Как более эффективно использовать энергию бензина в автомобиле?

Как более эффективно использовать энергию бензина в автомобиле? Химическая энергия топлива, выделяющаяся при его сгорании и виде тепла, двигателем автомобиля преобразуется в механическую работу, причем в полезную механическую работу преобразуется всего 25—29 % энергии бензина. Возможность более полного использования энергии бензина зависит от его эксплуатационных качеств: способности смесеобразования, испаряемости, фракционного состава, детонационной стойкости.
Смесеобразование — это процесс приготовления топливовоздушной (горючей) смеси, т. е. смеси паров топлива с воздухом. По соотношению количества паров топлива и воздуха в горючей смеси различают смеси нормального состава, бедные и богатые. В смесях нормального состава на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха, ровно столько, сколько требуется для полного сгорания топлива. В бедных смесях топлива меньше, а в богатых больше по сравнению с нормальной смесью. В бедных смесях при избытке воздуха бензин сгорает полнее, поэтому такие смеси являются экономичными. В богатых смесях из-за недостатка воздуха топливо сгорает неполностью, но горят такие смеси быстро и устойчиво, обеспечивая получение от двигателя полной мощности, поэтому богатые смеси являются мощностями. Однако очень бедные и очень богатые смеси не способны воспламеняться и гореть. Нижний предел воспламеняемости для бензинов составляет от 0,75 до 1,5 % содежрания его в смеси с воздухом, верхний — от 5 до 6,5 %.
При смесеобразовании топливо должно испариться и перемешаться с воздухом, образуя однородную горючую смесь, соответствующую заданному режиму работы двигателя. Получение такой смеси возможно при наличии соответствующей системы смесеобразования и бензина необходимого фракционного состава.
Смесеобразование происходит в течение чрезвычайно короткого времени — порядка сотых долей секунды, поэтому для обеспечения полного испарения бензин должен обладать хорошей испаряемостью.
Испаряемость бензина зависит от теплоты испарения и фракционного состава. Теплота, потребная для испарения бензина, отбирается в прогретом двигателе от горячего впускного трубопровода, а при пуске холодного двигателя от самой горючей смеси. В связи с этим при пуске двигателя температура во впускном трубопроводе снижается, испарение бензина замедляется и значительная часть жидкого бензина попадает в цилиндры двигателя, смывая смазку и вызывая пусковой износ деталей цилиндро-поршневой группы. Для снижения пускового износа необходимо сократить время прогрева двигателя и не нагружать его, пока он не прогреется до рабочей температуры.
Фракционный состав бензинов неоднороден, поэтому кипят они не при одной температуре, а в интервале от 35-45 °С до 170—200 °С.
Для характеристики бензина указываются температуры начала кипения, выкипании 10, 50 и 90 % бензинов и полного выкипания.
Температура выкипания первых 10 % характеризует пусковые качества бензина. Чем она ниже, тем легче пуск двигателя.
Температура выкипании 50 % бензина показывает способность его обеспечивать быстрый прогрев двигателя, устойчивость работы на всех режимах и приемистость при увеличении частоты вращения коленчатого вала. Температура выкипания 90 % бензина и полного выкипания характеризует способность бензина к его полному испарению в системе смесеобразования.
Чем ниже эти температуры, тем полнее испаряется бензин, тем меньше износ цилиндро-поршневой группы, тем выше достигаемая двигателем мощность и экономичность.
Однако чем ниже температура начала кипения и перегонки 10 % бензина, тем вероятнее образование «паровых пробок», так как при наличии большого количества легких фракций бензин испаряется в трубопроводах, фильтрах, топливном насосе. В этом случае в карбюратор поступает смесь бензина с его парами, в поплавковой камере снижается уровень бензина, горючая смесь обедняется, возникают перебои в работе двигателя и он останавливается. Это более вероятно при перегреве двигателя летом в условиях высоких температур наружного воздуха, а также при работе в условиях высокогорья, где из-за пониженного атмосферного давления снижается температура кипения жидкостей.
Для устранения перебоев в работе двигателя, снижения температуры в нем, а также забора холодного воздуха в систему смесеобразования при работе автомобиля летом конструкцией легковых автомобилей предусмотрена вентиляция подкапотного пространства.
При полном сгорании 1 кг бензина выделяется свыше 10500 ккал тепла. Поступившая в цилиндры горючая смесь, смешиваясь с оставшимися в цилиндрах газами от сгоревшей предыдущей порции смеси, образует рабочую смесь, которая в конце такта сжатия поджигается искрой свечи и горит при скорости распространения фронта пламени порядка 20—40 м/с. При таком горении рабочей смеси наиболее полно используется теплота сгоревшего бензина. Однако бывают случаи, когда нормальное горение переходит в детонационное, носящее взрывной характер. При детонации в камере сгорания образуются ударные волны, передвигающиеся со скоростью 2000—2500 м/с, а температура повышается до 2500—3000 °С. В двигателе слышатся резкие металлические стуки, из выхлопной трубы выбрасывается черный дым или желтое пламя; двигатель при этом перегревается, резко падает его мощность. Работа двигателя при детонационном сгорании недопустима, так как ведет к разрушению деталей двигателя.
Главной причиной детонации является несоответствие между степенью сжатия двигателя и детонационной стойкостью применяемого бензина.
Детонационная стойкость бензина оценивается октановым числом. Для повышения октанового числа в бензин вводят этиловую жидкость, в состав которой входят тетраэтилсвинец и выносители. Тэтраэтилсвинец хорошо растворяется в бензинах и, поступая в камеру сгорания, прерывает реакцию образования перекисей, смягчая или совсем прекращая детонацию.
Тетраэтилсвинец удаляется из камеры сгорания выносителями (бромистый этил, хлорнафталин), образующими с продуктами его сгорания летучие соединения. Часть соединений тетраэтилсвинца остается в двигателе, попадает в нагар, делая его опасным для здоровья рабочих, выполняющих ремонтные работы. Тетраэтилсвинец чрезвычайно ядовит, он поражает организм человека через кожу, пищевой тракт и органы дыхания, поэтому этилированные бензины разрешается применять только как топливо для двигателя и запрещено применять для иных целей.
Автомобильные бензины, вырабатываемые нефтоеперерабатующими заводами , этилированы. Чтобы предупредить возможность отравлении, их окрашивают, в зависимости от октанового числа, в соответствующий цвет: А-76 (А-80) — в желтый, АИ-92 — в оранжево-красный, АИ-98 — в синий. Деление бензинов на марки основано на детонационных свойствах. Буква А обозначает автомобильный бензин, буква И — метод определения октанового числа (исследовательский), а цифра — октановое число.
При хранении этилированных бензинов тетраэтилсвинец способен разлагаться; из бензина выпадает осадок белого цвета и его октановое число снижается. Для предупреждения этого явления бензин необходимо хранить по возможности при низкой температуре и избегать по-падания в него воды.