Что то я запутался. Вы хотите уйти от стехиометрической смеси, а зачем? Или вы хотите перейти на низкооктановое топливо? С низкооктановым топливом, по моему вообще просто. Понижаете степень сжатия, падает КПД, но двигатель будет работать. А вот зачем и главное каким образом вы собираетесь запускать ДВС на бедных смесях? Для этого необходимо оснастить двигатель впрыском топлива высокого давления, что в принципе уже реализовано.
Мне кажется главная проблема вашей идеи, это реализация в ДВС. Низкий кпд двигателя обусловлен его конструкцией, сжигать бензин внутри чугунного часового механизма. Ваша идея звучит как будто вы собрались повысить КПД парового двигателя с помощью горелки.
Всё равно интересно, хочется увидеть работающий двигатель, а не стенд с разрядниками.