Одной из важнейших причин нерационального использования нефтепродуктов является низкий к.п.д. двигателей внутреннего сгорания. Рассмотрим первую составляющую к.п.д., сосредоточив внимание на самой удивительной разновидности потерь энергии - на потерях самого топлива. Вдумайтесь, топливо добывали, везли, перерабатывали, опять везли, заправляли, качали, распыляли, смешивали, сжимали, зажигали, а оно, так и не сгорев (по разным причинам), вылетает в выхлопную трубу, превратившись в отраву (СН). По-моему, это хуже, чем "топить ассигнациями".
Часть топлива из впускного тракта транзитом через цилиндр попадает сразу в выпускной тракт, минуя фазы СЖАТИЯ и РАСШИРЕНИЯ. В первую очередь это относится к двухтактным двигателям, у которых полный цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала.
Иное дело четырехтактный двигатель. Здесь полный цикл занимает два оборота коленчатого вала, то есть 720°. Однако в погоне за лучшей вентиляцией и наполняемостью цилиндров на высоких оборотах двигателя фазы ВЫПУСК и ВПУСК взаимно проникают на "чужие" территории. В некоторых двигателях угол взаимного пересечения достигает 60°.
Это приводит на малых оборотах (особенно в режиме резкого дросселирования) к потерям топлива до 6 %. Поэтому в некоторых современных двигателях используются системы газораспределения с регулируемым углом.
В двигателе происходит еще один достаточно неочевидный процесс - воздушно-топливная смесь, находящаяся в непосредственном контакте со стенками камеры сгорания, как бы "прилипает" к стенкам.
С одной стороны, это явление оказалось полезным. "Бесплатная" газовая рубашка прекрасно защищает двигатель от потерь тепловой энергии.
У газовой рубашки есть только один враг - это детонация.
Однако, с другой стороны, газовая рубашка имеет толщину около 200 мкм, и в ней "прячется" около 2 % топлива. Топливо в газовой рубашке по определению не может гореть, так как температура в пристеночной зоне ниже 800 °С.
Аналогичные процессы происходят и в щелях между стенками цилиндра и поршнем. В щели выше первого кольца, как правило, наблюдаются отложения продуктов неполного сгорания топлива (кокса).
Существующие системы питания двигателей формируют воздушно-топливную смесь в виде аэрозоли. Принцип действия таков (в карбюраторах - распыление эмульсии, в инжекторах - создание щели переменного сечения), что размеры капелек топлива непостоянны и подчиняются гауссовскому закону распределения, с математическим ожиданием 30…40 мкм и наличием капелек с диаметром свыше 150 мкм.
Пока в воздушно-топливной смеси присутствуют капельки топлива, эффективное богатство смеси ниже расчетного. Поэтому на холостых оборотах, особенно при запуске двигателя, воздушно-топливная смесь обогащается. Капельки топлива являются своеобразными замедлителями горения. Если капелька топлива имеет оптимальные размеры, то ее горение продолжается примерно до 90° фазы РАСШИРЕНИЕ, что полезно для повышения крутящего момента. Если же капелька слишком большая, и топливо не успевает вовремя испариться и сгореть, тогда этот процесс продолжается в выпускной системе. Очевидно, что с повышением частоты вращения потери растут.
Отсюда можно сделать еще один важный вывод: идеальная воздушно-топливная смесь должна содержать "калиброванные" капельки топлива, размеры которых должны меняться в зависимости от частоты вращения коленвала двигателя.
Потери топлива в богатой воздушно-топливной смеси наиболее понятны с точки зрения физики. Действительно, хотя процесс горения представляет собой ряд цепных реакций, конечный итог определяется балансом двух составляющих: с одной стороны - количеством атомов углерода и водорода, с другой стороны - количеством атомов кислорода (окислителя).
Если кислород заканчивается, то "лишнее" топливо не может сгореть.

(Продолжение следует)