namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»10.51187/0135-3152-2023-2-6-17nami-270Research ArticleДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕENGINE DEVELOPMENTОбразование испарений в топливном баке автомобиля. Стратегия загрузки адсорбераEvaporation generation in the vehicle fuel tank. Canister feed strategy optimizationТер-МкртичьянГ. Г.Ter-Mkrtich’yanG. G.

Тер-Мкртичьян Георг Георгович – д-р техн. наук, главный научный сотрудник управления «Топливные системы»

г. Москва 125438

D.Sc. (Eng), chief researcher, Department “Fuel Systems”

Moscow 125438

georg@nami.ruМикеринН. А.MikerinN. A.

Микерин Никита Алексеевич – заведующий конструкторским отделом проектирования и макетирования топливных систем, управление «Топливные системы»

г. Москва 125438

head of the design department for the design and prototyping of fuel systems, Department “Fuel Systems”

Moscow 125438

ГлавизнинВ. В.GlavizninV. V.

Главизнин Владимир Владимирович – начальник управления «Топливные системы»

г. Москва 125438

head of Department “Fuel Systems”

Moscow 125438

ЦейтлинА. А.TseytlinA. A.

Цейтлин Алексей Александрович – инженер-конструктор 1-й категории управления «Топливные системы»

г. Москва 125438

design engineer of Department “Fuel Systems”

Moscow 125438

МалышевА. Б.MalyshevA. B.

Малышев Алексей Борисович – заведующий отделом стендовых исследований и испытаний свойств материалов и компонентов АТС, управление исследований и испытаний несущей конструкции АТС и их компонентов

г. Москва 125438

head of the department of bench research and testing of the properties of materials and components of the vehicle, department of research and testing of the supporting structure of the vehicle and their components

Moscow 125438

Тер-МкртичьянЮ. Г.Ter-Mkrtich’yanYu. G.

Тер-Мкртичьян Юлия Георговна – канд. экон. наук, старший научный сотрудник

г. Москва 125438

PhD (Econ), senior researcher

Moscow 125438

ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»РоссияFederal State Unitary Enterprise “Central Scientific Research Automobile and Automotive Engines Institute” (FSUE “NAMI”)Russian Federation20231207202302617Copyright © Тер-Мкртичьян Г.Г., Микерин Н.А., Главизнин В.В., Цейтлин А.А., Малышев А.Б., Тер-Мкртичьян Ю.Г., 20232023Тер-Мкртичьян Г.Г., Микерин Н.А., Главизнин В.В., Цейтлин А.А., Малышев А.Б., Тер-Мкртичьян Ю.Г.Ter-Mkrtich’yan G.G., Mikerin N.A., Glaviznin V.V., Tseytlin A.A., Malyshev A.B., Ter-Mkrtich’yan Y.G.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/270

Введение (постановка задачи и актуальность). Дополнительно к токсичным веществам, образующимся при сгорании топлива в двигателе, автомобиль генерирует значительное количество углеводородов в виде паров топлива, возникающих в результате испарения из топливного бака и компонентов топливной системы. Параметры процесса парообразования и количество топливных испарений определяются динамикой нагрева топлива в баке на различных режимах эксплуатации автомобиля. Современные требования к предельному уровню выбросов в результате испарения значительно ужесточаются. Поэтому, решение задачи минимизации образования топливных испарений и предотвращения их проникновения в атмосферу является актуальным и практически значимым.

Цели исследований – на основе анализа результатов математического моделирования и экспериментальных исследований разработать модель протекания процессов генерации испарений в топливном баке автомобиля, а также разработать оптимальные стратегию и алгоритм загрузки адсорбера.

Методология и методы. В работе использовано сочетание аналитических методов классической термодинамики с моделированием в среде интегрированной программной платформы Simcenter Amesim.

Результаты и научная новизна. Установлено, что переход от организации загрузки адсорбера с открытым паровым пространством к парообразованию в пространстве постоянного объёма позволяет значительно уменьшить количество углеводородов, поступающих в адсорбер. Практическая значимость. Установлено и обосновано, что аккумулирование углеводородов в закрытом баке с дискретной циклической загрузкой адсорбера позволяет значительно уменьшить генерирование испарений и снизить требования к параметрам адсорбера. Предложен алгоритм оптимальной загрузки адсорбера.

Introduction (problem statement and relevance). In addition to the toxic substances generated during fuel combustion in the engine, the vehicle generates a significant amount of hydrocarbons in the form of fuel vapors generated as a result of evaporation from the fuel tank and fuel system components. The evaporation process parameters and the amount of fuel evaporations are determined by dynamics of fuel heating in the tank in various vehicle operation modes. Modern requirements for the limit level of emissions caused by evaporation become much stricter. Therefore, the solution of the task of fuel evaporation minimization and prevention of ingress thereof into the atmosphere is relevant and practically significant. The purposes of the studies are to develop a model of the processes of evaporation generation in the vehicle fuel tank based on the analysis of mathematical modeling and experimental research results as well as to develop the optimum strategy and algorithm of the canister feed.

Methodology and research methods. In the study, a combination of analytical methods of the classical thermodynamics with modeling in the Simcenter Amesim integrated program platform environment is used.

Scientific novelty and results. It has been found that transition from feeding the canister with an open vapor space to evaporation in a fixed-volume space allows significant reduction of the amount of hydrocarbons delivered to the canister.

Practical significance. It has been found and proved that accumulation of hydrocarbons in a closed tank with discrete cyclic feed of the canister allows significant reduction of evaporation generation and lowering of the requirements for the canister parameters. An algorithm of optimum canister feed is suggested.

система низкого давления топливатопливный баксистема вентиляции топливного бакаэнергетический баланстепловой потокравновесная температуратемпературный напорпостоянная времениуправление загрузкой адсорбераlow-pressure fuel systemfuel tankfuel tank ventilation systempower balanceheat flowtemperature equilibriumtemperature differencetime constantcanister feed controlReferencesТер-Мкртичьян Г.Г. Анализ процессов парообразования в топливном баке автомобиля. Новое уравнение для определения количества испарений // Труды НАМИ. – 2021. – № 2 (285). – С. 74–86.Ter-Mkrtich’yan G.G. [Analysis of the vaporization processes in the vehicle fuel tank. New equation for determining the vapor amount]. Trudy NAMI, 2021, no. 2 (285), pp. 74–86. DOI: 10.51187/0135-3152-2021-2-74-86. (In Russian)Reddy S. Understanding and designing automotive evaporative emission control systems // SAE Technical Paper. – 2012. – No. 2012-01-1700. DOI: 10.4271/2012-01-1700.Reddy S. Understanding and designing automotive evaporative emission control systems. SAE Technical Paper, 2012, no. 2012-01-1700. DOI: 10.4271/2012-01-1700.Тер-Мкртичьян Г.Г. Менеджмент топливных испарений в автомобилях с бензиновыми двигателями: Учебное пособие. – М.: ФГУП «НАМИ», 2022. – 190 с.Ter-Mkrtich’yan G.G. [Fuel evaporation management in gasoline vehicles: a tutorial]. Moscow, FSUE “NAMI”, 2022. 190 p. (In Russian)Zhang X., Su Y., H. Wu Z.Z. Optimization of the activated carbon adsorption process for automotive fuel vapor emissions control // Journal of Cleaner Production. – 2018. – V. 197. – P. 828–838.Zhang X., Su Y., H. Wu Z.Z. Optimization of the activated carbon adsorption process for automotive fuel vapor emissions control. Journal of Cleaner Production, 2018, vol. 197, pp. 828–838.Тер-Мкртичьян Г.Г., Микерин Н.А., Главизнин В.В., Балашов Д.Ю., Арабян М.Е. Энергетическая модель термодинамической системы «топливный бак автомобиля». Процессы нестационарного теплообмена при постоянной массе топлива // Труды НАМИ. – 2020. – № 4 (283). – С. 82–93.Ter-Mkrtich’yan G.G., Mikerin N.A., Glaviznin V.V., Balashov D.Yu., Arabyan M.E. [The thermodynamic system “fuel tank of a vehicle” energy model. Processes of unsteady heat transfer at constant fuel mass]. Trudy NAMI, 2020, no. 4 (283), pp. 82–93. DOI: 10.51187/0135-3152-2020-4-82-93. (In Russian)Тер-Мкртичьян Г.Г., Микерин Н.А., Главизнин В.В., Арабян М.Е., Цейтлин А.А. Обобщённая энергетическая модель открытой термодинамической системы «Топливный бак автомобиля». Процессы нестационарного теплообмена при переменной массе топлива // Труды НАМИ. – 2022. – № 1 (288). – С. 6–16.Ter-Mkrtich’yan G.G., Glaviznin V.V., Mikerin N.A., Arabyan M.E., Tseytlin A.A. [Generalized energy model of the open thermodynamic system “vehicle fuel tank”. Processes of non-stationary heat transfer with a variable fuel mass]. Trudy NAMI, 2022, no. 1 (288), pp. 6–16. DOI: 10.51187/0135-3152-2022-1-6-16. (In Russian)Reddy S. Mathematical models for predicting vehicle refueling vapor generation // SAE Technical Paper. – 2010. – No. 2010-01-1279. https://doi.org/10.4271/2010-01-1279.Reddy S. Mathematical models for predicting vehicle refueling vapor generation. SAE Technical Paper, 2010, no. 2010-01-1279. https://doi.org/10.4271/2010-01-1279.Гуреев А.А., Камфер Г.М. Испаряемость топлив для автомобильных двигателей. – М.: Химия, 1982. – 264 с.Gureev A.A., Kamfer G.M. [Volatility of fuels for automobile engines]. Moscow, Khimiya Publ., 1982. 264 p. (In Russian)Liu H., Man H.Y., Tschantz M., Wu Y., He K.B., Hao J.M. VOC from vehicular evaporation emissions: status and control strategy // Environ. Sci. Technol. – 2015. – No. 49. – Р. 14424–14431.Liu H., Man H.Y., Tschantz M., Wu Y., He K.B., Hao J.M. VOC from vehicular evaporation emissions: status and control strategy. Environ. Sci. Technol., 2015, no. 49, pp. 14424–14431.Колесников И.М., Винокуров В.А. Термодинамика физико-химических процессов: Учеб. пособие. – М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2005. – 480 с.Kolesnikov I.M., Vinokurov V.A. [Thermodynamics of physical and chemical processes: proc. allowance]. Moscow, RGU Publ., 2005. 480 p. (In Russian)Ruthven D.M., Faroog S., Knaebal K. Pressure swing adsorption. – N.Y.: VCH, 1994. – 387 p.Ruthven D.M., Faroog S., Knaebal K. Pressure swing adsorption. N.Y., VCH, 1994. 387 p.Regmi S.O., Botte G.G. Modeling of the adsorption behavior of gasoline vapor on activated carbon for automotive emission control // Journal of Colloid and Interface Science. – 2011. – V. 363. – No. 2. – P. 469–475.Regmi S.O., Botte G.G. Modeling of the adsorption behavior of gasoline vapor on activated carbon for automotive emission control. Journal of Colloid and Interface Science, 2011, vol. 363, no. 2, pp. 469–475.

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