Двигатель на бензине с низким октановым числом

Эффективно ли работает двигатель на бензине с низким октановым числом?

Понятие эффективно работать означает возможность для двигателя внутреннего сгорания развивать необходимую мощность в отсутствии детонации при использовании низкооктанового топлива.

Эффективность в современном понимании означает минимальные потери и высокую экономичность теплового процесса.

Последняя на бензиновом двигателе возможна только в условиях реализации высоких степеней сжатия. Современные технологии могут обеспечить получение степени сжатия до 24, причем на обычном ДВС, без использования каких-либо дополнительных конструкционных мероприятий.

Максимальная экономичность двигателя достигается при степенях сжатия примерно около 1:18. Далее, с ростом степени сжатия топливовоздушной смеси затраты на преодоление высокого давления растут быстрее, чем повышается эффективность сгорания топлива.

На практике было построено множество моделей двигателей внутреннего сгорания различных конструкций, обеспечивающих оптимальную степень сжатия. Но все они были чрезмерно массивны и громоздки. Этого требовали условия обеспечения необходимой прочности.

Ресурс цилиндропоршневой группы составлял четверть от обычного заурядного двигателя со степенью сжатия 1:8.

Уже в 20-х годах прошлого века ведущие специалисты хорошо понимали процессы горения топливовоздушной смеси и знали причины появления главного врага эффективной работы ДВС – детонации, или ударного преждевременного сгорания.

Скорость детонационного горения практически на порядок превышала скорость обычного горения. Благодаря ударному характеру волны локального скачкообразного повышения давления создавали местные перегревы и разрушение отдельных элементов поршня и компрессионных колец.

Химическая природа возникновения детонационного горения, как оказалось, определена способностью топливовоздушной смеси на этапе сжатия воспроизводить активные центры, содержащие перекиси углеводородов.

При повышении давления или небольшом тепловом воздействии в топливной смеси, вокруг активных перекисных центров, лавинообразно, с огромной скоростью, возникал фронт горения, известный нам, как детонация.

Более детальное изучение вопроса констатировало, что 80-90 процентов детонационных вспышек возникают именно в области, непосредственно прилегающей к поверхности днища поршня. Почему?

Сам поршень играет роль печки – излучателя, покрытого углеродистым нагаром.

Нагар, или остатки топлива, превратившиеся под воздействием высокой температуры в высокопрочную раскаленную пленку, легко передавали тепло от плохо охлаждаемого поршня к топливу, частично разлагали его с выделением компонентов, заставляющих легко детонировать.

Вследствие того, что микровзрывы происходят в непосредственной близости к поверхности поршня, основные повреждения наносятся именно ему.

Не вникая в особенности и отличия одной марки бензина от другой, большинство автолюбителей, да и просто обывателей воспринимают высокооктановый бензин, как более качественное и эффективное топливо.

Очевиден факт какого-то явного несоответствия, а именно — каким образом два сорта бензина одинакового химического состава, имеющих практически равную теплоту сгорания, могут так разниться в эффективности работы ДВС и в конечном итоге в цене топлива. Неужели характеристика стойкости так важна для коэффициента полезного действия?

Нет, достаточно устранить причину детонации, и расходные характеристики высокооктанового и низкооктанового бензинов практически сравняются.

В результате многочисленных попыток решить проблему детонации были предложены нехитрые способы повышения эффективности ДВС.

Двигатель на бензине с низким октановым числом и детонация

1. Двойное питание. Метод достаточно простой, примитивный и не требует кардинальной перестройки двигателя – достаточно организовать вторую дополнительную систему подвода и впрыскивания топлива в камеры сгорания.

Суть метода заключается в использовании при работе на холостом ходу, разогреве двигателя и при минимальной нагрузке самое низкооктановое топливо.

При разгоне или резком увеличении нагрузки оборотов двигателя включается вторая система подачи топлива – на этот раз уже высокооктанового, возможно, даже газообразного пропан-бутана.

Совместная работа двух систем позволяет снизить потребление дорогого бензина с более высоким октановым числом практически вдвое.

2. Использование паро-спиртовой жидкости. Схема практически идентична предыдущей, многократно проверена на практике и дает неплохой результат. К сожалению, наличие в системе спиртоводной системы впрыска сильно усложняет конструкцию ДВС, делает ее значительно дороже.

Достигаемый эффект уступает предыдущему варианту, стоимость его значительно выше. Иногда спиртоводную смесь заменяют впрыском раствора мочевины, что позволяет резко снизить количество токсичных веществ в выхлопных газах и повысить стойкость к детонационным процессам.

По оценкам экспертов, одной из наиболее перспективных систем, устраняющих условия возникновения детонации, является схема с двойной продувкой камеры сгорания.

Идея была предложена довольно давно и разрабатывалась для дизелей и двигателей с искровым зажиганием, рассчитанных на работу с применением очень тяжелых, высокозольных топлив на основе продуктов переработки компонентов соляра, мазута и керосина с высокой температурой кипения.

Суть ее заключалась в использовании сжатого воздуха, возможно, в смеси с перегретым паром, для полной очистки и удаления всех остатков несгоревшего топлива из камеры сгорания.

В построенных моделях двигателей внутреннего сгорания с искровым воспламенением топливной смеси и двойной продувкой детонация отсутствовала. Рабочая температура такого двигателя была на 30-40 градусов Цельсия выше, чем у серийных образцов.

На практике построено несколько реальных прототипов с интересными результатами. Возможно, для широкого применения в серийном производстве они будут рекомендованы при достижении приемлемой цены изделия.