Термоелектрична система оптимізації температури повітря на впуску автомобіля Toyota Prius: моделювання та оцінка ефективності
DOI:
https://doi.org/10.63527/1607-8829-2025-4-12-26Ключові слова:
гібридна енергетична установка, двигун внутрішнього згоряння, пуск та прогрівання холодного двигуна, температура повітря у впускному колекторі, термоелектричний модуль, адаптивне терморегулювання, бензоетанольне паливо, паливно-економічні та екологічні показникиАнотація
У статті представлено комплексне дослідження застосування термоелектричних модулів для адаптивного двоспрямованого регулювання температури повітря на впуску бензинового двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) гібридного автомобіля Toyota Prius (XW30), що працює на бензоетанольному паливі. Проаналізовано вплив низьких температур навколишнього повітря на паливно‑економічні та екологічні показники автомобіля, фізико-хімічні властивості біоетанолу, а також особливості гібридної енергетичної установки. На основі розрахунків необхідної кількості термоелектричних модулів запропоновано схему термоелектричної системи, що підтримує оптимальну температуру повітря на впуску автомобіля Toyota Prius з інтеграцією із системою рекуперації енергії гальмування. Наведено результати математичного моделювання роботи системи. Показано, що запропонована адаптивна термоелектрична система є перспективною технологією для підвищення ефективності та адаптації сучасних ДВЗ до використання альтернативних палив в умовах посилення екологічних вимог.
Ключові слова: гібридна енергетична установка, двигун внутрішнього згоряння, пуск та прогрівання холодного двигуна, температура повітря у впускному колекторі, термоелектричний модуль, адаптивне терморегулювання, бензоетанольне паливо, паливно-економічні та екологічні показники.
Посилання
1. Europe’s Environment: The Seventh Pan-European Environmental Assessment – brochure [Electronic resourc// UNECE. – Access mode: https://unece.org/environment-policy/publications/europes-environment-seventh-pan-european-environmental-assessment-2 (date of application: 29.08.2025).
2. New EU car registrations [Електронний ресурс] // ACEA. – 24.07.2025. – Access mode: https://www.acea.auto/pc-registrations/new-car-registrations-1-9-in-h1-2025-battery-electric-15-6-market-share/ (date of application: 29.08.2025).
3. Dandasena T., Shahi S. A Renewable Biofuel-Bioethanol: A Review // Journal of Advanced Zoology. – 2023. – Vol. 44, S3. – DOI: https://doi.org/10.17762/jaz.v44iS3.2388 (date of application: 29.08.2025).
4. Ovchynnikov D.V. Bioethanol as a motor fuel: advantages and disadvantages // Visnyk National Transport University. Series «Technical sciences». – 2017. – Issue 1 (37). – 300–307. – Access mode: http://publications.ntu.edu.ua/visnyk/37/300.pdf (date of application: 29.08.2025).
5. Dmitrichenko, M., Gutarevych, Y., Trifonov, D., Syrota, O., & Shuba, E. (2021). On the prospects of using thermoelectric coolers to maintain optimal air temperature in the intake manifold of internal combustion engine for improving its performance characteristics. Journal of Thermoelectricity, (2), 89–96. DOI: https://doi.org/10.63527/1607-8829-2021-2-89-96. (date of application: 29.08.2025).
6. Gutarevich Yu.F. Shuba E.V., Syrota O.V., Trifonov D.M., Ovchinnikov D.V. The influence of air heating at the intake on the energy and environmental performance of a transport engine when operating on alcohol-containing gasoline at low temperatures. Bulletin of the National Transport University. Series "Technical Sciences". Issue 3 (50). P. 46-56.DOI: https://doi.org/10.33744/2308-6645-2021-3-50-046-056 (date of application: 29.08.2025).
7. Weather statistics. Climatic data by years and months [Electronic resource] // Meteopost. – Access mode: https://meteopost.com/weather/climate/ (date of application: 29.08.2025).
8. Qiu T., Zhao Y., Lei Y., Chen Z., Guo D., Shi F., Wang T. Experimental Research on Regulated and Unregulated Emissions from E20-Fuelled Vehicles and Hybrid Electric Vehicles // Atmosphere. – 2024. – Vol. 15, No. 6. – Article 669. – DOI: https://doi.org/10.3390/atmos15060669 (date of application: 29.08.2025).
9. Dmytrychenko, M., Gutarevych, Y., Trifonov, D., Syrota, O., Shuba, E., & Kukhtyk, N. (2022). Use of a thermoelectric device to maintain optimal air temperature at the intake of a spark-ignition engine when operating on alcohol-containing gasoline. Journal of Thermoelectricity, (1), 55–63. https://doi.org/10.63527/1607-8829-2022-1-55-63 (date of application: 29.08.2025).
10. PTC Heating Technology [Електронний ресурс] // What is PTC? – Access mode: https://www.industrial-eu.dbk-group.com/ptc-heating-technology (date of application: 29.08.2025).
11. Abramchuk F.I., Gutarevich Y.F., Dolganov K.E., Timchenko I.I. Automobile engines: a textbook for students of the specialty "Automobiles and the automotive industry" of higher educational institutions. - K.: Aristey, 2004. - 438 p. https://drive.google.com/file/d/1YNV6osend12ePFREbEbVkF5uikyiI4ma/view (date of application: 29.08.2025).
12. Trifonov, D. M., Verbovsky, V. S., Hrytsuk, I. V. (2015). Use of a phase transition thermal accumulator to ensure cold engine start-up and its warming up by improving mixture formation. Academic journal Industrial Machine Building Civil Engineering, 3(45), 18-27. https://journals.nupp.edu.ua/znp/article/view/172 (date of application: 29.08.2025).
13. Mykhailovsky V.Ya., Maksymuk M.V. Rational capacities of thermogenerators for pre-starting heaters of vehicles // Journal of Thermoelectricity. – 2015. – No. 4. – P. 65–74– 2015. http://jt-old.ite.cv.ua/jt/jt_2015_04_uk.pdf.
14. Maksymuk M.V. On the optimization of thermoelectric modules of an automobile pre-heater // Journal of Thermoelectricity. – 2017. – No. 1. – P. 57–67. http://jt-old.ite.cv.ua/jt/jt_2017_01_uk.pdf (date of application: 29.08.2025).
15. Dmytrychenko M.F., Gutarevych Y.F., Trifonov D.M., Syrota O.V., Shuba E.V.
On the prospects of using thermoelectric generators with the cold start system of an internal combustion engine with a thermal battery // Journal of Thermoelectricity. – 2018. – No. 4. – С. 49–54. http://jt-old.ite.cv.ua/jt/jt_2018_04_uk.pdf (date of application: 29.08.2025).
16. System for starting a cold internal combustion engine and accelerating its thermal mode when using alcohol and alcohol-containing fuels: pat. 157973 Ukraine: MPK F02N 19/00 / Gutarevych Yu.F., Dobrovolskyi O.S., Trifonov D.M., Syrota O.V., Shuba E.V., Potemkin R.O., Marchenko P.K.; applicant and patent owner National Transport University. – No. u202409876; appl. 15.08.2024; publ. 18.12.2024, Bull. No. 51/2024.
17.Toyota Launches Third-generation Prius [Electronic resourc] // Toyota Global Newsroom. – Access mode: https://global.toyota/en/newsroom/toyota/22684821.html (date of application: 29.08.2025).
18. Toyota 2ZR-FE/FAE/FXE 1.8L Engine Specs, Problems & Reliability [Electronic resourc] // Ziptek Auto Parts. – Access mode: https://ziptekautoparts.com/News/Toyota-2ZR-FE-FAE-FXE-1-8L-Engine-Specs-Problems-Reliability.html (date of application: 29.08.2025).
19. Thermoelectric modules ALTEC [Electronic resourc] // Institute of Thermoelectricity. – Access mode: http://ite.ite.cv.ua/wp-content/uploads/2021/12/%D0%A2%D0%B5%D1%80%D0%BC.%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BB%D0%B8_%D0%90%D0%BB%D1%82%D0%B5%D0%BA-%D0%B0%D0%BD%D0%B3%D0%BB_ite.pdf (date of application: 29.08.2025).
20. TEC1-28826 [Electronic resourc] // ZJCX Tech. – Access mode: https://www.zjcxtech.com/products-item/tec1-288-series/ (date of application: 29.08.2025).
