Разработка подходов к формированию алгоритмов управления процессами в закрытой системе улавливания топливных испарений автомобилей с комбинированными энергетическими установками

Введение (постановка задачи и актуальность). Кроме токсичных веществ, образующихся при сгорании топлива в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), автомобиль генерирует значительное количество углеводородов в виде паров топлива, формирующихся в результате испарения из топливного бака и компонентов топливной системы. В настоящее время расширяется распространение комбинированных энергетических установок, в первую очередь в подключаемых гибридных автомобилях – PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), серийное производство которых организовано большинством современных автопроизводителей. Принципиальным отличием PHEV от стандартного гибридного автомобиля является наличие аккумуляторной батареи повышенной ёмкости, что позволяет длительное время работать только на электроприводе с заглушенным ДВС; при этом продувка адсорбера не осуществляется. Поэтому актуальными являются изучение процессов генерации испарений и нахождение решений по их минимизации.

Цель исследования – разработать подходы к формированию оптимальной стратегии и алгоритмов пошаговой детерминации функционирования клапана изоляции топливного бака с определением оптимальных начала и количества шагов открытия.

Методология и методы. В работе использовано сочетание аналитических методов классической термодинамики.

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. Показано, что для оптимизации процесса функционирования системы улавливания топливных испарений необходимо обеспечить достижение максимального давления смеси при возможно большей температуре. При этом будет отсрочена первая загрузка адсорбера и максимальное количество углеводородов будет накапливаться в баке в газовой фазе.

Практическая значимость. Полученные зависимости позволяют 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. Показано, что превентивный сброс давления топливновоздушной смеси с её деаэрацией, в результате которой из парового пространства удаляется часть массы воздуха, позволяет ощутимо (на четверть) расширить температурный диапазон функционирования без раскрытия парового пространства.

1. Iriyama Y., Kobayashi M., 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 Transactions. – 2005. – V. 114. – P.1551–1558.

2. Dong X., Tschantz M., Fu J.S. Estimating evaporative vapor generation from automobiles based on parking activities // Environ. Pollut. – 2015. – No. 202. – P. 104–111.

3. Malikopoulos A.A. Impact of component sizing in plug-in hybrid electric vehicles for energy resource and greenhouse emissions reduction // ASME J. Energy Resour. Technol. – 2013. – No. 135 (4). – P. 041201.

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

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

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

7. Mellios G., Samaras Z. An empirical model for estimating evaporative hydrocarbon emissions from canister- equipped vehicles // Fuel. – 2007. – No. 86 (15). – P. 2254–2261.

8. Тер-Мкртичьян Г.Г., Микерин Н.А., Главизнин В.В., Цейтлин А.А. Термодинамическая модель и элементы теории процессов загрузки адсорбера в закрытой системе улавливания топливных испарений автомобилей с комбинированными энергетическими установками // Труды НАМИ. – 2024. – № 3 (298). – С. 33–46. DOI: 10.51187/0135-3152-2024-3-33-46. EDN: LKDYBD.

9. 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.

10. Romagnuolo L., Frosina E., Francesco F. 0D Modeling of fuel tank for vapor generation / Fluids Engineering Division Summer Meeting. – Toronto: 2021, Aug. 10–12.

11. Тер-Мкртичьян Г.Г., Теренченко А.С., Главизнин В.В., Микерин Н.А., Шабанов С.А. Оптимизация параметров газовоздушного тракта системы улавливания топливных испарений // Труды НАМИ. – 2022. – № 2 (289). – С. 21–33. DOI: 10.51187/0135-3152-2022- 2-21-33. EDN: TYEFLM.

12. 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.

13. 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.