Водородные авто

Водородные авто — реальная перспектива или модная тенденция?

Водородные авто являются одним из вариантов экологически чистого транспорта, который использует возобновляемый источник энергии для приведения авто в движение. На сегодняшний день многие автоконцерны пытаются усовершенствовать такой двигатель и решить вопросы с инфраструктурой.

Двигатель внутреннего сгорания, который на данный момент стоит на преобладающем большинстве автомобильного транспорта имеет свои плюсы. Но количество его недостатков значительно больше. И в первую очередь, это связано с вредными выбросами в атмосферу и окружающую среду, что приводит к ухудшению экологической ситуации. При попытке перевести транспортное средство на ГБО, автовладельцам не удается коренным образом разрешить все трудности, связанные с регулярной заправкой.

Такая ситуация на рынке автотранспорта приводит к тому, что производители вынуждены разрабатывать альтернативные варианты. Один из них – автомобиль, работающий на электрической тяге. Он также обладает как достоинствами, так и недостатками. К основным плюсам относятся тихоходность и экологичность. Тогда, как недостаточно развитая система быстрых заправок и малый запас хода – являются неоспоримыми проигрышными моментами.

Ещё одним перспективным направлением развития мира автомобилей – это применение водорода.

водородный двигатель для автомобиля принцип работы

История появления двигателей, потребляющих водород

Водород для топливной системы автомобиля считается технологической новинкой. Хотя первые изыскания в этой области относятся к далекому 1806 году. Француз Исаак де Ривас, работающий над синтезом этого химического элемента путем электролиза и стал основоположником такого изобретения.

С тех пор, как в лабораторных условиях впервые удалось получить водород, прошло всего лишь менее 40 лет, и она была запатентована. После этого Германия стала той страной, которая впервые попыталась выпустить водородные двигатели и прошло это у нее весьма успешно.

Если говорить о России, а точнее об СССР, то именно ВОВ стала толчком для создания такого горючего и соответственно двигателя, его потребляющего. Шелищ Б.И. стал автором данного изобретения и посодействовал тому, чтобы появилось около 500 двигатели.

Когда закончилась война, про водородный двигатель забыли не только в бывшем СССР, но и в других странах, где данное изобретение начинало развиваться. И лишь спустя более 25 лет вновь возник вопрос применения такого топлива. Произошло это из-за того, что случился энергетический кризис.

Так в 1979 году, автомобильным концерном BMW было выпущено первое авто, которое использовало водород, для того чтоб приводить транспорт в движение. Его работа была достаточно безопасна и стабильна.

За БМВ к данной технологии потянулись многие автоконцерны. Поэтому 70-е годы ознаменовались появлением и прототипов, и работающих силовых установок.

Закончился кризис, связанный с традиционным топливом, и вместе с ним приостановились дальнейшие разработке и выпуски водородного вида транспорта.

Следующий всплеск данной технологии был связан с ухудшающий экологической обстановкой и связан с современным развитием всех видов транспорта. Еще одним стимулом стало усиливающееся желание энергонезависимости каждой страны. Сегодня преобладающее большинство автоконцернов как ведут активные разработки водородного типа транспорта.

водородный двигатель для автомобиля принцип работы

Основные характеристики водородного типа ДВС

Техническая конструкция и основные режимы работы соответствует обычному двигателю внутреннего сгорания, который работает от бензина, соляры или дизеля. Все также присутствует:

  • камера, которая преобразует тепловую энергию в механическую за счет процесс сжигания жидкости;
  • кривошипно-шатунный механизм;
  • система поршней, обеспечивающих подачу топлива, какого бы рода оно не было.

Единственное существенное отличие – в цилиндры осуществляется подача не бензина, соляры или дизеля, а происходит горение смеси из водорода и воздуха.

По причине того, что сам процесс горения топлива является более взрывообразным, то есть более быстрым, такие автомобили нуждались в трансформации части двигателя. В большей степени это касалось подачи смеси и ее дальнейшего воспламенения.

Из-за практически моментального сгорания водорода, наполнение цилиндров должно было происходить в тот момент, когда поршень уже начинал двигаться в нижнюю мертвую точку. Не было необходимости дожидаться того момента, когда он до нее дойдет, и лишь затем производить наполнение цилиндров.

Таким образом, приспособить под работу на водороде можно было обычный ДВС, с учетом того, что его нужно было немного доработать с точки зрения впрыска и системы питания.

Основная загвоздка, которая касалась такого типа двигателя, заключалась в получении чистого водорода. В таком состоянии это вещество в природе практически не встречается, а достаточное его количество находится в составе воды. Поэтому авто необходимо оснащать агрегатами, которые способны произвести расщепление воды и выделить нужное количество водорода.

Такая система казалась изобретателям рациональней, потому что для нее можно было создать закрытый рабочий цикл. Его основной принцип заключался в том, что сгорающий в камере заряд водорода оставляет после себя в цилиндре водяной пар. Далее этот пар необходимо было пропустить через радиаторную систему где происходила конденсация из него воды. Далее эту воду (как источник водорода) повторно можно будет пускать в топливную систему. Но у закрытой системы существует проблема. Ее проблематичность заключается в принципе смазки, в которой нуждается любой тип ДВС. У обычного двигателя внутреннего сгорания смазочный материал попадает в камеру, а затем в систему выхлопных газов. Таким образом возникает ситуация, при которой создать полностью изолированную систему практически невозможно.

Использование двигателя, работающего на газе, под нужды водорода

В связи с трудностью достичь полностью автономного закрытого цикла, для работы на водороде чаще предпочитают выбирать двигатель от машины, работающей на газе. Для этого требуется только перенастроить ДВС. Правда, такой вариант получается менее продуктивным. КПД снижается минимум на 10%. Но зато, в этом случае не нужно никаких специализированных установок для того, чтобы организовать подачу водорода.

Если же организовать непосредственную подачу водорода в бензиновый или дизельный двигатель, то возникают следующие трудности:

  • нежелательный контакт с нагретыми элементами двигателя приводит к реакции между химическим элементом и смазочными материалами;
  • самые малые утечки его и попадание в разогретую часть коллектора выпуска существенно повышает вероятность взрыва.

Именно данные трудности привели к тому, что чаще всего для водорода приспосабливают роторные двигатели.

Хотя немного переоборудовав систему, достаточно безопасно можно использовать и обычный двигатель.

Такое применение продемонстрировал автоконцерн BMW. В 2000 году он представил миру прототип, двигатель которого имел 12 цилиндров, в комплекте к которому шел специальный бак, наполняемый водородом. Заложенного в авто объема емкости для топлива хватало на 300 км автономного хода. Тогда как предельная скорость составляла 140 км/ч.

Изюминкой автомобиля являлась сдвоенная система, которая позволяла перейти на бензиновую систему подачи сразу после того, как водород иссякал.

водородный двигатель для автомобиля принцип работы

Отличие водородных топливных элементов

Водородные топливные элементы фактически представляют собой зарядную батарею, КПД которой достаточно высоко, доходит до 50%.

Батарея представляет собой систему из двух камер, которая разделена мембранным материалом, способным пропускать протоны. В каждом отсеке находятся соответственно анод и катод.

Анодный отсек заполняется водородом, тогда как на катодный подается кислород. В качестве катализаторов выступают редкоземельные материалы, которыми покрывают электроды, для улучшения реакции.

Результат — образующиеся лавинообразно электроны, которые перемещаются от анода в общую электросеть. Электричество, вырабатываемое батареей приводит в движение авто.

Запас автономного хода составляет порядка 200 км. Но материалы, использующиеся в батарее, делают цену авто более высокой.

Перспективы развития водородных автомобилей

Большинство концернов, связанных с выпуском как легковых, так и большегрузных автомобилей ориентируются на новые технологии и постепенный переход с традиционных видов топлива на экологические системы. Поэтому водород, в связи с его летучестью и полной безопасностью для окружающей среды является перспективным направлением.

Перед производителями стоят насущные задачи, требующие решить. Именно это позволит повысить легкость эксплуатации. Снижение взрывоопасности, возможность расширения заправок, причем сеть должна быть достаточно разветвленной. Вед заправиться из канистры по дороге или от другого авто в случае с водородом не получится. Но водород является полностью возобновляемым источником, который позволяет получать экологически чистую энергию. И это неоспоримое преимущество

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector