Теплота сгорания бензина: формулы и советы как ее повысить
Бензин является одним из наиболее распространенных видов топлива для двигателей внутреннего сгорания. Эффективность использования бензина напрямую зависит от его теплотворной способности или теплоты сгорания – количества теплоты, выделяющегося при полном сгорании единицы массы топлива. В данной статье мы подробно разберем, что представляет собой этот важный показатель, как он влияет на работу двигателя и расход топлива, а также какими способами можно повысить теплотворную способность бензина.
Количество теплоты при сгорании бензина: методы определения
Существуют два основных подхода к определению теплоты сгорания:
- Экспериментальный
- Расчетный
Экспериментальное определение теплоты сгорания бензина производится с помощью специальных установок – калориметров. В процессе испытаний фиксируется количество теплоты, выделившееся при полном сжигании определенного объема топлива.
Для бензинов установленного качества теплоту сгорания достаточно определить один раз экспериментально. Теплота сгорания бензина практически одинакова для различных марок. Она варьируется в пределах 43,5–44,5 кДж/кг.
Как теплота сгорания влияет на работу двигателя
Чтобы проиллюстрировать влияние теплоты сгорания на эффективность работы двигателя, рассмотрим упрощенный термодинамический цикл в четырехтактном двигателе.
На такте впуска в цилиндр поступает топливовоздушная смесь. При сжатии смеси повышается давление и температура. Затем происходит воспламенение смеси от искры свечи – топливо начинает активно выделять тепло в результате химической реакции окисления, то есть сгорания.
Тепловой баланс при сгорании топлива
При полном сгорании бензина выделяется определенное количество теплоты в единицу времени, которое можно рассчитать по формуле:
Q = cm (t 2 - t 1)
где:
- Q — количество теплоты,
- c — удельная теплоемкость,
- m — масса тела,
- t 1 — начальная температура,
- t 2 — конечная температура.
Тепловая эффективность цикла двигателя
Тепло, выделившееся при сгорании топлива, частично преобразуется в механическую работу, а остальная часть рассеивается в окружающую среду.
КПД цикла двигателя или его тепловая эффективность определяется отношением совершенной механической работы к подведенной теплоте:
ηц = A / Q
Таким образом, для повышения КПД и снижения удельного расхода топлива следует максимизировать теплотворную способность используемого топлива, то есть величину его теплоты сгорания.
Как повысить теплоту сгорания
Существуют различные методы увеличения теплотворной способности бензина и энергоэффективности процессов в двигателе:
- Применение высококачественных компонентов топлива
- Использование присадок и добавок к топливу
- Повышение степени сжатия в двигателе
- Улучшение процесса турбонаддува и другие
Присадки для улучшения теплотворных свойств бензина
Одним из эффективных способов повышения теплоты сгорания бензина является использование специальных присадок-добавок. Рассмотрим некоторые из них.
Антидетонационные присадки
Эти вещества, такие как марганец, железо, свинец, повышают октановое число бензина, уменьшая склонность к детонации. Это позволяет безопасно использовать более высокие степени сжатия в двигателе и полнее реализовать потенциал топлива по тепловыделению.
Присадки-окислители
Вещества типа перекисных соединений, нитратов улучшают процесс сгорания за счет дополнительного привнесения кислорода в топливовоздушную смесь. Это способствует наиболее полному выделению тепла при окислении углеводородов бензина.
Энергетические добавки
Соединения на основе нитрометана и нитроэтана характеризуются высокой теплотой сгорания. Их добавление в небольших концентрациях позволяет увеличить общую калорийность готовой топливной смеси.
Перспективные виды моторных топлив
Кроме традиционных нефтяных бензинов перспективным направлением являются альтернативные синтетические виды топлива, обладающие высокими теплотворными характеристиками.
Синтетическое жидкое топливо
Одним из перспективных направлений является производство синтетического жидкого топлива из различных источников - природного и попутного нефтяного газа, угля, биомассы.
Такое топливо может иметь высокую теплотворную способность за счет оптимизации химического состава на стадии производства. Кроме того, оно будет отличаться низким содержанием серы и других вредных примесей.
Водородное топливо
Водород характеризуется самой высокой для всех видов топлива удельной теплотой сгорания, достигающей 120 МДж/кг.
Однако его применение в чистом виде в двигателях внутреннего сгорания затруднено в связи с низкой плотностью и сложностью хранения.
Водородно-углеводородные смеси
Перспективным решением являются водородно-углеводородные топливные композиции, сочетающие высокую энергоемкость водорода с технологичностью углеводородов.
Применение таких смесей позволит значительно повысить теплотворную способность моторных топлив по сравнению с традиционными видами бензина.