Что такое коэффициент остаточных газов

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Коэффициент остаточных газов показывает процентное содержание в рабочей смеси продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла. При увеличении этого коэффициента понижается скорость горения рабочей смеси. [3]

Коэффициент остаточных газов jr характеризует степень загрязнения рабочей смеси продуктами сгорания, оставшимися в цилиндре от предыдущего цикла. [4]

Коэффициент остаточных газов представляет собой отношение количества остаточных газов ( продуктов сгорания) к количеству свежего воздуха. При всех случаях необходимо стремиться получить минимальное значение уг, так как с увеличением количества остаточных газов уменьшается коэффициент наполнения цилиндра. В двухтактных двигателях его величина в основном зависит от системы продувки, ее качества и степени быстроходности двигателя. [5]

Величина коэффициента остаточных газов 7г характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания. С увеличением уг уменьшается количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска. [7]

Величина коэффициента остаточных газов у в четырехтактных двигателях ( при отсутствии продувки) зависит от степени сжатия s, а также от давления рг и температуры Тг остаточных газов. [8]

Величина коэффициента остаточных газов уг характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания. С увеличением ут уменьшается количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска. [9]

При повышении коэффициента остаточных газов Кг в результате ухудшенной очистки цилиндра уменьшается значение п, так как при этом температура начала сжатия Та более высока. [10]

При наддуве величина коэффициента остаточных газов снижается. [11]

При наддуве величина коэффициента остаточных газов снижается, Температура в конце впуска. [12]

Источник

ПАРАМЕТРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ОСТАТОЧНЫЕ ГАЗЫ

1. Давление и температура окружающей среды.Двигатель будет работать без наддува (с наддувам) согласно исходных данных, поэтому давление окружающей среды выбираем ро = 0,1Мн/м2 (кг/см2), а температуру — Т0 = 288°…300° К.

При работе двигателей с наддувом воздух поступает в цилиндр не из атмосферы, а из компрессора (нагнетателя), где он предварительно сжимается. В соответствии с этим давление и температура окружающей среды при расчете рабочего процесса двигателя с наддувом принимается равной давлению рк и температуре Тк воздуха на выходе из компрессора. В зависимости от степени наддува давление наддувочного воздуха принимается:

Температура воздуха после компрессора

где пк — показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре (нагнетателе).

Из выражения следует, что температура воздуха после компрессора зависит от степени повышения давления в нагнетателе и показателя политропы сжатия.

Величину пк принимают по опытным данным в зависимости от типа наддувочного агрегата и степени охлаждения:

2. Давление остаточных газов.В цилиндре двигателя перед началом процесса наполнения всегда содержится некоторое количество остаточных газов, находящихся в объеме Vc камеры сгорания. Величина давления остаточных газов рrустанавливается в зависимости от числа и расположения клапанов, сопротивлений впускного и выпускного трактов, фаз газораспределения, характера наддува, быстроходности двигателя, нагрузки, систем охлаждения и других факторов.

Для автомобильных двигателей без наддува, а также с наддувом и выпуском в атмосферу

Большие значения рrпринимаются для высокооборотных двигателей. Для двигателей с наддувом и наличием газовой турбины на выпуске

ПРОЦЕСС ВПУСКА

1. Температура подогрева свежего заряда.Учитывая высокое число оборотов и желание получить хорошее наполнение двигателя, принимается для бензинового и дизеля ∆Т=5º-7º

Плотность заряда на впуске

где В — удельная газовая постоянная. Для воздуха

где R = 8315 дж/кмоль град — универсальная газовая постоянная.

Потери давления на впуске.

Потери давления Δра за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре при некотором допущении можно определить из уравнения Бернулли:

где β — коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра; ξ вп — коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее

ωВП — средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило, в клапане или в продувочных окнах);

ρк и ρо — плотность заряда на впуске соответственно при наддуве и без него (при рк = ро и ρк = ρо).

По опытным данным в современных автомобильных двигателях на номинальном режиме (β2 + ξВП)

Величина Δра у четырехтактных двигателей без наддува на номинальном режиме колеблется в пределах: для бензиновых двигателей Δра= (0,06÷0,20) р0 Мн/м2, для дизелей Δра = (0,04÷0,18) р0 Мн/м2.

При работе двигателя с наддувом значение ра приближается к рк, однако абсолютные значения сопротивлений во впускных органах возрастают.

Для четырехтактных двигателей с наддувом

4. Давление в конце впуска.Для двигателей с наддувом и без наддува.

или

5. Коэффициент остаточных газов.Величина коэффициента остаточных газов уrопределяет качество очистки цилиндров от продуктов сгорания. С увеличением уrуменьшается количество свежего заряда, которое может поступить в цилиндр двигателя в процессе впуска.

Коэффициент остаточных газов для четырехтактных двигателей:

где ε — степень сжатия, Тк = Т0 – температура после компрессора или температура окружающей среды.

В четырехтактных двигателях величина γrзависит от степени сжатия, параметров рабочего тела в конце впуска и выпуска, числа оборотов и других факторов.

С увеличением степени сжатия ε и температуры остаточных газов Тrвеличина γrуменьшается, а при увеличении давления остаточных газов и числа оборотов — возрастает:

При применении наддува величина коэффициента остаточных газов снижается.

12. Температура в конце впуска.Эту температуру Та с достаточной степенью точности определяют на основании уравнения баланса теплоты, составленного по линии впуска от точки r до точки а:

где — количество теплоты, внесенное свежим зарядом, с учетом подогрева заряда от стенок;

— количество теплоты, заключающееся в остаточных газах;

— количество теплоты, заключающееся в рабочей смеси.

Принимая в уравнении mcp— mcp» = mcp׳ получим

Величина Та в основном зависит от температуры рабочего тела, коэффициента остаточных газов, степени подогрева заряда и в меньшей степени — от температуры остаточных газов.

У современных четырехтактных двигателей без наддува температура в конце впуска будет:

Коэффициент наполнения.

Для четырехтактных двигателей с учетом продувки и дозарядки цилиндра

для четырехтактных двигателей без учета продувки и дозарядки φп=φд=1;

Величина коэффициента наполнения в основном зависит от тактности двигателя, степени его быстроходности и совершенства системы газораспределения.

Значение коэффициента наполнения для сравнения:

Для бензиновых двигателей Для дизельных двигателей

ηv =0.70÷0.85 ηv = 0.80÷0.90

ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

1.Средний показатель адиабаты сжатия k1 при заданном (ε) и (Та) определяют по графику

Рис. 7. Номограмма для определения показателя адиабаты сжатия k1

2. Средний показатель политропы сжатия.Величина n1 устанавливается по опытным данным в зависимости от числа оборотов двигателя, степени сжатия, размеров цилиндра, материала поршня и цилиндра, теплообмена и других факторов. Однако, учитывая, что процесс сжатия протекает достаточно быстро (0,015-0,005 сек на номинальном режиме), суммарный теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра за процесс сжатия получается незначительным и величина п1 может быть оценена по среднему показателю адиабаты сжатия k1.

Учитывая быстроходность рассчитываемого двигателя, принимают

3. Давление и температура в конце процесса сжатияопределяются из уравнения политропы с постоянным показателем п1:

Для современных автомобильных и тракторных двигателей давление и температура в конце сжатия изменяются в пределах (для сравнения):

Источник

Коэффициент и количество остаточных газов

Величина коэффициента остаточных газов g_r характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания. С увеличением g_r уменьшается количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска.

Коэффициент остаточных газов g_r для четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания определяется по формуле

(2.27)

Количество остаточных газов М_r в кмоль ост.газов/кг топл определяется по формуле

Температура в конце впуска

Температуру в конце впуска Т_а в градусах Кельвина (К) определяется по формуле

(2.29)

Источник

Что такое коэффициент остаточных газов

Главное меню

Судовые двигатели

В результате рассмотрения процесса наполнения можно сделать вывод, что количество свежего заряда, поступившее в цилиндр за период наполне­ния, меньше, чем то количество, которое могло бы поместиться при пара­метрах среды, из которой свежий заряд поступает.

Степень заполнения рабочего цилиндра свежим зарядом, или степень совершенства процесса наполнения, оценивается коэффициентом наполне­ния.

L — количество молей свежего заряда, сжимаемого в цилиндре;

L₁ — количество молей свежего заряда в объеме V_s при р₀ и Т₀, а в слу­чае работы двигателя с наддувом при р_к и Т_к;

М_r — количество молей остаточных газов при Т_r и р_r;

R_?— универсальная газовая постоянная.

Для дальнейшего вывода выражения коэффициента наполнения сде­лаем следующие допущения:

процесс наполнения заканчивается в точке а (см. рис. 25 и 26), т. е. отсутствует дозарядка цилиндра в начале сжатия;

абсолютная работа, совершаемая газами за ход наполнения, равна нулю;

кинетическая энергия газов в цилиндре равна нулю.

В соответствии с принятыми обозначениями можно написать, что

и количество смеси свежего заряда с остаточными газами в конце наполнения будет равно

Из уравнения состояния (см. рис. 26) находим:

При работе двигателя без наддува

при работе с наддувом

Подставляя значения М₁ L и М_r в уравнение (14), получим формулу для определения коэффициента наполнения четырехтактных двигателей:

При работе двигателя с наддувом р₀ = р_к и Т₀ = Т_К, а потому получим наиболее общую формулу, справедливую и для двухтактных двигателей,

Уточненное выражение коэффициента наполнения, предложенное М. М. Масленниковым для четырехтактных быстроходных двигателей с над­дувом

Рассмотрение полученных формул (15) и (16) позволяет установить влияние различных факторов на коэффициент наполнения. Наибольшее влияние на величину коэффициента наполнения оказывает давление р_а. С увеличением давления р_а, которое происходит при уменьшении сопротив­лений впускного тракта, возрастает плотность и количество свежего заряда, а следовательно, и возрастает коэффициент наполнения. При уменьшении температуры заряда в конце наполнения Т_а плотность его возрастает, а по­тому коэффициент наполнения также будет возрастать.

Фазы распределения влияют на протекание процесса наполнения и на величину коэффициента наполнения и коэффициента остаточных газов. Одновременно, как это видно на схематической диаграмме выпуска (рис. 27), при правильном установлении опережения выпуска уменьшается затрата энергии на выталкивание (точка 3) по сравнению с точкой 1, когда опереже­ние выпуска отсутствует. При слишком раннем опережении (точка 2) пло­щадь индикаторной диаграммы значительно уменьшается и уменьшается мощность двигателя. Запаздывание закрытия выпускного клапана позволяет использовать инерционное движение газов в вы­пускном трубопроводе для понижения давления в нем ниже р₀, а следовательно, для лучшей очистки цилиндра от отработавших газов.

Запаздывание закрытия впускного клапана способствует увеличению свежего заряда, во-пер­вых, потому, что при положении поршня в НМТ все еще остается большое проходное сечение впуск­ного клапана, во-вторых, давление в цилиндре в на­чале сжатия меньше р₀ и воздух может поступать в цилиндр и, в-третьих, вследствие инерции потока воздух будет поступать в цилиндр и при давлении больше р₀. Перекрытие впускного и выпускного клапанов способствует лучшей очистке цилиндра, а при наддуве осуществляет продувку камеры сго­рания.

Источник

Параметры окружающей среды и остаточные газы.

Введение

Тепловой расчет позволяет аналитически с достаточной степенью точности определить основные параметры вновь проектируемого или модернизируемого двигателя.

Рабочий цикл рассчитывают для определения индикаторных, эффективных показателей работы двигателя и температурных условий работы деталей, основных размеров, а также выявления усилий действующих на его детали, построения характеристик и решения рода вопросов динамики двигателя.

Результаты теплового расчета зависят от совершенства оценки ряда коэффициентов, используемых в расчете и учитывающих особенности проектируемого двигателя.

В методической разработке рассмотрен пример расчета дизельного двигателя, пример построения индикаторной диаграммы и пример кинематического и динамического расчетов аналитическим методом в примерах расчетов не учитывается дозарядка и продувка цилиндров.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Тип двигателя Д-243

Давление надувочного воздуха p_к = 0,18 МПа

Номинальная мощность дизеля N_е = 90 КВт

Степень сжатия ε = 16

Коэффициент тактности τ_дв = 4

Коэффициент избытка воздуха α = 1,7

Дизельное топливо «Л»:

Низшая удельная теплота сгорания топлива Q_н=42500 кДж/кг

Средний элементарный состав топлива: C = 85,7%

Состав топлива задается массовым или объемный содержанием основных элементов: углерода С, водорода Н и кислорода О. Нужно иметь ввиду, что в топливе присутствуют также сера S, азот N и элементы химических соединений в виде антидетонационных, противодымных и других присадок. Расчет ведут для условий сгорания 1кг топлива.

Параметры рабочего тела. На основе химических реакций сгорания углерода и водорода рассчитывают теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:

l₀ = 1/0.23*(8/3*C+8*H – О)=1/0,23(8/3*0,857+8*0,133 – 0,01) = 14,519 кг.

μ_в – масса 1 кмоля воздуха ( μ_в = 28,96 кг/кмоль)

Количество свежего заряда:

α – коэффициент избытка воздуха. Влияет на количество выдиляемой теплоты и состав продуктов сгорания. Чем совершение процесс смесеобразования в дизеле, тем меньше значения α и размеры цилиндра могут быть приняты для обеспечения заданной мощности.

Ориентировочные значения α для автотракторных двигателей на номинальном режиме работы находятся в следующих пределах: для дизелей с неразделимыми камерами сгорания и объемны смесеобразованием – 1,5 – 1,8;

Общее количество продуктов сгорания ( при α ≥1, т.е. при полном сгорании топлива):

M₂ = αL₀ + H/4 + O/32 = 1,7*0,5013 + 0,133/4 + 0,01/32 = 0,8858 кмоля.

При сгорании в двигателях жидкого топлива всегда происходит приращение кмолей газа M₂>M₁. Приращение числа кмолей газов происходит в следствии увеличения суммарного количества молекул при химических реакциях распада молекул топлива и образования новых молекул в результате сгорания водорода и участия в реакциях кислорода содержащегося в топливе.

Химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

Параметры окружающей среды и остаточные газы.

Принимаем атмосферные условия: р₀ = 0,1 МПа; Т₀ = 288 К. Давление надувочного воздуха р_к = 0,18 МПа. В зависимости от степени надува принимаются следующие значения давления р_к надувочного воздуха при низком наддуве 1,5 р₀;при среднем – (1,5 – 2,2) р₀. Принимаем показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре n_к = 1,65.

Температура воздуха за компрессором (температура надувочного воздуха):

Давление и температура остаточных газов:

Принимаем Т_r = 800 К. Выбирая значение Т_r , следует учитывать, что при увеличении частоты вращения температура остаточных газов возрастает, а при увеличении степени сжатия и угла опережения подачи топлива снижается. На температуру остаточных газов влияет также состав смеси.

Процесс впуска. Принимаем температуру подогрева свежего заряда

Принимаем (β 2 + ξ_вп) = 3,3 и ω_вп = 90 м/с. Тогда потери давления на впуске в двигатель:

где β – коэффициент затухания скорости движения заряда рассматриваемом сечении цилиндра; ξ_вп – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению; ω_вп – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило, клапане или продувочных окнах).

По опытным данным, в современных автотракторных двигателях в номинальном режиме (β 2 + ξ_вп) = 2,5 – 4 и ω_вп = 50 – 130 м/с.

Сопротивление впускной системы зависит от многих факторов, в том числе от длинны трубопроводов и их сечения, наличия впускной системы, колен, их радиуса и числа, от шероховатостей стенок трубопроводов, сопротивлений при просасывании через воздухоочиститель, клапаны.

С увеличением частоты вращения вала двигателя аэродинамические сопротивления увеличиваются.

Давление в конце впуска:

Коэффициент остаточных газов:

γ_r =

γ_r = (363 + 10) / 800 * 0.158/(16 * 0.157 – 0.158) = 0.158.

Температура в конце впуска:

Т_а = (Т_к + Δt + γ_r Т_r) / (1 + γ_r ) = (363 + 10 +0.031 * 800) / (1 + 0.031) = 386 К.

η_v = 363(16 * 0,157 – 0,158)/(363+10)(16-1)*0,18 = 0,848.

Процесс сжатия. С учетом характерных значения показателя политропы сжатия для заданных параметров двигателя принимаем, рассчитывая по эмпирической формуле,

n₁ = 1.41 – 100/2200 = 1.37

По опытным данным для дизелей без наддува n₁ = 1,38 – 1,42; для дизелей с наддувом n₁ = 1,35 – 1,38.

Давление в конце сжатия:

р_с = р_аε n 1 = 0.157 * 16 1.37 = 7 МПа.

Температура в конце сжатия:

Т_с = Т_аε n 1-1 = 386 * 16 1,37 – 1 = 1077 К.

Средняя молярная теплоемкость заряда (воздуха)в конце сжатия:

Число молей остаточных газов:

М_r = αγ_rL₀ = 1.7 * 0.031 * 0.5013 = 0.0264 кмоля

Число молей газов в конце сжатия до сгорания:

Процесс сгорания. Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания в дизеле:

Число молей газов после сгорания:

Расчетный коэффициент молекулярного изменения:

Принимаем коэффициент использования теплоты ξ = 0,85. Тогда количества теплоты, передаваемой газом во время впрыска при сгорании

Q = ξQ_н = 0,85 * 42500 = 36125 кДж/кг.

На значение коэффициента использования теплоты ξ влияют конструктивные параметры, режимы работы и регулировки двигателя.

Значение коэффициента использования теплоты ξ варьирует для дизеля в пределах 0,7 – 0,9.

В дизеле с наддувом для ограничения максимального давления сгорания принимаем меньшее значение степени повышения давления, чем в дизеле без наддува: λ = 1,6.

Давление в конце сгорания:

Для дизелей с неразделенными камерами сгорания и объемным смесеобразованием λ = 1,6 – 2,5;

Температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания:

βμс_pzT_z = + Т_с (μс_vc + 8.314λ)

1,0381 * (29,06 + 0,0024 * T_z) = (0,85 * 42500)/(1,7 * 0,5013*(1+0,031))+

+1077 * (22,03 + 8,314 * 1,6)

Решаем уравнение относительно Т_z:

0,0025 Т 2 _z + 30,17 Т_z – 79168,2 = 0

Т_z = (-30,17 ± )/2/0,0025 = 2222 К.

Степень предварительного расширения:

Процесс расширения. Степень последующего расширения:

δ = ε/ρ = 16/1,339 = 11,949

С учетом характерных значений показателя политропы расширения для заданных параметров двигателя принимаем n₂ = 1.25 (n₂ = 1.18 – 1.28).Тогда

р_b = р_z / δ n 2 = 11.2/11.949 1.25 = 0.5 МПа.

Т_b = Т_z / δ n 2-1 = 2222/11.949 (1.25-1) =1195.27 К.

Проверим правильность ранее принятой температуры остаточных газов (Т_r принято 800 К):

Т_r = Т_b/ = 1195,27/(0,5/0,158) 1/3 = 813 К.

Δ = 100(800-813)/800 = 1,625 % (допустимое значение Δ = 5 %).

Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя. Среднее индикаторное давление цикла для нескругленной индикаторной диаграммы:

— 1/(1,37-1) * (1 – 1/16 (1,37-1) )] = 1,293 МПа.

Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы v = 0.95

Индикаторный удельный расход топлива:

Эффективные показатели двигателя. Принимаем предварительно среднюю скорость поршня W_n.ср. = 9,17 м/с. Тогда среднее давление механических потерь:

Среднее эффективное давление:

Эффективный расход топлива:

Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя.

N_i =

где V_h – рабочий объем цилиндра. В соответствии с прототипом значение хода поршня 115мм и D = 130мм.
V_h = S * π * D 2 /4 =125 * 3.14 * 110 2 /4 = 1.187 л.

N_i = 1,228 * 1,187 * 4 * 2200/ 30 / 4 = 106,893 кВт.

V_л = V_h * i = 1.187 * 4 = 4.748 л.

Средняя скорость поршня:

W_n.ср = Sn/(3*10 4 ) = 125*2200/(3*10 4 ) = 9.17 м/с.

Эффективный крутящий момент:

М_е = 9550N_e / n = 9550 * 90 /2200=390.68 Н*м.

Часовой расход топлива:

Удельная поршневая мощность:

Если принять массу сухого двигателя вспомогательным оборудованием по прототипу G_сух = 430 кг, то литровая масса.

Источник