namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»10.51187/0135-3152-2020-4-82-93nami-167Research ArticleДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕENGINE DEVELOPMENTЭнергетическая модель термодинамической системы «топливный бак автомобиля». Процессы нестационарного теплообмена при постоянной массе топливаThe thermodynamic system “fuel tank of a vehicle” energy model. Processes of unsteady heat transfer at constant fuel massТер-МкртичьянГ. Г.Ter-Mkrtich’yanG. G.

Тер-Мкртичьян Георг Георгович - доктор технических наук начальник управления Топливные системы.

Москва 125438

D.Sc. (Eng), head of department Fuel Systems.

Moscow 125438

georg@nami.ruМикеринН. А.MikerinN. A.

Микерин Никита Алексеевич - инженер-конструктор 1 категории управления Топливные системы.

Москва 125438

Design engineer of department Fuel Systems.

Moscow 125438

ГлавизнинВ. В.GlavizninV. V.

Главизнин Владимир Владимирович - заведующий конструкторским отделом проектирования и макетирования топливных систем управления Топливные системы.

Москва 125438

Head of the division for the design and prototyping of fuel control systems of department Fuel Systems.

Moscow 125438

БалашовД. Ю.BalashovD. Yu.

Балашов Дмитрий Юрьевич - главный специалист управления Автомобили.

Москва 125438

Chief specialist of department Vehicles.

Moscow 125438

АрабянМ. Е.ArabyanM. E.

Арабян Марина Ерджаниковна - ведущий инженер-исследователь управления Топливные системы.

Москва 125438

Lead research engineer of department Fuel Systems.

Moscow 125438

ГНЦ РФ ФГУП НАМИРоссияFederal State Unitary Enterprise Central Scientific Research Automobile and Automotive Engines Institute (FSUE “NAMI”)Russian Federation202024122020048293Copyright © Тер-Мкртичьян Г.Г., Микерин Н.А., Главизнин В.В., Балашов Д.Ю., Арабян М.Е., 20202020Тер-Мкртичьян Г.Г., Микерин Н.А., Главизнин В.В., Балашов Д.Ю., Арабян М.Е.Ter-Mkrtich’yan G.G., Mikerin N.A., Glaviznin V.V., Balashov D.Y., Arabyan M.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/167Введение

Введение. Наряду с токсичными веществами, образующимися при сгорании топлива в двигателе, автомобиль выделяет в атмосферу определённое количество углеводородов в виде паров топлива, генерируемых в результате испарения из топливного бака и компонентов топливной системы. Энергетический баланс в топливном баке определяет общий уровень и изменение температуры топлива. Чем выше их величины, тем больше паров образуется в топливном баке, что увеличивает нагрузку на систему улавливания топливных испарений.

Цели исследований - разработать энергетическую модель топливного бака автомобиля, описывающую процессы нестационарного теплообмена для установившихся режимов работы; сформировать критерии энергетической эффективности топливного бака в отношении образования топливных испарений.

Методология и методы

Методология и методы. Проведён анализ тепловых потоков, подведённых к топливному баку и отведённых от него. В результате решения уравнения энергетического баланса получены параметры, характеризующие теплотехнические свойства топливного бака.

Результаты и научная новизна. Обосновано изменение температуры топлива в баке в зависимости от времени по экспоненциальному закону. Предложены комплексные параметры, основными из которых являются: равновесный температурный напор, постоянная времени, максимальная скорость температурного напора и тепловой поток, подводимый к топливу, а также величина температурного напора, развиваемого за один час работы на холостом ходу - часовой расход топлива.

Практическая значимость

Практическая значимость. Приведены результаты испытаний шести вариантов автомобилей седан семейства «ЕМП», отличающихся характерными параметрами топливных баков и топливными модулями. Показано, что реализация частотного управления бензонасосами позволяет уменьшить нагрев топлива на 30%.

Introduction

Introduction. Along with the toxic substances formed during the combustion of fuel in the engine, a certain amount of hydrocarbons is emitted by a vehicle into the atmosphere in the form of fuel vapors evaporated from the fuel tank and fuel system components. The energy balance in the fuel tank determines the overall level and change in fuel temperature. The higher their values, the more vapors are formed in the fuel tank, which increases the load on the fuel vapor recovery system.

The purpose of the study was to develop an energy model of a vehicle fuel tank describing the non-stationary heat transfer processes for steadily operating modes; formulate criteria for the fuel tank energy efficiency depending on the formation of fuel vapors.

Methodology and research methods. The analysis of heat fluxes supplied to and removed from the fuel tank has been carried out. As a result of solving the energy balance equation the thermal properties parameters of the fuel tank were obtained.

Scientific novelty and results. The change in the temperature of the fuel in the tank has been substantiated in accordance to the time determined by the exponential law. Complex parameters were proposed, the main of which were: equilibrium temperature head, time constant, maximum of temperature speed and heat flux supplied to the fuel, as well as the value of the temperature head flux developed during one hour of idling - hourly fuel consumption.

Practical significance

Practical significance. The results of six variants of “UMP” family sedan cars testing, differing in characteristic parameters of fuel tanks and fuel modules, have been presented. It is shown that the implementation of gasoline pumps frequency control can reduce fuel heating by 30%.

система низкого давления топливатопливный бакэнергетический баланстепловой потокравновесная температуратемпературный напорпостоянная времениуправление бензонасосамиlow-pressure fuel systemfuel tankenergy balanceheat flowequilibrium temperaturetemperature headtime constantfuel pump controlReferencesСайкин А.М., Тер-Мкртичьян Г.Г., Карпухин К.Е., Переладов А.С., Журавлёв А.В., Якунова Е.А. Экологические проблемы современных транспортных средств, в том числе электромобилей II Вестник машиностроения. - 2017. - № 2. - С. 84-87.Saykin A.M., Ter-Mkrtich'yan G.G., Karpukhin K.E., Pereladov A.S., Zhuravlev A.V., Yakunova E.A. [Ecological problems of modern transport vehicles including electromobiles]. Vestnik mashinostroeniya, 2017, no. 2, pp. 84-87. (In Russian)Saykin A.M., Ter-Mkrtichyan G.G., Karpukhin K.E., Pereladov A.S., Zhuravlev A.V., Yakunova E.A. Air quality within vehicles II Russian Engineering Research. -2017. - Vol. 37. - No. 5. - P. 424-427.Saykin A.M., Ter-Mkrtichyan G.G., Karpukhin K.E., Pereladov A.S., Zhuravlev A.V., Yakunova E.A. Air quality within vehicles. Russian Engineering Research, 2017, vol. 37, no. 5, pp. 424-427.Матюхин Л.М., Пришвин С.А., Тер-Мкртичьян Г.Г. Теплогазоснабжение и вентиляция с основами теплотехники (Учебное пособие): Учебное пособие. -М.: МАДИ (ТУ), 2016. - 136 с.Matyukhin L.M., Prishvin S.A., Ter-Mkrtich’yan G.G. [Heat and gas supply and ventilation with the basics of heat engineering. Textbook.]. Moscow, MADI (TU) Publ., 2016. 136 p. (In Russian)Арабян М.Е., Глатерман А.В., Никитин А.А., Поликарпов В.В., Старков Е.Е., Тер-Мкртичьян Г.Г. Двухкамерный топливный бак: пат. 2633090 Рос. Федерация. № 2016145458; заявл. 21.11.2016; опубл. 11.10.2017, Бюл. № 29. - 10 с.Arabyan M.E., Glaterman A.V., Nikitin A.A., Polikarpov V.V., Starkov E.E., Ter-Mkrtich’yan G.G. [Twochamber fuel tank]. Patent RF, no. 2633090, 2016. (In Russian)Глатерман А.В., Тер-Мкртичьян Г.Г., Никитин А.А., Теренченко А.С., Балашов Д.Ю., Арабян М.Е. Двухкамерный топливный бак транспортного средства: патент на полезную модель 190796 Рос. Федерация. № 2019109736; заявл. 03.04.2019; опубл. 12.07.2019, Бюл. № 20. - 6 с.Glaterman A.V., Ter-Mkrtich’yan G.G., Nikitin A.A., Terenchenko A.S., Balashov D.Yu., Arabyan M.E. [Two-chamber vehicle fuel tank]. Utility model patent RF No. 190796, 2019. (In Russian)Тер-Мкртичьян Г.Г., Теренченко А.С., Балашов Д.Ю., Глатерман А.В., Арабян М.Е. Основные взаимосвязи расходных характеристик насосов топливных систем низкого давления в баках сложной конфигурации // Труды НАМИ. - 2018. - № 4 (275). -С. 57-66.Ter-Mkrtich’yan G.G., Terenchenko A.S., Balashov D.Yu., Glaterman A.V., Arabyan M.E. [The main flow dependencies of the pumps in low-pressure fuel systems in tanks of complex configuration]. Trudy NAMI, 2018, no. 4 (275), pp. 57-66. (In Russian)Тер-Мкртичьян Г.Г., Теренченко А.С., Балашов Д.Ю., Глатерман А.В., Арабян М.Е. Сравнительный анализ способов управления системой низкого давления топлива на основе материального и энергетического балансов // Труды НАМИ. - 2019. - № 1 (276). - С. 12-22.Ter-Mkrtich’yan G.G., Terenchenko A.S., Balashov D.Yu., Glaterman A.V., Arabyan M.E. [Comparative analysis of automobile engines low-pressure fuel systems controlling on the basis of material and energy balances]. Trudy NAMI, 2019, no. 1 (276), pp. 12-22. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.