Научный руководитель: Пащенко Василий Михайлович, Д.б.н. (Агрофизика)
Соавторы: Чуклов Владимир Сергеевич

В настоящее время полностью не решена проблема запуска холодного ДВС. Затрудненный запуск ДВС заключается в том, что при низких температурах испаряемость бензина ухудшается. Понижение температуры рабочей смеси сужает пределы воспламеняемости, требует особенно точной дозировки топлива и воздуха при пуске холодного двигателя в зимнее время, что затрудненно в связи с оседанием значительной части топлива на холодных стенках впускного трубопровода и цилиндрах двигателя. Чтобы обеспечить хорошие условия смесеобразования, необходимы значительные скорости воздушного потока. Однако пуск карбюраторного двигателя осуществляется при скорости воздушного потока в карбюраторе и впускном трубопроводе (2-3) м/с, что не обеспечивает условий необходимых для распыления и испарения топлива. В этом случае на начальной стадии процесса пуска (90-95)% топлива поступающего в смесительную камеру осаждаются в виде жидкой плёнки и только (5-10)% лёгких фракций топлива в распыленном и испаренном состоянии поступают в цилиндры двигателя.

Решение проблемы облегчения запуска холодного двигателя может быть связано с улучшением испаряемости топлива в холодном ДВС. Специалистам известны способы улучшения пусковых качеств двигателя за счет подачи в цилиндры двигателя специальной "пусковой" жидкости или предварительного прогрева ДВС горячим воздухом, а так же прогрев ДВС путем подачи пара или горячей воды в систему охлаждения, прогрев масла в катере двигателя газовыми горелками инфракрасного излучения, а так же на автомобилях устанавливают устройство одновременного подогрева охлаждающей жидкости и масла в картере двигателя. Все вышеперечисленные способы подогрева двигателя связаны с дополнительными затратами: 1) на приобретение дополнительного оборудования; 2) на энергоносители.

Для проведения экспериментальных исследований была сконструирована и собрана лабораторная установка, включающая в себя излучатель ультразвука на основе кварцевого пьезоэлемента, измерительной стеклянной емкости с возможностью создания в ней повышенного или пониженного давления для моделирования условий возникающих во впускном коллекторе в момент запуска ДВС. Используемый генератор позволяет менять плотность мощности ультразвуковых колебаний в пределах (0,2-2) 10⁴ Вт/м² в непрерывном и импульсном режимах. Температура в ходе экспериментов меняется в пределах от -20⁰С до +40⁰С. Эффективность испарения определяется по массе топлива, испаряемого в единицу времени и диаметру аэрозольных капель. диаметр капель определялся методом Стокса по скорости оседания верхней границы аэрозольного компонента, которая определялась с помощью лазерного луча (l =682 нм), проходящего через измерительную емкость и принимающего фотоэлемента. Совокупность проведенных исследований позволяет построить аналитическую зависимость эффективности испарения бензина W:

где: m - масса испаряемого топлива, t_ос - время оседания аэрозоля, h - высота подъема столба аэрозоля, t_исп - время испарения, S - площадь пьезоэлемента, N - мощность излучателя, p - атмосферное давление, D p - избыточное давление.

1. С ростом октанового числа бензинов эффективность ультразвукового испарения понижается. Например, эффективность испарения бензина АИ-95 на (15-20)% ниже, чем АИ-80.
2. При температурах выше 0⁰С в случаях всех исследуемых бензинов наибольший эффект достигается при непрерывной работе излучателя. При температурах ниже 0⁰С более предпочтительным является импульсный режим при той же самой мощности излучателя.
3. Эффективность кварцевого излучателя при температурах ниже -10⁰С требует предварительного разогрева кварца в течении (40-60) с. При более высоких температурах кварцевый излучатель эффективно испаряет бензин уже через (3-5) с после включения.
4. Приведенные исследования показывают, что площадь S= 10^-3м² кварцевого излучателя при интенсивности генератора (1,5-2) Вт/м² и температурах от -20⁰С до 0⁰С обеспечивает массу бензинового аэрозоля необходимую для пуска ДВС объемом (1,5-2) литра.
5. Заявлена полезная модель устройства облегчения запуска холодного ДВС при низких температурах (см. рис.1). Устройство установлено на дне впускного коллектора и состоит из: 1- вибрационного элемента; 2 - диэлектрической вставки; 3 - пъезоэлемента; возбудителя колебаний; 5 - поддона; 6 - проволочный обогреватель в термостойком диэлектрическом корпусе.