BADANIA STATYSTYCZNYCH WŁ A Ś CIWOŚ CI SILNIKA SPALINOWEGO W STATYCZNYCH WARUNKACH PRACY



Podobne dokumenty
BADANIA PROCESÓW SZYBKOZMIENNYCH ZACHODZĄ CYCH W SILNIKU SPALINOWYM

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

BADANIA RUCHU POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH W WARUNKACH POLSKICH

Spis treści. Przedmowa... XI. Rozdział 1. Pomiar: jednostki miar Rozdział 2. Pomiar: liczby i obliczenia liczbowe... 16

STATYSTYKA - PRZYKŁADOWE ZADANIA EGZAMINACYJNE

Szczegółowy program kursu Statystyka z programem Excel (30 godzin lekcyjnych zajęć)

Szczegółowy program kursu Statystyka z programem Excel (30 godzin lekcyjnych zajęć)

STATYSTYKA OD PODSTAW Z SYSTEMEM SAS. wersja 9.2 i 9.3. Szkoła Główna Handlowa w Warszawie

Rozkład prędkości statków na torze wodnym Szczecin - Świnoujście

Statystyka od podstaw Janina Jóźwiak, Jarosław Podgórski

Własności estymatora parametru lambda transformacji potęgowej. Janusz Górczyński, Andrzej Zieliński, Wojciech Zieliński

Porównanie generatorów liczb losowych wykorzystywanych w arkuszach kalkulacyjnych

Statystyki: miary opisujące rozkład! np. : średnia, frakcja (procent), odchylenie standardowe, wariancja, mediana itd.

Weryfikacja hipotez statystycznych, parametryczne testy istotności w populacji

OBLICZENIE PRZEPŁYWÓW MAKSYMALNYCH ROCZNYCH O OKREŚLONYM PRAWDOPODOBIEŃSTWIE PRZEWYŻSZENIA. z wykorzystaniem programu obliczeniowego Q maxp

Testy nieparametryczne

Wprowadzenie do analizy korelacji i regresji

Wykorzystanie testu Levene a i testu Browna-Forsythe a w badaniach jednorodności wariancji

CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

Biogas buses of Scania

Modele i wnioskowanie statystyczne (MWS), sprawozdanie z laboratorium 4

WYKRYWANIE USZKODZEŃ W LITYCH ELEMENTACH ŁĄCZĄCYCH WAŁY

RESEARCH OF OXYGEN SENSOR SIGNALS IN THREE WAY CATALITIC CONVERTER FOR OBD II NEEDS

Testowanie hipotez dla dwóch zmiennych zależnych. Moc testu. Minimalna liczność próby; Regresja prosta; Korelacja Pearsona;

Wpływ kwantowania na dokładność estymacji momentów sygnałów o rozkładach normalnych

Korelacja, autokorelacja, kowariancja, trendy. Korelacja określa stopień asocjacji między zmiennymi

WYDZIAŁ PODSTAWOWYCH PROBLEMÓW TECHNIKI KARTA PRZEDMIOTU

Spis treści 3 SPIS TREŚCI

BADANIA ZRÓŻNICOWANIA RYZYKA WYPADKÓW PRZY PRACY NA PRZYKŁADZIE ANALIZY STATYSTYKI WYPADKÓW DLA BRANŻY GÓRNICTWA I POLSKI

Metody matematyczne w analizie danych eksperymentalnych - sygnały, cz. 2

Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki

Materiałowe i technologiczne uwarunkowania stanu naprężeń własnych i anizotropii wtórnej powłok cylindrycznych wytłaczanych z polietylenu

Tablica Wzorów Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyki

Rozkład zmiennej losowej Polega na przyporządkowaniu każdej wartości zmiennej losowej prawdopodobieństwo jej wystąpienia.

ANALIZA ZDOLNOŚCI PROCESU O ZALEŻNYCH CHARAKTERYSTYKACH

Analizy wariancji ANOVA (analysis of variance)

WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI

Wykład Centralne twierdzenie graniczne. Statystyka matematyczna: Estymacja parametrów rozkładu

ANALIZA PRZYSPIESZEŃ DRGAŃ PODPÓR W RÓŻ NYCH STANACH PRACY SILNIKA LM 2500

Elementy statystyki opisowej, podstawowe pojęcia statystyki matematycznej

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Statystyka matematyczna. Wykład VI. Zesty zgodności

Wykorzystanie testu t dla pojedynczej próby we wnioskowaniu statystycznym

KARTA KURSU. (do zastosowania w roku akademickim 2015/16) Kod Punktacja ECTS* 3. Dr hab. Tadeusz Sozański

2. Założenie niezależności zakłóceń modelu - autokorelacja składnika losowego - test Durbina - Watsona

Egzamin / zaliczenie na ocenę*

STATYSTYKA MATEMATYCZNA

STATYSTYKA MATEMATYCZNA

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

ANALIZA METROLOGICZNA WYNIKÓW BADAŃ NA PRZYKŁADZIE ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH

Testy zgodności. Dr Joanna Banaś Zakład Badań Systemowych Instytut Sztucznej Inteligencji i Metod Matematycznych. Wykład 11

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Testowanie hipotez statystycznych. Wnioskowanie statystyczne

Statystyki: miary opisujące rozkład! np. : średnia, frakcja (procent), odchylenie standardowe, wariancja, mediana itd.

BADANIA SYMULACYJNE I EKSPERYMENTALNE UTLENIAJĄCEGO REAKTORA KATALITYCZNEGO SYSTEMU FILTRA CZĄSTEK STAŁYCH W PROGRAMIE AVL BOOST

Zjawisko aliasingu. Filtr antyaliasingowy. Przecieki widma - okna czasowe.

Testowanie hipotez statystycznych.

S t a t y s t y k a, część 3. Michał Żmihorski

Laboratorium Przetwarzania Sygnałów Biomedycznych

Akademia Morska w Szczecinie. Wydział Mechaniczny

Egzamin / zaliczenie na ocenę*

Statystyka. Rozkład prawdopodobieństwa Testowanie hipotez. Wykład III ( )

Testowanie hipotez statystycznych.

Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka - W 9 Testy statystyczne testy zgodności. Dr Anna ADRIAN Paw B5, pok407

LABORATORIUM Z FIZYKI

Teoria sygnałów Signal Theory. Elektrotechnika I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

WSPÓŁCZYNNIK DWUMODALNOŚCI BC I JEGO ZASTOSOWANIE W ANALIZACH ROZKŁADÓW ZMIENNYCH LOSOWYCH

Karol Andrzejczak MIEJSKIEGO

Ćwiczenie 3,4. Analiza widmowa sygnałów czasowych: sinus, trójkąt, prostokąt, szum biały i szum różowy

Definicje PN ISO Definicje PN ISO 3951 interpretacja Zastosowanie normy PN-ISO 3951:1997

Wydział Matematyki. Testy zgodności. Wykład 03

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD 4. Testowanie hipotez Estymacja parametrów

WSTĘP DO REGRESJI LOGISTYCZNEJ. Dr Wioleta Drobik-Czwarno

Przekształcenia sygnałów losowych w układach

Kilka uwag o testowaniu istotności współczynnika korelacji

Ćwiczenia IV

Statystyka i opracowanie danych Podstawy wnioskowania statystycznego. Prawo wielkich liczb. Centralne twierdzenie graniczne. Estymacja i estymatory

Kolokwium ze statystyki matematycznej

Analiza regresji - weryfikacja założeń

Wymiar: Forma: Semestr: 30 h wykład VII 30 h laboratoria VII

ALGORYTMICZNA I STATYSTYCZNA ANALIZA DANYCH

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych

PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA DOKŁADNEGO NIEPARAMETRYCZNEGO PRZEDZIAŁU UFNOŚCI DLA VaR. Wojciech Zieliński

Właściwości testu Jarque-Bera gdy w danych występuje obserwacja nietypowa.

Statystyka matematyczna i ekonometria

Idea. θ = θ 0, Hipoteza statystyczna Obszary krytyczne Błąd pierwszego i drugiego rodzaju p-wartość

FORECASTING THE DISTRIBUTION OF AMOUNT OF UNEMPLOYED BY THE REGIONS

Zróżnicowanie poziomu ubóstwa w Polsce z uwzględnieniem płci

METODY STATYSTYCZNE W BIOLOGII

Analiza danych. TEMATYKA PRZEDMIOTU

LABORATORIUM 3. Jeśli p α, to hipotezę zerową odrzucamy Jeśli p > α, to nie mamy podstaw do odrzucenia hipotezy zerowej

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

Wnioskowanie statystyczne Weryfikacja hipotez. Statystyka

Testowanie hipotez. Hipoteza prosta zawiera jeden element, np. H 0 : θ = 2, hipoteza złożona zawiera więcej niż jeden element, np. H 0 : θ > 4.

Analiza autokorelacji

Transkrypt:

ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MARYNARKI WOJENNEJ ROK XLV NR (56) 24 Zdzisł aw Chł opek Leszek Piaseczny BADANIA STATYSTYCZNYCH WŁ A Ś CIWOŚ CI SILNIKA SPALINOWEGO W STATYCZNYCH WARUNKACH PRACY STRESZCZENIE Zmienność statycznych warunków pracy silnika spalinowego w zakresie wyższych częstotliwości ma charakter szumów, wynikających ze zjawisk nieuwzględnianych w jawny sposób w programie badań oraz z właściwości układów pomiarów. Poznanie właściwości tych szumów obserwowanych sygnałów statycznych ma istotne znaczenie w procedurach wyznaczania reprezentatywnych wartości wielkości traktowanych jako statyczne i wolnozmienne w warunkach nieuniknionych zakłóceń. Badania przeprowadzono w statycznych warunkach pracy silnika okrętowego Sulzer typu 6AL 2/24, określonych momentem obrotowym Me = 4,33 kn*m i prędkością obrotową n = 66 min. Do analiz wybrano wielkości charakteryzujące emisję zanieczyszczeń zawartych w spalinach w warunkach opisanych punktem pracy silnika: moment obrotowy, prędkość obrotową oraz stężenia tlenku węgla, węglowodorów i tlenków azotu. Badania przeprowadzono w dziedzinach: czasu, wartości procesu oraz częstotliwości. Stwierdzono, że badane przebiegi szumów, generowanych przez zjawiska nieuwzględniane w jawnej postaci w programie badań statycznych silnika spalinowego oraz przez układy pomiarów, mają w przeważającym zakresie charakter nieskorelowanych szerokopasmowych szumów normalnych. Wyniki badań uzasadniają m.in. zasadność uśredniania wyników pomiarów w warunkach statycznych oraz uśredniania synchronicznego w warunkach ustalonych. WSTĘP Sposób traktowania badanych wielkości jest zależny od intencji badacza [3, 4]. Zasada ta jest szczególnie istotna w wypadku wielkości obserwowanych w dziedzinie czasu: w zależności od rozpatrywanych zakresów częstotliwości te same procesy mogą być traktowane jako dynamiczne lub statyczne [2]. Silnik spalinowy charakteryzuje się cyklicznością pracy, w związku z czym zawsze istnieje 7

Zdzisław Chłopek, Leszek Piaseczny możliwość transformacji zmiennej niezależnej, jaką jest czas, w taki sposób, aby była możliwa analiza niektórych procesów pracy silnika jako ustalonych. Jednocześnie nieuniknione fluktuacje wielkości nieuwzględnianych w jawny sposób w programie badań powodują, że w nieograniczonym zakresie częstotliwości obserwowane sygnału zawsze mają charakter dynamiczny i dodatkowo nieustalony. Statyczne warunki pracy silnika są postulatem niezależności procesów od czasu w przyjętym zakresie częstotliwości, najczęściej odpowiadającym warunkom użytkowania silnika [2]. Zmienność tych warunków w czasie w zakresie wyższych częstotliwości ma charakter szumów, wynikających ze zjawisk nieuwzględnianych w jawny sposób w programie badań oraz z właściwości układów pomiarów [3, 4]. Poznanie właściwości tych wysokoczęstotliwościowych szumów obserwowanych sygnałów statycznych ma istotne znaczenie w procedurach wyznaczania reprezentatywnych wartości wielkości traktowanych jako statyczne i wolnozmienne w warunkach nieuniknionych zakłóceń, znamiennych dla procesów poznawczych [3, 4]. Tym problemom jest poświęcony niniejszy artykuł. PRZYKŁADOWE BADANIA ZAREJESTROWANYCH PROCESÓW ZACHODZĄCYCH W SILNIKU SPALINOWYM Badania przeprowadzono na stanowisku laboratoryjnym sześciocylindrowego silnika okrętowego Sulzer typu 6AL 2/24 o objętości skokowej 37,7 dm 3, o mocy znamionowej 42 kw przy prędkości obrotowej 75 min. Badania przeprowadzono w statycznych warunkach pracy, tzn. takich, które w zakresie częstotliwości odpowiadających warunkom rzeczywistego użytkowania silnika są niezależne od czasu [2]. Procesy o częstotliwościach większych niż częstotliwości odpowiadające warunkom rzeczywistego użytkowania silnika są traktowane jako procesy szybkozmienne, a o częstotliwościach mniejszych jako wolnozmienne. Istnieje możliwość zróżnicowania interpretacji procesów szybkozmiennych, wolnozmiennych i procesów odpowiadających warunkom rzeczywistego użytkowania silnika ze względu na ich separację częstotliwościową. Procesy wolnozmienne odgrywają w stosunku do procesów odpowiadających warunkom rzeczywistego użytkowania silnika rolę warunków początkowych, a procesy odpowiadające warunkom rzeczywistego użytkowania silnika mogą być traktowane w stosunku do procesów szybkozmiennych jako statyczne [2]. Dokładności pomiaru poszczególnych wielkości były zgodne z normą ISO 878-2 i dla stosowanych zakresów wartości wynosiły: dla momentu obrotowego, 72 Zeszyty Naukowe AMW

Badania statystycznych właściwości silnika spalinowego... prędkości obrotowej ±,5%; dla stężeń tlenku węgla, węglowodorów i tlenków azotu ± %. Spośród badań przeprowadzonych w warunkach statycznych do analiz wybrano przykładowo procesy zachodzące w punkcie pracy silnika: Me = 4,33 kn*m; n = 66 min (rysunek.). Me [kn*m] 7 6 5 4 3 2 5 55 6 65 7 75 8 n [min - ] Rys.. Punkt badań pracy silnika na charakterystyce szybkościowej W badaniach rejestrowano wielkości charakteryzujące pracę silnika, w tym właściwości energetyczne, ekologiczne i ekonomiczne oraz m.in. temperatury i natężenia przepływu czynnika chłodzącego i powietrza w układzie dolotowym. Do analiz w niniejszym artykule wybrano wielkości charakteryzujące emisję zanieczyszczeń zawartych w spalinach w warunkach opisanych punktem pracy silnika: moment obrotowy Me(t); prędkość obrotowa n(t); stężenie tlenku węgla C CO(t); stężenie węglowodorów C HC(t); stężenie tlenków azotu C NOx(t). Sygnały zostały zarejestrowane w postaci cyfrowej z następującymi parametrami: czas próbkowania Δt = s; liczność próbek zbioru N = 64. (56) 24 73

Zdzisław Chłopek, Leszek Piaseczny Analizy przeprowadzono w dziedzinach [2, 7, 8]: czasu; wartości procesu; częstotliwości. Zarejestrowane przebiegi przedstawiono na rysunkach 2 6. 5 4 Me [N*m] 3 2 2 3 4 5 6 7 Rys. 2. Przebieg momentu obrotowego 8 6 n [min - ] 4 2 2 3 4 5 6 7 Rys. 3. Przebieg prędkości obrotowej 74 Zeszyty Naukowe AMW

Badania statystycznych właściwości silnika spalinowego... 2 C-CO [ppm] 5 5 2 3 4 5 6 7 Rys. 4. Przebieg stężenia tlenku węgla 4 C-HC [ppm] 3 2 2 4 6 8 Rys. 5. Przebieg stężenia węglowodorów 4 2 C-NOx [ppm] 8 6 4 2 2 3 4 5 6 7 Rys. 6. Przebieg stężenia tlenków azotu (56) 24 75

Zdzisław Chłopek, Leszek Piaseczny Na rysunku 7. przedstawiono stosunek odchylenia standardowego i wartości średniej zarejestrowanych przebiegów. Najmniejszym rozrzutem wartości charakteryzuje się przebieg prędkości obrotowej (,2), co wynika przede wszystkim z inercyjnych właściwości układów mechanicznych silnika oraz stężenia tlenków azotu (,6). Rozrzut wartości pozostałych jednostek jest porównywalny (,4,28).,3 D/AV,2, Me n CO HC NOx Rys. 7. Stosunek odchylenia standardowego i wartości średniej zbiorów wartości: momentu obrotowego, prędkości obrotowej oraz stężeń tlenku węgla, węglowodorów i tlenków azotu W celu prowadzenia kolejnych analiz przetworzono zarejestrowane sygnały: usunięto trendy liniowe oraz dokonano normalizacji zarejestrowanych przebiegów z usuniętymi trendami [7, 8]. Wyniki przetwarzania sygnałów zostały przedstawione na rysunkach 8 2. Mez 3 2 - -2-3 -4 2 3 4 5 6 7 Rys. 8. Przebieg znormalizowanego momentu obrotowego 76 Zeszyty Naukowe AMW

Badania statystycznych właściwości silnika spalinowego... nz 3 2 - -2 2 3 4 5 6 7 Rys. 9. Przebieg znormalizowanej prędkości obrotowej C-COz 3 2 - -2-3 -4 2 3 4 5 6 7 Rys.. Przebieg znormalizowanego stężenia tlenku węgla C-HCz 4 3 2 - -2-3 2 3 4 5 6 7 Rys.. Przebieg znormalizowanego stężenia węglowodorów (56) 24 77

Zdzisław Chłopek, Leszek Piaseczny C-NOxz 3 2 - -2-3 2 3 4 5 6 7 Rys. 2. Przebieg znormalizowanego stężenia tlenków azotu Dla znormalizowanych przebiegów wyznaczono gęstości prawdopodobieństwa. Na rysunkach 3 7 przedstawiono dyskretne gęstości prawdopodobieństwa oraz wyniki ich aproksymacji rozkładem normalnym.,5,4 g(mez),3,2, -4-3 -2-2 3 4 Mez Rys. 3. Gęstość prawdopodobieństwa zbioru znormalizowanych wartości momentu obrotowego g(nz),5,4,3,2, -4-3 -2-2 3 4 nz Rys. 4. Gęstość prawdopodobieństwa zbioru znormalizowanych wartości prędkości obrotowej 78 Zeszyty Naukowe AMW

Badania statystycznych właściwości silnika spalinowego...,5,4 g(c-coz),3,2, -4-3 -2-2 3 4 C-COz Rys. 5. Gęstość prawdopodobieństwa zbioru znormalizowanych wartości stężenia tlenku węgla,5,4 g(c-hcz),3,2, -4-3 -2-2 3 4 C-HCz Rys. 6. Gęstość prawdopodobieństwa zbioru znormalizowanych wartości stężenia węglowodorów,5,4 g(c-noxz),3,2, -4-3 -2-2 3 4 C-NOxz Rys. 7. Gęstość prawdopodobieństwa zbioru znormalizowanych wartości stężenia tlenków azotu (56) 24 79

Zdzisław Chłopek, Leszek Piaseczny Na rysunku 8. przedstawiono w postaci zbiorczej gęstość prawdopodobieństwa zbiorów znormalizowanych wartości: momentu obrotowego, prędkości obrotowej oraz stężeń tlenku węgla, węglowodorów i tlenków azotu. g,5,4,3,2 rozkład normalny Mez nz C-COz C-HCz C-NOxz, -4-3 -2-2 3 4 Mez, nz, C-COz, C-HCz, C-NOxz Rys. 8. Gęstość prawdopodobieństwa zbiorów znormalizowanych wartości: momentu obrotowego, prędkości obrotowej oraz stężeń tlenku węgla, węglowodorów i tlenków azotu Przeprowadzono badania zgodności estymowanych rozkładów z rozkładem normalnym. Do oceny zgodności próbki z rozkładem normalnym zastosowano hipotezy: Shapira Wilka [, ]; Kołmogorowa Smirnowa [, 5, ]; Lillieforsa [, 6]; chi-kwadrat Pearsona [, 9]. Wyniki badań zgodności próbki z rozkładem normalnym przedstawiono na rysunkach 9 22. Do testowania zgodności estymowanych rozkładów z rozkładem normalnym wykorzystano oprogramowanie Statistica 6. firmy StatSoft Inc. Oprogramowanie to umożliwia m.in. wyznaczenie prawdopodobieństwa nieodrzucenia hipotezy Shapira Wilka o zgodności próbki z rozkładem normalnym, natomiast w wypadku hipotez Kołmogorowa Smirnowa oraz Lillieforsa są wyznaczane jedynie wartości progowe, kwalifikujące je do kategorii nieistotnych ze względu na obliczoną wartość statystyki. Jako kryterium nieistotności statystyki przyjęto w oprogramowaniu 8 Zeszyty Naukowe AMW

Badania statystycznych właściwości silnika spalinowego... Statistica 6. prawdopodobieństwo nieodrzucenia hipotezy równe,2. Na wykresach nieistotność statystyki jest oznaczona literą N. W wypadku hipotezy chi-kwadrat Pearsona jest wyznaczone prawdopodobieństwo nieodrzucenia hipotezy o dopasowaniu do rozkładu normalnego.,8 p,6,4,2 Mez nz C-COz C-HCz C-NOxz Rys. 9. Prawdopodobieństwo nieodrzucenia hipotezy Shapira Wilka o zgodności próbki z rozkładem normalnym,3,25,2 N N N N p,5,,5 Mez nz C-COz C-HCz C-NOxz Rys. 2. Prawdopodobieństwo nieodrzucenia hipotezy Kołmogorowa Smirnowa o zgodności próbki z rozkładem normalnym (56) 24 8

Zdzisław Chłopek, Leszek Piaseczny,3,25,2 N N N N p,5,,5 Mez nz C-COz C-HCz C-NOxz Rys. 2. Prawdopodobieństwo nieodrzucenia hipotezy Lillieforsa o zgodności próbki z rozkładem normalnym,8 p,6,4,2 Mez nz C-COz C-HCz C-NOxz Rys. 22. Prawdopodobieństwo nieodrzucenia hipotezy chi-kwadrat Pearsona o dopasowaniu do rozkładu normalnego Wyniki uzyskane w testach Kołmogorowa Smirnowa oraz Lillieforsa są zgodne: nie ma podstaw do odrzucenia hipotezy o zgodności estymowanych gęstości prawdopodobieństwa z rozkładem normalnym w wypadku zbiorów znormalizowanych wartości: momentu obrotowego oraz stężeń tlenku węgla, węglowodorów i tlenków azotu. Testy Kołmogorowa Smirnowa oraz Lillieforsa mają tę samą statystykę, różnią się jedynie traktowaniem wartości średniej oraz wariancji: w wypadku testu Lillieforsa jako estymat tych wielkości, a nie danych a priori, jak ma to 82 Zeszyty Naukowe AMW

Badania statystycznych właściwości silnika spalinowego... miejsce w wypadku testu Kołmogorowa Smirnowa []. Również na podstawie testu Shapira Wilka są potwierdzone te wnioski: jedynie w wypadku procesu znormalizowanej prędkości obrotowej wartość prawdopodobieństwa odrzucenia hipotezy o zgodności gęstości prawdopodobieństwa z rozkładem normalnym jest znikomo mała (,8). Wyników analizy hipotez o zgodności wyznaczonych gęstości prawdopodobieństwa z rozkładem normalnym nie potwierdzają wyniki testu chi-kwadrat Pearsona, jednak test ten dotyczy jedynie hipotezy o dopasowaniu do rozkładu normalnego, a nie zgodności z nim. Za najbardziej wiarygodne przyjmuje się wyniki uzyskane w teście Shapira Wilka, ponieważ charakteryzuje się on największą mocą spośród wszystkich rozpatrywanych [, ]. Przeprowadzono również badania korelacji liniowej rozpatrywanych zbiorów [, 7 9]. Na rysunku 23. przedstawiono współczynniki korelacji liniowej Pearsona między parami poszczególnych zbiorów. C-HCz - C-NOxz C-COz - C-NOxz C-COz - C-HCz Mez - C-NOxz Mez - C-HCz Mez - Coz nz - C-NOxz nz - C-HCz nz - C-COz nz - Mez -,2 -,,,2,3 Rys. 23. Współczynniki korelacji liniowej Pearsona zbiorów znormalizowanych wartości: momentu obrotowego, prędkości obrotowej oraz stężeń tlenku węgla, węglowodorów i tlenków azotu ρ Stwierdza się niewielką korelację liniową między poszczególnymi zbiorami, charakteryzującą się wartościami współczynnika korelacji liniowej Pearsona mniejszymi od,3. Praktyczny brak korelacji między poszczególnymi zbiorami potwierdzają wartości prawdopodobieństwa nieodrzucenia hipotezy o braku korelacji liniowej zbiorów (rysunek 24.), może z wyjątkiem pary zbiorów wartości znormalizowanych: prędkość obrotowa stężenie węglowodorów, co nie znajduje uzasadnienia merytorycznego. (56) 24 83

Zdzisław Chłopek, Leszek Piaseczny C-HCz - C-NOxz C-COz - C-NOxz C-COz - C-HCz Mez - C-NOxz Mez - C-HCz Mez - Coz nz - C-NOxz nz - C-HCz nz - C-COz nz - Mez,2,4,6,8 Rys. 24. Prawdopodobieństwo nieodrzucenia hipotezy o braku korelacji liniowej zbiorów znormalizowanych wartości: momentu obrotowego, prędkości obrotowej oraz stężeń tlenku węgla, węglowodorów i tlenków azotu Przeprowadzono również badania znormalizowanych przebiegów w dziedzinie częstotliwości. Czas obserwacji próbek zbioru wynosi p T = N Δt, () zatem częstotliwość Nyquista jest równa f g = 2 Δt, (2) natomiast rozdzielczość częstotliwości wynosi f d = =. (3) T N Δt Do analiz wprowadzono pojęcie częstotliwości względnej f ϕ ϕ =, (4) gdzie: ϕ argument prostego przekształcenia Fouriera przebiegu czasowego; ϕ = Hz. 84 Zeszyty Naukowe AMW

Badania statystycznych właściwości silnika spalinowego... Do wyznaczania zgrubnego estymatora widmowej gęstości mocy zastosowano algorytm szybkiego przekształcenia Fouriera (FFT) z oknem czasowym Hamminga [7, 8]. Do wygładzania zgrubnego estymatora widmowej gęstości mocy N/2- elementowych wektorów [ G ~,G ~,, ] T ~ K G ~ G = 2 N (5) stosowano nierekurencyjny filtr w dziedzinie częstotliwości (tzw. uśrednianie odcinkowe w dziedzinie częstotliwości) [7, 8] i + k j= i k G i = + G ~ 2k j k = M k = i k = N 2 i dla dla dla M < i N 2 M i M. (6) i > N 2 M Do realizacji filtra przyjęto parametr M = 2. Na rysunku 25. przedstawiono widmową gęstość mocy znormalizowanych przebiegów. E-2 E-3 G E-4 E-5 E-6 E-7,,2,3,4,5,6 f Mez nz C-COz C-HCz C-NOxz Rys. 25. Widmowa gęstość mocy przebiegów znormalizowanych: momentu obrotowego, prędkości obrotowej oraz stężeń tlenku węgla, węglowodorów i tlenków azotu w dziedzinie częstotliwości względnej Badane sygnały mają charakter szerokopasmowych (w zakresie obserwowanych częstotliwości) nieskorelowanych szumów. (56) 24 85

Zdzisław Chłopek, Leszek Piaseczny KOMENTARZ Badane przebiegi szumów, generowanych przez zjawiska nieuwzględniane w jawnej postaci w programie badań statycznych silnika spalinowego oraz przez układy pomiarów, mają w przeważającym zakresie charakter nieskorelowanych szerokopasmowych szumów normalnych. Ogólność tych wniosków osłabiają ograniczenia wynikające ze wstępnego charakteru badań. Najważniejszymi z tych ograniczeń są: stosunkowo mała częstotliwość próbkowania ograniczająca górną graniczną częstotliwość sygnałów obserwowanych; mała liczność próbek (64) ograniczająca rozdzielczość częstotliwościową sygnałów i w związku z tym dokładność estymacji widmowej gęstości mocy; mała liczność próbek ma również wpływ na dokładność estymacji gęstości prawdopodobieństwa; nieuwzględnianie w analizach wyników badań w innych punktach pracy silnika, co umożliwiłoby uogólnienie formułowanych wniosków. Ostatnie z tych ograniczeń ma charakter wyłącznie techniczny. Autorzy dysponują również wynikami badań silnika w innych punktach pracy, a ich analiza potwierdza sformułowane wnioski. Wyniki tych badań nie zostały przedstawione wyłącznie z powodu ograniczonej objętości pracy. Podjęte badania statystycznych właściwości silnika spalinowego w statycznych warunkach pracy mają charakter wstępny, mimo to ich wyniki mają znaczenie nie tylko teoretyczne, ale i praktyczne, bowiem tłumaczą m.in. zasadność uśredniania wyników pomiarów w warunkach statycznych oraz uśredniania synchronicznego w warunkach ustalonych. WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ AV C CO C COz C HC C HCz C NOx wartość średnia stężenie tlenku węgla znormalizowane stężenie tlenku węgla z usuniętym trendem liniowym stężenie węglowodorów znormalizowane stężenie węglowodorów z usuniętym trendem liniowym stężenie tlenków azotu 86 Zeszyty Naukowe AMW

Badania statystycznych właściwości silnika spalinowego... C NOxz D f f d f g g G G ~ Me Mez N n nz p T t Δt ϕ ρ znormalizowane stężenie tlenków azotu z usuniętym trendem liniowym odchylenie standardowe częstotliwość względna rozdzielczość częstotliwości częstotliwość Nyquista gęstość prawdopodobieństwa widmowa gęstość mocy zgrubny estymator widmowej gęstości mocy moment obrotowy znormalizowany moment obrotowy z usuniętym trendem liniowym liczność próbek zbioru prędkość obrotowa znormalizowana prędkość obrotowa z usuniętym trendem liniowym prawdopodobieństwo nieodrzucenia hipotezy czas obserwacji próbek zbioru czas czas próbkowania argument prostego przekształcenia Fouriera przebiegu czasowego ϕ = Hz współczynnik korelacji liniowej Pearsona Słowa kluczowe: silnik spalinowy, warunki statyczne, statystyka, szumy szerokopasmowe, szumy nieskorelowane BIBLIOGRAFIA [] Box G. E. P., Hunter W. G., Hunter J. S., Statistics for experimenters: An introduction to design, data analysis, and model building, John Wiley & Sons, New York 978. [2] Chłopek Z., Modelowanie procesów emisji spalin w warunkach eksploatacji trakcyjnej silników spalinowych, prace naukowe, seria Mechanika, z. 73, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 999. [3] Chłopek Z., Piaseczny L., O roli modelowania w badaniach naukowych, Zeszyty Naukowe Akademii Marynarki Wojennej, 2, nr 2, Gdynia. (56) 24 87

Zdzisław Chłopek, Leszek Piaseczny [4] Chłopek Z., Piaseczny L., Remarks about the modelling in science researches, Eksploatacja i Niezawodność, 2, nr 4. [5] Kolmogorov A., Confidence limits for an unknown distribution function, Annals of Mathematical Statistics, 2 (94). [6] Lilliefors H. W., On the Kolmogorov Smirnov test for normality with mean and variance unknown, Journal of the American Statistical Association, 64 (967). [7] Oppenheim A. V., Schafer R. W., Cyfrowe przetwarzanie sygnałów, WKiŁ, Warszawa 979. [8] Otnes R. K., Enochson L., Analiza numeryczna szeregów czasowych, WNT, Warszawa 978. [9] Pearson K., On the theory of contingency and its relation to association and normal correlation, Drapers Company Research Memoirs, Biometric, 94, ser. I. [] Shapiro S. S., Wilk M. B., Chen H. J., A comparative study of various tests of normality, Journal of the American Statistical Association, 63 (968). [] Smirnov N. V., Table for estimating the goodness of fit of empirical distributions, Annals of Mathematical Statistics, 9 (948). ABSTRACT Changeability in static work conditions of an internal combustion engine for higher frequencies appears as noises resulting from phenomena which are not taken into account in an explicit way in the investigation program or from properties of measurement systems. To discover the properties of the noises in the statistic signals being observed is important for procedures used to determine representative values of magnitudes treated as static and free-changeable in the conditions of unavoidable disturbances. The investigations were carried out for static work conditions of Sulzer 6AL 2/24 engine, for torque Me = 4,33 kn*m and rotational speed n = 66 min. To do analyses, selected were magnitudes characterizing pollution emission contained in exhaust gases in conditions described with engine work point: torque, rotational speed, carbon dioxide concentration, hydrocarbons and nitrogen oxides. The investigations were carried out for time, values of process and frequencies. It was found out that the distribution of the noises investigated, generated by the phenomena not taken into account in the explicit way in the in the investigation program or from properties of measurement systems are mainly of uncorrelated wideband normal noises character. The results of the investigations justify averaging the measurement results in statistical conditions or synchronic averaging in fixed conditions. Recenzent prof. dr hab. inż. Marek Orkisz 88 Zeszyty Naukowe AMW