1.Ciekłe:

-benzyna, ZI,

-olej napędowy, ZS,

-nafta, ZS,

-alkohole( metylowy, etylowy) ZI i ZS -biopaliwa

2.Gazowe.

3.Stałe.

Właściwości paliw silnikowych:

- wartość opałowa $\left\lbrack \frac{\text{MJ}}{\text{kg}} \right\rbrack$,$\left\lbrack \frac{\text{MJ}}{m^{3}} \right\rbrack$;

-liczba opałowa LO;

-liczba cetanowa LC;

-liczba metanowa LM;

-gęstość paliwa $\left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack$;

-lotność paliwa - skłonność do parowania;

-prężność parowania - największe ciśnienie fazy gazowej pozostającej w równowadze z fazą ciekłą, określa zdolność paliwa do przejścia w fazę gazową;

-ciepło parowania;

-lepkość - siła wiążąca cząstki -łatwość do tworzenia kropelek, rozpylenia;

-temperatura krzepnięcia;

-temperatura zapłonu - najmniejsza temperatura w której zapalają się pary paliwa przy zetknięciu się ze źródłem ognia

<27°C - bardzo niebezpieczne - benzyna;

21-55°C - niebezpieczne - nafta;

55-100°C - mało niebezpieczne - oleje napędowe

Benzyna – paliwo dla ZI

-Mieszanina węglowodanów o temperaturze wrzenia 30-200°C

-otrzymywanie(rafinacja, syntetyczne z węgla kamiennego i innych)

-dodatki zwiększające LO(etylina): ((C₂H₆)₄P_b-czteroetylek ołowiu; (CH₃)₄P_b-czterometylek ołowiu; F_e(CO)₅ –karbonylek żelaza;)

-bezołowiowa

Olej napędowy – dla ZS;

-temperatura wrzenia 170-380°C;

-otrzymywanie: (95%- rafinacja; 5%- z olejów roślinnych)

Nafta ( ZI- mały stopień sprężania ε < 5 LO = 35-50; ZS- małe prędkości obrotowe LC= ok. 35)

Alkohole – (CH₃OH- metylowy; C₂H₅OH- etylowy; mogą być stosowane jako paliwa samoistne lub jako dodatki do benzyn i olejów napędowych;)

-Otrzymywanie( metylowy- z węgla lub metanu, drzewa, roślin; etylowy- fermentacja roślin)

Paliwa gazowe

-gaz ziemny (CNG- ok. 10%; LNG)

-biogazy: (fermentacyjny; wysypisk owy)

-miejski świetlny

-generatorowy( koksowniczy, wielkopiecowy; chemiczny ; gen na paliwa roślinne i ich odpady)

-generatorowy drzewny

-kopalniany

-LPG – propan-butan

-gazy czyste: (propan, butan, metan i inne)

Zastosowanie

- siniki ZI- ε=8,5-10,5

- silniki ZS- ε=9-11(odprężany, z systemem ZI)

-ε=13,5-16(dwupaliwowy);

Benzyna

LO- liczba oktanowa (izooktan C₈H₁₈ - LO=100; heptan C₇H₁₆- LO=0)

Dla LO>100 odporność na spalanie stukowe ocenia się na podstawie wskaźnika wyczynowego PN(ang.) $LO = 100 + \frac{PN - 100}{3}$ (LOM- metoda motorowa; LOB- metoda badawcza)

LOB > LOM

Olej napędowy

LC- liczba cetanowa( skłonność do samozapłonu)( cetan- C₁₆H₃₄-LC=100; α- metylonaftalen- LC=0)

LC = 55 ± 5 − 0, 45 • LOB

LC = 60 ± 5 − 0, 55 • LOM

LM- liczba metanowa –odporność na spalanie stukowe paliwa gazowego

-metan CH₄ − LM = 100 - metan jest bardzo odporny na spalanie stukawe LO= ok130

-wodór H₂ − LM = 0 - jest bardzo skłonny do spalania stukowego LO=70

Własności paliw ciekłych
Paliwo
Benzyna
Olej napędowy
Nafta
CH3OH
C2H5OH

H₀- wartość opałowa mieszaniny stechiometrycznej

Własności paliw gazowych
Paliwo
Metan
Propan
Propan-Butan
Wodór
tlenek węgla

Destylacja ropy naftowej: (40°C gaz propan-butan; 40-150°C benzyna lekka; 150-200°C benzyna ciężka; 200-250°C nafta; 250-315°C olej napędowy; >320 pozostałości)

Liczby cetanowe różnych olejów napędowych (25-40°C olej napędowy, angielski olej napędowy; 40-50°C niemiecki olej napędowy; 50-70°C oleje z rop naftowych; 80-90°C oleje syntetyczne)

Udziały masowe pierwiastków: (charakteryzacja paliwa C,H₂,S-palne, o₂,N₂)

Olej napędowy(H₂-12,5-13,5%; C-85-87%; S-0,2%; O₂ + N₂ -0,3-1,3%)

Masowe związki ilościowe

$1kg\ C + \frac{8}{3}\text{kg\ }O_{2} = \frac{11}{3}\text{kg}{CO}_{2}$

1kg H + 8kg O₂ = 9kgH₂O

1kg S + 1kg O₂ = 2kgSO₂

C + O₂ → CO₂

12 + 32 → 44

$1kg + \frac{4}{3}\text{kg} \rightarrow \frac{11}{3}\text{kg}$

2H₂ + O₂ → 2H₂O

41 + 32 → 36

1kg + 8kg → 9kg

Ilość powietrza do spalenia

23,2%- tlenu w powietrzu

$$L_{t} = \frac{1}{0,232} \bullet \left( \frac{8}{3} \bullet c + 8 \bullet h + s - o \right)\left\lbrack \frac{\text{kg}_{\text{pow}}}{\text{kg}_{\text{paliwa}}} \right\rbrack$$

Współczynnik Moliera:

$$\sigma = 1 + \frac{3}{c} \bullet \left( h + \frac{s - o}{8} \right)$$

$$L_{t} = \frac{1}{0,232} \bullet \frac{8}{3} \bullet c \bullet \sigma$$

Współczynnik nadmiaru powietrza:

L > L_t

$$\lambda = \frac{L}{L_{t}} = \frac{m_{\text{pow}}}{m_{\text{pal}} \bullet L_{t}}$$

Dla ZI λ=1 (0,88-1,02) utrzymywane za pomocą sądy λ

Stechiometryczne

Dla ZS zależy od obciążenia silnika i przy pełnym obciążeniu:

-w silniku szybko obrotowym z komorą dzieloną 12,14

-w silniku z bezpośrednim wtryskiem 1,4-1,6

-doładowanie 1,6-2,2

-bieg jałowy λ>5,0

$$L_{t} = \frac{1}{0,21} \bullet \left( \frac{c}{12} + \frac{h}{4} + \frac{s}{32} - \frac{o}{32} \right)\left\lbrack \frac{\text{kmol}_{\text{pow}}}{\text{kg}_{\text{pal}}} \right\rbrack$$

$$L_{t} = \frac{22,41}{0,21} \bullet \left( \frac{c}{12} + \frac{h}{4} + \frac{s}{32} - \frac{o}{32} \right)\left\lbrack \frac{m_{\text{pow}}^{3}}{\text{kg}_{\text{pal}}} \right\rbrack$$

Paliwo gazowe:

$$L_{t} = \frac{1}{0,21} \bullet \left( \frac{1}{2} \bullet \left( CO + H_{2} \right) + \sum_{i = 1}^{i = n}\left( n + \frac{m}{n} \right)_{i} \bullet \left( C_{n}H_{m} \right)_{i} - O_{2} \right)\left\lbrack \frac{m_{\text{pow}}^{3}}{m_{\text{gazu}}^{3}} \right\rbrack$$

CO,H₂,O₂ –udziały objętościowe

Wartość opałowa mieszanin gazowych

$$H_{s} = H_{\text{CO}}\left( \text{CO} \right) + H_{H_{2}}\left( H_{2} \right) + \sum_{i = 1}^{i = n}\left( H_{\text{CH}_{i}}\left( \text{CH} \right)_{i} \right)\left\lbrack \frac{\text{MJ}}{m^{3}} \right\rbrack$$

H_x – wartości opałowe

() – udziały objętościowe

Wartość opałowa mieszanin palnych

$H_{\text{miesz}} = \frac{H_{s}}{\lambda \bullet L_{t}}\left\lbrack \frac{\text{MJ}}{m^{3}} \right\rbrack$ -dla paliw ciekłych

$H_{\text{miesz}} = \frac{H_{s}}{1 + \lambda \bullet L_{t}}\left\lbrack \frac{\text{MJ}}{m^{3}} \right\rbrack$ -dla paliw gazowych

V_s1=V_s2 dla λ1=1 λ₂=1,5

λ₁<λ₂ 30% mniej? masy

N_e1>N_e2

V_s1<V_s2 dla λ1=1 λ₂=1,5

λ₁<λ₂ 50% większa druga komora

N_e1=N_e2

Ilość spalin wilgotnych z 1kg paliwa

$$M_{\text{sw}} = \frac{11}{3} \bullet c + 9 \bullet h + 2 \bullet s + \left( \lambda - 0,232 \right) \bullet L_{t}\text{\ \ }\left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{kg}} \right\rbrack$$

Suchych (po kondensacji pary wodnej)

$$M_{\text{sw}} = \frac{11}{3} \bullet c + 2 \bullet s + \left( \lambda - 0,232 \right) \bullet L_{t}\text{\ \ }\left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{kg}} \right\rbrack$$

Ze spaleniem 1kg paliwa około 1,1-1,2 H₂O

-w spalinach CO – niezupełne spalanie

-C, CO, C_nH_m – niecałkowite

-w spalinach z całkowitego: (CO₂, H₂O, SO₂, N₂, dla λ>1 o₂

Przyjmując że spalanie jest całkowite i cały azot pochodzi z powietrza, w wyniku analizy spalin suchych można określić wsp. Nadmiaru powietrza λ. $\lambda = \frac{1}{1 - 3,315 \bullet \frac{o_{2s}}{n_{2s}}}$

O_2s, n_2s –procentowe, wagowe udziały w spalinach

CO₂ –normy albo O

N₂, H₂O, (SO₂ przekreślone) normy toksyczności (CO; CH, C_nH_m, TCH; NO_x, (NO, NO₂); p_m)

Funkcje spalania

Ciepło wywiązywane – ciepło powstające w wyniku wypalania się paliwa, ilość zmienna w czasie stosownie do postępu procesu .

Ciepło przejmowane przez czynnik – skutkiem jego jest wzrost p, T, u, s.

Jest mniejsze od wywieranego o: (straty wymiany ciepła; straty efektu szczelinowego; przedmuchu ładunków)

Funkcje spalania – przedstawia czasowy postęp wypalania się paliwa w ładunku, nie uwzględnia: (zasięgu strugi paliwa, procesów parowania, dyfuzji par w powietrzu; … czynnika w komorze spalania)

Formuła Wibego

$X = \frac{m_{s} \bullet \tau}{M}$ funkcja spalania

m_sτ -masa paliwa spalonego

M – całkowita masa paliwa

X = 1 − e^{−a • ym + 1}

a - wsp. Uwzględniający stopień spalenia dawki. Koniec gdy 99.9% się spaliło.

$y = \frac{\tau}{\tau_{c}}$ -względny czas spalania

τ - czas od początku spalania

τ_c –całkowity czaws spalania

m- wykładnik charakteryzujący dynamikę procesu spalania

Przyjmując za koniec spalania ξ oraz $\ \ y = \frac{\tau}{\tau_{c}}$=1

ξ = 1 − e^{−a • ym + 1} = 1 − e^{−a • 1m + 1} = 1 − e^−a

Po logarytmowaniu $a = - \frac{\log\left( 1 - \xi \right)}{\text{loge}} = - \frac{\log\left( 1 - \xi \right)}{0,4343}$ dla ξ = 0, 999 współczynnik a=-6,908

Wtedy

$X = 1 - exp\left\lbrack - 6,908 \bullet \left( \frac{\alpha - \alpha_{\text{ps}}}{\alpha_{\text{ks}} - \alpha_{\text{ps}}} \right)^{m + 1} \right\rbrack$

α - aktualny kąt obrotu wału; α_ps – kąt początku spalania; α_ks – kąt końca spalania

wartość wykładnika m: (m=0,1-0,6 dla ZS; m=1,5-5,0 dla ZI) –im m większe tym szybsze spalanie i mniejszy okres początkowy. Dla małych szybkie spalanie i duże dopalanie.

Wykorzystanie funkcji do obliczeń

Ciśnienie i srednia temperatura czynnika z I zasadt t. i r.s.

$\frac{\text{dQ}}{\text{dα}} = \frac{\text{dV}}{\text{dα}} + p \bullet \frac{\text{dV}}{\text{dα}} + h_{\text{pal}} \bullet \frac{\text{dm}_{\text{pal}}}{\text{dα}} + \frac{\text{dQ}_{s}}{\text{dα}}$

Szybkość wydzielania ciepła

$\frac{\text{dQ}}{\text{dα}} = \xi \bullet B_{\text{pal}} \bullet H_{\text{pal}} \bullet \frac{\text{dX}}{\text{dα}}$

Przyrost energii wewnętrznej

$\frac{\text{dV}}{\text{dα}} = m \bullet C_{V}\left( T \right) \bullet \frac{\text{dT}}{\text{dα}}$

Przyrost energii … paliwa

$\frac{\text{dm}_{\text{pal}}}{\text{dα}}$ - wynika z charakterystyki wtrysku; h_pal - entalpia paliwa

Przyrost ciepła odprowadzanego do ścianek = suma ciepłe odprowadzających od głowicy, denka tłoka, ścianek cylindra.$\frac{\text{dQ}_{s}}{\text{dα}} = \frac{d}{\text{dα}}\left( h_{c}\left\lbrack A_{g}\left( T - T_{g} \right) + A_{t}\left( T - T_{t} \right) + A_{c}\left( \alpha \right)\left( T - T_{c} \right) \right\rbrack \right)$

T_g, T_t, T_c - temperatury ścianek

Powierzchnia styku ze ściankami $A_{c} = \pi \bullet D \bullet R \bullet \left( 1 - cos\alpha + \frac{R}{2L}\sin^{2}\alpha + \frac{l}{R} \right)$

R= S/2 – promień wykorbienia

l-odległość między górną krawędzią a GMP

wsp. Przejmowania ciepła:(Sitke’a, Woschniego, Pischinge, wg. Hohenberg)

h_c = 130 • V^−0, 06 • p^0, 8 • T^−0, 4 • (C_sr+1,4) C_śr – 2*s*n

Modelowanie (szybkie; pojedyncze zmiany badamy; zakresy parametrów większe; przy skrajnych zmianach parametrów nie ma niebezpieczeństwa uszkodzenia.)

Średnie ciśnienie tarcia (wzory Librowicza - Pietrowa)

P_T=29,6+9,8-C_śr [kPa] ZI; p_T=88,2+14,7*C_śr[m/s] ZS

Straty wynikają z tarcia tłoka i pierścienia o gładź cylindra ok50-56%; straty tarcia w łożyskach ok. 20-25%; Rozrządu i wentylacyjne ok. 15-25%)

Sprawność silnika

$\eta_{\text{tOTTO}} = 1 - \frac{1}{\varepsilon^{- 1}}$

$\eta_{\text{tDisel}} = 1 - \frac{1}{\varepsilon^{- 1}} \bullet \frac{1}{} \bullet \frac{q^{} - 1}{q - 1}$

$\eta_{\text{tSabathe}} = 1 - \frac{1}{\varepsilon^{- 1}} \bullet \frac{1}{} \bullet \frac{\rho q^{- 1}}{\left( \rho - 1 \right) + \bullet \rho \bullet \left( q - 1 \right)}$

Dla ε=const.

η_tOTTO > η_tSabathe > η_tSabathe

Sprawność teoretyczna $\eta_{t} = \frac{L_{t}}{Q}$

Sprawność indykowana $\eta_{i} = \frac{L_{i}}{L_{t}}$

Sprawność mechaniczna $\eta_{m} = \frac{L_{u}}{L_{i}}$

$$\eta_{t} = \frac{L_{e}}{Q} = \frac{L_{t}}{Q} \bullet \frac{L_{i}}{L_{t}} \bullet \frac{L_{u}}{L_{i}} = \eta_{t} \bullet \eta_{i} \bullet \eta_{m}$$

η_t • η_i = η_c - sprawność cieplna

Sprawność ogulna η_o = η_c • η_m

Rodzaj silnika	ηt	ηc	ηi	ηm	ηo
ZI	0,35-045	0,25-0,35	0,65-0,78	0,75-0,85	0,25-0,32
ZS	0,6-0,65	0,4-0,55	0,75-0,85	0,75-0,8	0,3-0,45(0,5)

Dwusuwowy silnik okrętowy osiągnął η_o=55% szczyt szczytów

Największy wpływ na sprawność ma( strata na wydechu; strata nachodzeniu)

Sprawność mechaniczna$\eta_{m} = \frac{p_{e}}{p_{i}} = \frac{p_{e}}{p_{e} + p_{\tau}} = \frac{\text{OA}}{\text{BA}}$ wykres jakis

Przez wyznaczenie p_i z wykresu indykatorowego i p_e z mocy; napęd zewnętrzny silnika i pomiar mocy potrzebnej do napędu; przez wyłączenie kolejnych cylindrów i pomiar mocy

Bilans cieplny ślimaka energia uzyskana 18-42%

Q = Q_e + Q_ch + Q_w + Q_n + Q_m + Q_r (Q- dostarczone; Q_e- użyteczne; Q_ch- chłodzenia; Q_w- wylotowe; Q_n- nieszczelności; Q_m- mechaniczne, oporów ruchu; Q_r- reszta bilansu- wynika z błędu dopełnienia do 100%)

q_e + q_ch + q_w + q_n + q_m + q_r = 100%