośc. g/dm 3 monoltu. Q z Z wylot saln katalzator aktywny T katalzator neaktywny T Q Reaktor kataltyczny w celu symulacj rocesu dezaktywacj ocęto na osem segmentów o jednakowej dług ośc. Symulacj dezaktywacj reaktora kataltycznego dokonywano orzez wymanę segmentów aktywnych z rzednej częśc reaktora na segmenty neaktywne. W ten sosób uzyskano różne ozomy aktywnośc reaktora A ocząwszy od aktywnośc A = % aż do aktywnośc A = % z krokem równym.5%. Aktywność reaktora kataltycznego określono jako stosunek objętośc segmentów aktywnych V a do objętośc całego katalzatora V k. Va A = Vk Różncę temeratur saln rzed za monoltem katalzatora traktowano jako sygnał dagnostyczny merzony za omocą termoelementów tyu NCr NAl umeszczonych w obudowe stalowej. W celu wyznaczena stona konwersj CO, HC NO X róbk saln oberano z rzed z za reaktora kerowano do zestawu analzatorów saln merzących stężena tlenku węgla metodą NDIR, węglowodorów metodą FID oraz tlenków azotu metodą CLD. 3. WYNIKI BADAŃ Badana sygnałów dagnostycznych oraz omary konwersj składnków saln w reaktorze kataltycznym rzy różnej jego aktywnośc wykonano rzy rędkośc obrotowej n = 3 obr/mn trzech różnych obcążenach slnka M e = 36, 46, 56 Nm odowadających różnym względnym objętoścowym natężenom rzeływu saln rzez reaktor kataltyczny SV zaczynając odowedno sę od h - do 5 h -. Badana rzerowadzono rzy stałej temeraturze otoczena. Wynk badań rzedstawono kolejno na rysunkach, 3 4, które lustrują zależnośc odowednch konwersj od aktywnośc reaktora kataltycznego. k CO, % A, % Rys.. Zależność konwersj tlenku węgla k CO od aktywnośc A reaktora kataltycznego rzy różnych natężenach rzeływu saln

17 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE AMBROZIK, KRUCZYŃSKI, ŁĄCZYŃSKI, TOMASZEWSKI, Badana rzyrostu temeratur saln 9 k HC, % A, % Rys. 3. Zależność konwersj węglowodorów k HC od aktywnośc A reaktora kataltycznego rzy różnych natężenach rzeływu saln k NOx, % A, % Rys. 4. Zależność konwersj tlenków azotu k Nox od aktywnośc A reaktora kataltycznego rzy różnych natężenach rzeływu saln T -T [ o C] k CO [%] Rys. 6. Zależność różncy temeratur ΔT = T T od konwersj tlenku węgla k CO T -T [ o C] k HC [%] Rys. 7. Zależność różncy temeratur ΔT = T T od konwersj węglowodorów k HC Na rysunku 5 rzedstawono wynk omarów sygnału dagnostycznego ΔT = T - T w funkcj aktywnośc reaktora. Sygnał dagnostyczny ΔT w tej racy zdefnowano jako zmanę temeratury saln wewnątrz monoltu reaktora wynkająca z egzotermcznych reakcj utlenana tlenku węgla węglowodorów oraz redukcj tlenków azotu (różnca temeratur saln rzed za reaktorem kataltycznym merzona w jego os): ΔT = T T T -T [ o C] k NOx [%] T -T, o C A, % Rys. 5. Zależność różncy temeratur ΔT = T T saln od aktywnośc reaktora A Rys. 8. Zależność różncy temeratur ΔT = T T od konwersj tlenków azotu k NOx 4. WNIOSKI - Reaktor kataltyczny dobrany odowedno do ojemnośc skokowej slnka zaewna orawną racę reaktora w ustalonych warunkach racy slnka nawet rzy utrace rawe 75 % jego aktywnośc co sowodowane jest zasadam doboru reaktorów, które uwzględnają ch dezaktywację w czase eksloatacj. - Przyrosty temeratur saln wynkające z konwersj oszczególnych składnków saln

18 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE AMBROZIK, KRUCZYŃSKI, ŁĄCZYŃSKI, TOMASZEWSKI, Badana rzyrostu temeratur saln są w newelkm stonu zależne od rędkośc obrotowej slnka jego obcążena. - Badana ekserymentalne sygnałów dagnostycznych na otrzeby OBD II w ustalonych warunkach racy slnka oraz w warunkach racy ojazdu ECE R83 ownny być rowadzone rzy symulacj dezaktywacj reaktora gwarantującej uzyskane nskch srawnośc konwersj składnków szkodlwych saln. - Różnce temeratur saln w reaktorze kataltycznym merzone w ustalonych warunkach racy slnka mogą być wykorzystane do dagnostyk reaktora kataltycznego. - Celowym jest rowadzene dalszych badań tego tyu reaktorów kataltycznych w rzeczywstych warunkach ch eksloatacj. Mgr nż. Jacek Łączyńsk, słuchacz studum doktoranckego rzy SMR Poltechnk Warszawskej, Mgr nż. Darusz Tomaszewsk, słuchacz studum doktoranckego rzy SMR Poltechnk Warszawskej. rof. dr hab. nż. Andrzej Ambrozk 5. LITERATURA [] Ambrozk A., Kruczyńsk S.W.: Dagnostyka montorng trójfunkcyjnych reaktorów kataltycznych saln. XXVII Ogólnoolske Symozjum DIAGNOSTYKA MASZYN, Węgerska Górka, luty. [] Kruczyńsk S.W., Łączyńsk J., Tomaszewsk D.: Ocena sygnałów dagnostycznych rzyrostu temeratur odczas symulowanej dezaktywacj trójfunkcyjnego reaktora kataltycznego saln. XXIX Ogólnoolske Symozjum DIAGNOSTYKA MASZYN, Węgerska Górka, marzec. Prof. dr hab. nż. Andrzej Ambrozk, rofesor w Instytuce Pojazdów Poltechnk Warszawskej, Kerownk Samodzelnego Zakładu Slnków Salnowych Maszyn Roboczych Poltechnk Śwętokrzyskej w Kelcach, Dr nż. Stansław Kruczyńsk, adunkt w Instytuce Pojazdów Poltechnk Warszawskej,

19 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE AMBROZIK, KRUCZYŃSKI, TOMASZEWSKI, ŁĄCZYŃSKI, Pomar stężena tlenu w dagnozowanu POMIARY STĘŻEŃ TLENU W DIAGNOZOWANIU POKŁADOWYM TRÓJFUNKCYJEGO REAKTORA KATALITYCZNEGO SPALIN Andrzej AMBROZIK, Stansław W. KRUCZYŃSKI Darusz TOMASZEWSKI, Jacek ŁĄCZYŃSKI Instytut Pojazdów Poltechnk Warszawskej 54 Warszawa, ul. Narbutta 84 fax: () e-mal:skruczyn@smr.w.edu.l Streszczene W racy ocenono możlwośc dagnozowana trójfunkcyjnych reaktorów kataltycznych za omocą sygnałów z czujnków tlenu w ustalonych warunkach racy slnka. Zaroonowano metodę symulacj rocesu dezaktywacj olegającą na wymane wkładów aktywnych reaktora na wkłady neaktywne. Do otrzeb dagnostyk trójfunkcyjnego reaktora kataltycznego wybrano symtom dagnostyczny sowodowany zmaną stężena tlenu zjawskem sadku owerzchn jego magazynowana. Na odstawe uzyskanych wynków określono rzydatność sygnałów wykorzystywanych do dagnozy reaktora kataltycznego ze względu na emsję składnków toksycznych saln. Słowa kluczowe: toksyczność saln, reaktor kataltyczny, dagnostyka okładowa RESEARCH OF THE OXYGEN CONTENT FOR ON BOARD DIAGNOSIS OF THREE WAY CATALYTIC CONVERTER In ths aer the ossblty of three way catalytc converter dagnoss by means of oxygen sensors sgnals n fxed engne workng condtons s estmated. Method of the deactvaton rocess deendng on the exchange reactor actve brcks of converter on dsactve ones s suggested. For needs of three way catalytc converter dagnoss t choosed dagnostc symtom caused by oxygen loss and decrease of Oxygen Storage Caacty (OSC). On the bass of the forthcomng results, dagnostc sgnals usefulness for converter dagnoss n vew of harmful gases emsson s evaluated. Key words: exhaust toxcty, catalytc converter, on-board dagnostcs. WSTĘP Reaktor kataltyczny saln ze względu na swoją wysoką srawność oczyszczana saln w układze ełn kluczową rolę w ogranczanu emsj z slnków salnowych z załonem skrowym. Urządzene to zaewna wysoką srawność konwersj w salnach owstałych ze salena meszank stechometrycznej. Meszanka ta uzyskana jest orzez regulację jej składu w ętl zamknętej za omocą czujnka tlenu o charakterystyce rzełącznkowej. Rysunek rzedstawa konwersj składnków szkodlwych wraz z charakterystyką czujnka tlenu w zależnośc od wsółczynnka nadmaru owetrza. Metody dagnozowana trójfunkcyjnych reaktorów kataltycznych można odzelć na trzy odstawowe gruy oarte o nastęujące omary []: - temeratur (detekcja lośc wydzelonego ceła), - stężeń tlenu (detekcja ubytku tlenu utrata rzestrzen jego magazynowana), - stężeń wybranych składnków saln (bezośredna detekcja srawnośc racy reaktora). Obecne na otrzeby dagnostyk okładowej rozwjane są dwe erwsze metody lub ch kombnacje. Zastosowane metody bezośrednej oartej o omary stężeń składnków saln ogranczane jest brakem trwałych nezawodnych de detektorów możlwych do zastosowana w eksloatowanych ojazdach []. Srawność racy trójfunkcyjnego reaktora kataltycznego saln ocenana jest na odstawe wartośc stona konwersj tlenku węgla, węglowodorów tlenków azotu.

20 DIAGNOSTYKA 7 ARTYKUŁY GŁÓWNE AMBROZIK, KRUCZYŃSKI, TOMASZEWSKI, ŁĄCZYŃSKI, Pomar stężena tlenu w dagnozowanu kataltyczny, sowoduje, że sygnały będą rawe dentyczne z możlwym rzesunęcem względem sebe o czas rzeływu saln rzez reaktor (rys.. b). a). U [V],8,6,4, b). a) U O,85,9,95,5,,5 λ,5,5,5 O [%] U, U [V],8,6,4, a). b). U U 4 t [s] 6 8,8 kco, khc, knox [%] kco khc kno x zakres regulacj,85,9,95,5,,5 λ Rys.. a - charakterystyka czujnka tlenu, b - konwersja substancj szkodlwych w zależnośc od wsółczynnka nadmaru owetrza Ze zjawskam konwersj zwązane są rocesy zmany stężeń tlenu:.. Zjawsko sadku stężena tlenu na skutek reakcj utlenana.. Zjawsko magazynowana/ uwalnana tlenu w materale nośnka (tlenk ceru). Montorując zmany stężene tlenu w reaktorze kataltycznym możemy wnoskować ośredno o ntensywnośc konwersj kataltycznej. W ustalonych warunkach racy slnka sygnały z czujnków tlenu umeszczonych rzed za reaktorem kataltycznym, będą sę różnły wartoścą średną amltudą wskutek wyżej wymenonych zjawsk (rys.. a). Zdezaktywowany reaktor U, U [V],6,4, U U t [s] Rys.. Sygnały z czujnków tlenu rzy rędkośc obrotowej n = obr/mn rędkośc rzeływu saln SV = h - : a dla reaktora o % aktywnośc, b - dla reaktora o % aktywnośc.. Celem racy jest ocena możlwośc dagnozowana trójfunkcyjnego reaktora kataltycznego saln w oarcu o omary ośredne stężeń tlenu w salnach rzed za reaktorem wystęujących rzy ustalonych warunkach racy badanego slnka salnowego.. STANOWISKO BADAWCZE Ekseryment wykonano na stanowsku badawczym slnka Rover.4 wyosażonego we wtryskowy układ zaslana z korekcją składu