Образование испарений в топливном баке автомобиля. Стратегия загрузки адсорбера

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.

1. Тер-Мкртичьян Г.Г. Анализ процессов парообразования в топливном баке автомобиля. Новое уравнение для определения количества испарений // Труды НАМИ. – 2021. – № 2 (285). – С. 74–86.

2. Reddy S. Understanding and designing automotive evaporative emission control systems // SAE Technical Paper. – 2012. – No. 2012-01-1700. DOI: 10.4271/2012-01-1700.

3. Тер-Мкртичьян Г.Г. Менеджмент топливных испарений в автомобилях с бензиновыми двигателями: Учебное пособие. – М.: ФГУП «НАМИ», 2022. – 190 с.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Гуреев А.А., Камфер Г.М. Испаряемость топлив для автомобильных двигателей. – М.: Химия, 1982. – 264 с.

9. 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.

10. Колесников И.М., Винокуров В.А. Термодинамика физико-химических процессов: Учеб. пособие. – М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2005. – 480 с.

11. Ruthven D.M., Faroog S., Knaebal K. Pressure swing adsorption. – N.Y.: VCH, 1994. – 387 p.

12. 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.