Термодинамическая модель и элементы теории процессов загрузки адсорбера в закрытой системе улавливания топливных испарений автомобилей с комбинированными энергетическими установками

Введение (постановка задачи и актуальность). В настоящее время большинство автопроизводителей организовало серийное производство автомобилей с подключаемой гибридной силовой установкой – PHEV. Такое решение позволяет осуществлять движение только на электротяге в течение длительного времени за счёт аккумуляторной батареи повышенной ёмкости, которая может заряжаться как от внешнего источника, так и от двигателя внутреннего сгорания (ДВС), а также рекуперировать энергию от торможения. В ближайшем будущем спрос на такую силовую установку покажет значительный рост, особенно в городской среде. При движении на электротяге ДВС может не запускаться в течение длительного времени, соответственно продувка адсорбера осуществляться не будет. В этой связи актуальными являются исследования процессов генерации испарений и нахождения решений по их минимизации.

Цель исследований – разработать подходы к алгоритму управления клапаном изоляции топливного бака FTIV в зависимости от объёма топлива, находящегося в топливном баке автомобиля.

Методология и методы. Выполнен анализ генерации паров топлива в паровом пространстве топливного бака для открытой системы вентиляции, в которой паровой объём постоянно сообщается с адсорбером, и закрытой системы, где паровой объём и адсорбер разделены клапаном изоляции топливного бака. Определено влияние изменения температуры, состава и количества топливовоздушной смеси в паровом пространстве на давление в топливном баке.

Результаты и научная новизна. Получены уравнения для определения: массы паров в паровом пространстве при закрытой системе вентиляции топливного бака (Mп), массы паров при загрузке адсорбера (ΔMпа), суммарного нагрева смеси до определённой температуры в зависимости от количества шагов загрузки адсорбера (Δt), массы воздуха в паровом пространстве закрытой системы вентиляции топливного бака в зависимости от количества шагов загрузки адсорбера (Mвn).

Практическая значимость. Получены уравнения, позволяющие определять единичную и суммарную загрузки адсорбера при нагреве топлива в заданном интервале температур, что даёт возможность формировать оптимальные алгоритмы управления загрузкой адсорбера, варьируя в зависимости от свойств топлива и объёма парового пространства глубину сброса давления при последовательных шагах загрузки адсорбера и температурных интервалов между ними.

1. Iriyama Y., Kobayashi М., Matsubara T., Nishimura Y., Nomura R., Ishikawa T. Design of a fuel vapor containment system (FVS) to meet zero evaporative emissions requirements in a hybrid electric vehicle // SAE International. – 2012.

2. Williamson S.S. Energy management strategies for electric and plug-in hybrid electric vehicles. – New York: Springer Science, 2013.

3. 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. DOI: 10.51187/0135-3152-2021-2-74-86.

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

5. Reddy S. Understanding and designing automotive evaporative emission control systems // SAE Technical Paper. – 2012. – No. 2012-01-1700. DOI: 10.4271/2012-011700.

6. Reddy S. Mathematical models for predicting vehicle refueling vapor generation // SAE Technical Paper. – 2010. – No. 2010-01-1279.

7. Тер-Мкртичьян Г.Г., Микерин Н.А., Главизнин В.В., Цейтлин А.А., Малышев А.Б., ТерМкртичьян Ю.Г. Образование испарений в топливном баке автомобиля. Стратегия загрузки адсорбера // Труды НАМИ. – 2023. – № 2 (293). – С. 6–17. DOI: 10.51187/0135-3152-2023-2-6-17.

8. Zhang X., Su Y., Wu H., 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.

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. 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.

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

12. Гуреев А.А., Фукс И.Г., Лашхи В.Л. Химмотология: учебник для вузов. – М.: Химия, 1986. – 367 с.