Водороден двигател: принцип на работа и устройство

Както е известно, бутален двигател с вътрешно горене има както плюсове, така и известен брой недостатъци. На първо място, глобалният проблем е токсичният изпускател на бензина и дизеловото гориво, както и постоянната нужда от петролно гориво. Ситуацията не се променя много след като колата е прехвърлена на газ, тъй като инсталацията на HBO също не решава всички проблеми.

С оглед на тези характеристики разработването на алтернативни варианти продължава непрекъснато. Днес истинският конкурент на ICE е електрическият мотор. В същото време относително малък резерв на мощност, високата цена на акумулаторните батерии и цялостното електрическо превозно средство (електрическо превозно средство) като цяло, както и липсата на развита инфраструктура за ремонт и поддръжка на такива превозни средства естествено възпрепятства популяризирането им.

Поради тази причина производителите на автомобили непрекъснато работят, за да получат "безобидна" среда и сравнително евтина мощност в завода, което няма да се нуждае от скъпи горива.

Сред тези двигатели е необходимо отделно да се разграничи водородната ICE, която може лесно да замени съществуващия дизелов или бензинов двигател днес и в обозримо бъдеще.Нека да разгледаме как работи водородният двигател, какъв дизайн има този двигател и какви са неговите характеристики.

История на водородния двигател

Първоначално идеята за изграждане на водороден мотор се появява през 1806 г. Основателят е Франсоа Исак де Рива, който е получил водород от водата чрез електролиза. Както може да се види, водородният двигател се "роди" много преди да се повдигнат редица въпроси за околната среда и токсичността на отработените газове.

С други думи, опитите за пускане на ICE върху водорода са предприети не за опазване на околната среда, а за тривиално използване на водород като гориво. Няколко десетилетия по-късно (през 1841 г.) е издаден първият патент за такъв двигател, а през 1852 г. се появява съвкупност в Германия, която успешно работи на смес от въздух и водород.

По време на Втората световна война, когато не е имало проблеми с доставката на мазут, техникът на СССР Борис Isaakovich Shelisch, който бил родом от Украйна, поставил основите на руската водородна енергия. Той също така предложи да се използва смес от водород и въздух като гориво за ICE, след което неговите идеи бързо намериха практическо приложение. В резултат на това се появиха около половин хиляда двигатели, захранвани с водород.

Въпреки това, след края на войната, по-нататъшното развитие на водородния двигател бе спряно както в СССР, така и в целия свят. Тогава този двигател е бил запомнен едва когато през 70-те години на ХХ век се е случило горивната криза. В резултат на това през 1979 г. BMW построи автомобил, чийто двигател използва водорода като основно гориво. Уредът работеше относително стабилно, нямаше експлозии и нямаше емисии на водни пари.

Други производители на автомобили също започнаха работа в тази област, в резултат на което до края на 20-ти век не само се появиха много прототипи, но и доста успешно експлоатирани водородни горива (бензинови и дизелови двигатели с водород).

Въпреки това, след като кризата с горивата приключи, работата по водорода ICE също беше съкратена. Днес интересът към алтернативните източници на енергия отново расте поради сериозни екологични проблеми и като се има предвид фактът, че петролните запаси на планетата бързо намаляват и цените на нефтопродуктите редовно се увеличават.

Също така, много правителства се стремят да станат енергонезависими, а водородът е достъпна алтернатива.Към днешна дата над двигателите с вътрешно горене работят GM, BMW, Honda, Ford Corporation и др.

Работата на двигателя върху водорода: характеристиките на водородния двигател

Нека да започнем с факта, че двигателят с вътрешно горене на водород в неговия дизайн не е много по-различен от конвенционалната ICE. Същите цилиндрите и буталата, горивната камера и сложен механизъм манивела за превръщане на възвратно-постъпателно движение на полезна работа.

Единственото нещо в цилиндрите не изгаря бензин, газ или дизелово гориво, а смес от въздух и водород. Можете също така трябва да се вземе предвид факта, че начина, по който да достави формация водородна горивна смес и възпаление и няколко други в сравнение с подобни процеси в традиционни партньори.

Първо, изгаряне на водород в сравнение с мазут характеризиращ се с това, че водородът изгаря бързо. В конвенционален бензинов двигател или дизелово гориво смес с въздух запълва горивната камера, когато буталото е повишила почти в ГМТ (горна мъртва точка), след това на горивото за известно време и горящи газове след това натискане на буталото.

реакция на водорода е по-бързо, което позволява да се движат на съдържанието на бутилката по времето, когато буталото вече започва да се движи в ДМТ (долна мъртва точка).Също така, след като реакцията се осъществява, резултатът е обикновена вода вместо токсични отработени газове. Както може да се види, на пръв поглед стандартният двигател е относително лесен за настройка на водородното гориво чрез модифициране на всмукателните, изпускателните и захранващите системи, но това не е така.

Първият проблем е как да се получи необходимия водород. Както е известно, водородът е част от водата и е общ елемент, но в чиста си форма практически не се случва. Поради тази причина, за максимална автономност на превозното средство, е необходимо отделно да се инсталират водородни инсталации, които да "разделят" водата, като позволяват на двигателя да захранва необходимото гориво.

Идеята изглежда привлекателна. Освен това, дори може да се направи без външен въздух на входа и да се създаде затворена горивна система. С други думи, всеки път, когато в камерата се изгори заряд, водната пара остава в бутилката. Ако тази пара преминава през радиатора, ще се получи кондензация, т.е. отново се образува вода, от която е възможно отново да се получи водород.

Въпреки това, за да се постигне това, колата трябва да бъде оборудвана с електролиза (електролизатор),който ще отдели водорода от водата, за да се получи желаната реакция с кислород в горивната камера. На практика инсталирането е трудно и скъпо и е доста трудно да се създаде такава затворена система.

Факт е, че всеки двигател с вътрешно горене, независимо от типа гориво, все още се нуждае от система за смазване, за да предпази заредените възли и фрикционните двойки. Ако е лесно, не можете да правите без двигателно масло. Това масло частично влиза в горивната камера и след това в отработените газове. Това означава, че напълно изолиращата горивна система от водород (без да се използва външен въздух) е почти невъзможна задача.

По тази причина съвременните двигатели с вътрешно горене с водород наподобяват газови двигатели, т.е. агрегати на пропан-азот. За да се използва водород вместо пропан, достатъчно е да промените настройките на такава ICE. Вярно е, че ефективността на водорода е донякъде намалена. Въпреки това водородът се нуждае от по-малко, за да получи необходимата възвръщаемост от двигателя. В този случай няма планове за автономно производство на водород.

Що се отнася до опита за доставяне на водород на конвенционален бензинов или дизелов двигател, има автоматично рискове и трудности.На първо място, високата температура и скоростта на компресиране може да доведе до това, че водород реагира с нагретите елементи на двигателя с вътрешно горене и маслото на двигателя.

Също така, дори малко изтичане на водород може да доведе до гориво, което пада върху нагрява изпускателния колектор, след което може да възникне експлозия или пожар. За да се предотврати това, въртящите се двигатели често се използват за работа с водород. Този тип на двигател с вътрешно горене е по-подходящ за тази цел, тъй като тяхната конструкция изисква по-голямо разстояние между входа и изпускателния колектор.

Както и да е, дори и с всички трудности, редица проблеми, може да бъде заобиколено не само на ротора, но дори и на бутални двигатели, което позволява водород смята за достатъчно обещаващ алтернатива на бензина, газ или дизелово гориво. Например, експериментална версия на BMW 750hL, който въвежда през 2000 г., е с водороден двигател 12 цилиндъра. Уредът успешно работи с такова гориво и ускорява автомобила със скорост около 140 км / ч.

Вярно е, че няма отделни единици за получаване на водород от водата на машината. Вместо това има специален резервоар, който е просто напълнен с водород. Резервоарът за мощност на пълен резервоар на водород е около 300 км.След изчерпване на водорода, двигателят автоматично започва работа с бензин.

Двигател за горивни клетки с водород

Обърнете внимание, водородните двигатели се разбират като агрегати, работещи с водород (водородна ICE), и двигатели, които използват водородни горивни клетки. Първият тип, който вече разгледахме по-горе, сега нека разгледаме втория вариант.

Горивната клетка на водорода всъщност е "батерия". С други думи, това е водородна батерия с висока ефективност от около 50%. Устройството се основава на физически и химически процеси, в тялото на такава горивна клетка има специална мембрана, която проводи. Тази мембрана разделя двете камери, в една от които има анод, а в другата има катод.

Камерата, където е разположен анодът, получава водород и кислородът влиза в камерата с катода. Електродите са допълнително покрити със скъпи редкоземни метали (често платина). Това дава възможност да се играе ролята на катализатор, който засяга молекулите на водорода. В резултат на това водородът губи електрони. В същото време протоните преминават през мембраната към катода и катализаторът действа и върху тях. В резултат на това има комбинация от протони с електрони, които идват отвън.

Такава реакция образува вода, докато електрони от анодната камера влизат в електрическата верига. Посочената схема е свързана към мотора. С прости думи се генерира електричество, което кара двигателя да изтича от такава водородна горивна клетка.

Подобни двигатели с водород ви позволяват да минете поне 200 километра. на едно зареждане. Основният недостатък е високата цена на горивните клетки, дължаща се на използването на платина, паладий и други скъпи метали. В резултат на това крайните разходи за транспорт с такъв двигател значително се увеличават.

Водороден двигател: допълнителни перспективи

Днес много компании работят върху създаването на екологични двигатели. Някои от тях са на път да създават хибридни двигатели, други се залагат на електрически автомобили и др. По отношение на водородните инсталации, по отношение на екологията и производителността, тази възможност може в близко бъдеще да се конкурира с Дизеловите двигатели за бензин, газ или дизелово гориво.

Водородните двигатели са се показали малко по-добре от най-модерните електрически автомобили. Например, японският модел Honda Clarity. Единственото, което остава, е липсата на начини и възможности за зареждане с гориво.Факт е, че инфраструктурата на бензиностанциите не е особено развита и в световен мащаб.

Също така, изборът на леки автомобили с водород не е особено голям. В допълнение към Honda Clarity можете да споменавате само Mazda RX8 Hydrogen, както и BMW Hydrogen 7. Всъщност това са хибридни автомобили, които работят с течен водород и бензин. Можете също така да добавите към списъка на Mercedes GLC F-Cell. Този модел има способността да се презарежда от електрозахранването на домакинствата и ви позволява да изминавате до 500 километра. на едно зареждане.

В допълнение, заслужава да се отбележи, че моделът Toyota Mirai. Автомобилът работи само с водород, един резервоар е достатъчен за 600 км. Водородните двигатели все още се намират на вътрешния модел на "Niva", както и инсталирани от корейците за специална версия на SUV Hyundai Tucson.

Както можете да видите, много производители активно експериментират с двигателя на водород, но това решение все още има много недостатъци. В същото време някои недостатъци значително затрудняват масовата популяризация.

Също така препоръчваме да прочетете статия за това какво е GDI двигател. От тази статия ще научите за характеристиките, принципите на работа, както и предимствата и недостатъците на този тип двигатели.

На първо място, това е безопасността и сложността на транспортирането на такова гориво.Важно е да се разбере, че водородът е много запалим и експлозивен дори при относително ниски температури. Поради тази причина е трудно да се съхранява и транспортира. Оказва се, че е необходимо да се изградят специални водородни резервоари за автомобили с този тип двигатели. В резултат на това на практика водородните бензиностанции са много малки.

Към това може да се добави известна сложност и високи разходи за ремонт и поддръжка на блока за водород, както и необходимостта от обучение и обучение на голям брой висококвалифицирани служители. Ако говорим за самия автомобил за водорода и неговите характеристики, наличието на водородна инсталация прави колата по-тежка, контролируемостта естествено се влошава.

Нека да обобщим резултатите

Както можете да видите, днес водородните превозни средства и двигателят с вода могат да се считат за много реална алтернатива не само за конвенционалните ICE, които използват петрол, но и за електрически автомобили.

Също така препоръчваме да прочетете статия за това, което трябва да знаете за двигателите на Range Rover на вторичния пазар на автомобили. От тази статия ще научите какви нюанси и характеристики по отношение на ICE трябва да бъдат взети под внимание при закупуването на Range Rover, както и какви втора ръка Ranger Rover е по-добре да изберете и с кой двигател.

На първо място, такива съоръжения са по-малко токсични и не се нуждаят от скъпи петролни горива. Също така автомобилите с водороден двигател имат приемлив резерв на мощност. Продават се и хибридни модели, използващи водород и бензин.

Що се отнася до недостатъците и сложността, двигателят с водороден двигател днес има висока цена и може да има и проблеми при зареждането с гориво поради недостатъчния брой бензиностанции. Не забравяйте, че също така не е лесно да намерите специалисти, които са в състояние да обслужват водородната електроцентрала качествено и професионално. В този случай услугата ще бъде доста скъпа.

Накрая, отбелязваме, че активното изграждане на тръбопроводи за изпомпване на метан газ обещава в бъдеще възможността за изпомпване на същите тръбопроводи и водород. Това означава, че в случай на увеличение на общия брой на автомобилите с водородни двигатели има и голяма вероятност за бързо увеличаване на броя на специализираните бензиностанции.