25
Określają one również wskaz
niki twardości pracy silnika, takie jak:
- prędkość narastania ciśnienia "p/"� lub "p/"t
- wspó!czynnik dynamiczności cyklu (D)
�
s
D = (3.15)
�
gdzie:
�s - ilość paliwa podana do cylindra do momentu samozap!onu,
� - ca!kowita ilość paliwa podana do cylindra.
W silnikach wysoko obciążonych wspó!czynnik D = 0,0-1,0, to znaczy, że ca!a dawka paliwa podawana jest do
cylindra w okresie zw!oki samozap!onu. Zak!ada się, że twardość pracy silnika jest poprawna, gdy:
"p/"� H" 0,4 do 0,6 [MPa/�OWK]
Mniejsze wartości dotyczą silników wolnobieżnych.
3.3.2. Termochemia spalania paliwa
Spalanie paliwa jest podstawowym procesem cyklu roboczego silnika, zachodzi w nim bowiem przemiana
energii chemicznej paliwa na energię cieplną, która następnie zamieniona zostaje na pracę mechaniczną.
Samozap!on i spalanie paliwa jest z!ożonym procesem termo chemicznym, w którym następuje proces utleniania
cząstek paliwa z wydzieleniem się ciep!a. Elementarny sk!ad masowy paliwa określa wyrażenie
C+H+S+O = l kg paliwa
W silnikach z zap!onem samoczynnym spala się oleje napędowe i opa!owe, które zawierają:
- węgiel (C) H" 0,84-0,88,
- wodór (H) H" 0,11-0,14,
- siarkę (S) H" 0,0001-0,05,
- tlen (O) H" 0,001-0,03.
Wykorzystując równania stechiometryczne można wyznaczyć teoretyczną ilość powietrza potrzebną do spalenia
l kg węgla, wodoru i siarki:
1 1
1kgC + kmolO2 = kmolCO2 (3.16)
12 12
1 1
1kgH + kmolO2 = kmolH O (3.17)
2
4 2
1 1
1kgS + kmolO2 = kmolSO2 (3.18)
32 32
Wyliczoną na podstawie tych wyrażeń ilość tlenu potrzebną do spalania paliwa zmniejsza się o jego ilość
zawartą w paliwie, to znaczy O/32. Odnosząc te wartości do powietrza oraz uwzględniając, że zawartość tlenu w
powietrzu wynosi 21% objętościowo i azotu 79%, otrzymuje się teoretyczne zapotrzebowanie powietrza do
spalenia l kg paliwa:
1 C H S O
�ł �ł
Lo = + + - �ł
[kmol/kg] (3.19)
�ł
0,21�ł12 4 32 32
łł
lub
Gt = � Lo = 28,97Lo [kg/kg] (3.20)
p
gdzie:
�n = 28,97 - masa molowa powietrza (l kmol powietrza = 28,97 kg),
Lo = 0,495 kmol/kg = 14,3 kg/kg (dla paliwa o podanym wcześniej sk!adzie chemicznym).
W silniku o zap!onie samoczynnym, w odróżnieniu od silnika gaz
nikowego, powietrze doprowadzane jest
bezpośrednio do cylindra, gdzie w po!ączeniu z paliwem powstaje mieszanina palna. Powoduje to pewne
trudności w organizacji mieszaniny paliwowo-powietrznej i sprawia, że spalanie paliwa musi przebiegać z
nadmiarem powietrza, s Wielkość tego nadmiaru określa wspó!czynnik nadmiaru powietrza (), który stanowi
stosunek rzeczywistej ilości powietrza doprowadzonego do spalenia l kg paliwa (L) do teoretycznie potrzebnej
(Lo).
26
L
 = (3.21)
Lo
Dla silników pracujących przy obciążeniu znamionowym wartość tego wspó!czynnika wynosi [7J:
1,8-2,2 - w silnikach wolnoobrotowych,
1,7-2,0 - w silnikach średnio- i szybkoobrotowych.
Wyższe wartości odnoszą się do silników z do!adowaniem.
Silniki szybkoobrotowe mogą pracować z mniejszymi wartościami wspó!czynnika (), na co wp!yw ma
średnica cylindra. W cylindrach o mniejszej średnicy można bowiem !atwiej uzyskać jednorodną mieszaninę
paliwowo-powietrzną niż w dużych. Niektóre silniki szybkoobrotowe, wysoko obciążone, pracują ze
wspó!czynnikiem  =1,3 do 1,4.
Ilość i skład produktów spalania
Ogólną ilość produktów zupe!nego spalania l kg paliwa (masę spalin) można wyznaczyć z zależności
C H S
M = + + + L( - 0,21) [kmol/kg] (3.22)
12 2 32
Zmiana liczby moli gazów przy spalaniu l kg paliwa zależy od zawartości wodoru i tlenu w paliwie, a nie
zależy od wspó!czynnika nadmiaru powietrza () i wynosi
H O
"M = M - L = M - Lo = + [kmol/kg] (3.23)
4 32
Do oceny tej zmiany wykorzystuje się teoretyczny wspó!czynnik przemiany molekularnej (�o) równy
M L + "M 8H + O
�o = = = 1+ (3.24)
L L 32Lo
Wspó!czynnik ten dla paliw o sk!adzie C = 0,87, H = 0,126 i O = 0,004 wynosi:
0,0639
�o = 1+

Rzeczywisty albo obliczeniowy wspó!czynnik zmiany molekularnej (�) uwzględnia ilość pozosta!ych
gazów w cylindrze (Mr) i wyraża się zależnością:
M + M �o + ł
r r
�o = = (3.25)
L + M 1+ ł
r r
gdzie łr - wspó!czynnik reszty spalin.
Wartość wspó!czynnika (�) wynosi oko!o 1,03 do 1,04. Bieżącą wartość wspó!czynnika (�) można
wyznaczyć przyjmując, że liczba kilomoli produktów spalania w danej chwili wynosi
M = L + "M
x x
Uwzględniając wyrażenia (3.19) i (3.20) otrzymamy:
�o -1
L + "M + M
x r
� = = 1+ (3.26)
x
L + M 1+ ł
r r
W początkowej fazie procesu - kiedy x = O, to �x = l; w końcowej - kiedy x = l, to �x=�
Gazy rzeczywiste w warunkach pracy w cylindrze silnika spalinowego można uważać z wystarczającą
dok!adnością %a gazy pó!doskona!e. Różnią się one od gazów doskona!ych tym że ze wzrostem temperatury
rosną również wartości ciep!a w!aściwego przy sta!ym ciśnieniu (cp) i sta!ej objętości (cv), lecz ich różnica
równa sta!ej gazowej (R) ma sta!ą wartość niezależną od temperatury:
cp - cv = R = const (3.27)
Z powyższej zależności wynika, że wyk!adnik adiabaty (�) maleje ze wzrostem temperatury, ponieważ
cp
� = (3.28)
cv
Uwzględniając, że sta!a gazowa powietrza R = 287 J/(kgK) oraz l kmol powietrza = 28,97 kg, otrzymuje się
nową wartość sta!ej gazowej R = 8,314 kJ/(kmol K).