Энергетическая модель термодинамической системы «топливный бак автомобиля». Процессы нестационарного теплообмена при постоянной массе топлива

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. 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. 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%.

1. Сайкин 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.