Водород в автомобиле

Тезис «водород — горючее будущего» звучит всё почаще. Большая часть больших автопроизводителей проводит опыты с топливными элементами. Такие экспериментальные авто в большенном количестве мерцают на выставках. Но есть две компании, которые исповедуют другой подход к переводу машин на водородное питание.

«Водородное будущее» автотранспорта специалисты связывают, сначала, с топливными элементами. Их соблазнительность признают все.
Никаких передвигающихся частей, никаких взрывов. Водород и кислород тихо-мирно соединяются в «ящике с мембраной» (так упрощённо можно представить топливный элемент) и дают водяной пар плюс электричество.
Форд, Дженерал моторс, Тоета, Nissan и многие другие компании наперерыв щеголяют «топливоэлементными» концепткарами и собираются вот-вот «завалить» всех водородными модификациями неких из собственных обыденных моделей.
Водородные заправки уже появились в нескольких местах в Германии, Стране восходящего солнца, США. В Калифорнии строят 1-ые станции по электролизу воды, использующие ток, выработанный солнечными батареями. Подобные опыты проводят по всему миру.
Считается, что только водород, выработанный экологически незапятнанным методом (ветер, солнце, вода) вправду обеспечит нам чистую планетку. Тем паче, что, по подсчётам профессионалов, «серийный» водород будет не дороже бензина.
В особенности симпатичным здесь смотрится разложение воды при высочайшей температуре в присутствии катализатора.

Меж тем, есть ещё один путь внедрения водорода на автотранспорте — сжигание его в ДВС. Таковой подход исповедуют Бмв и Мазда. Японские и германские инженеры лицезреют в этом свои достоинства.
Надбавку в весе машины даёт только водородная топливная система, в то время, как в авто на топливных элементах прирост (топливные элементы, топливная система, электромоторы, преобразователи тока, массивные батареи) — значительно превосходит «экономию» от удаления ДВС и его механической коробки.
Утрата в полезном пространстве также меньше у машины с водородным ДВС (хотя водородный бак и в том, и другом случае съедает часть багажника).

Эту утрату можно было бы вообщем свести к нулю, если сделать автомобиль (с ДВС), потребляющий только водород. Но тут-то и проявляется главный козырь японских и германских «раскольников».
Бмв и Мазда предлагают сохранить в автомобиле возможность ездить на бензине (по аналогии с распространёнными сейчас двухтопливными машинами «бензин/газ»).
Таковой подход, по плану автостроителей, облегчит постепенный переход автотранспорта лишь на водородное питание.
Ведь клиент сумеет с незапятанной совестью приобрести схожую машину уже тогда, когда в регионе, где он живойёт, появится хоть одна водородная заправка. И ему не придётся бояться застрять поодаль от неё с пустым водородным баком.
Меж тем, серийный выпуск и массовые реализации машин на топливных элементах длительное время будут очень сдерживаться малым числом таких заправочных станций. Да, и цена топливных частей пока велика.

Не считая того, перевод на водород обыденных ДВС (при соответственных настройках) не только лишь делает их незапятнанными, да и увеличивает тепловой КПД и улучшает упругость работы.
Дело в том, что водород обладает намного более широким, по сопоставлению с бензином, спектром пропорций смешивания его с воздухом, при которых ещё вероятен поджиг консистенции.
И сгорает водород полнее, даже поблизости стен цилиндра, где в бензиновых движках обычно остаётся несгоревшая рабочая смесь.
Итак, решено — «скармливаем» водород движку внутреннего сгорания. Физические характеристики водорода значительно отличаются от таких у бензина. Над системами питания германцам и жителям страны восходящего солнца пришлось поломать голову. Но итог того стоил.

Показанные Бмв и Мазда водородные авто соединяют обычную для хозяев обыденных авто высшую динамику с нулевым выхлопом.
А главное — они куда лучше адаптированы к массовому производству, чем «ультраинновационные» машины на топливных элементах.

Бмв и Мазда сделали ход конём, предложив постепенный перевод автотранспорта на водород. Если выстроить машины, способные питаться и водородом, и бензином, молвят японские и германские инженеры, то водородная революция получится «бархатной». А означает — более реальной.

Автостроители 2-ух узнаваемых компаний преодолели все трудности, связанные с таковой гибридизацией.
Как и для авто на топливных элементах, которым предрекают скорый рассвет, создателям машин с водородным ДВС необходимо было сначала решить, каким методом хранить водород в автомобиле.
Самый многообещающий вариант — металл-гидриды — ёмкости со особыми сплавами, которые впитывают водород в свою кристаллическую решётку и отдают его при нагревании.
Так достигается самая высочайшая безопасность хранения и самая высочайшая плотность упаковки горючего. Но это и самый хлопотный, и далекий по срокам массовой реализации вариант.
Поближе к серийному производству топливные системы с баками, в каких водород хранится в газообразном виде под высочайшим давлением (300-350 атмосфер), или в водянистом виде, при сравнимо низком давлении, но низкой (253 градуса Цельсия ниже нуля) температуре.
Соответственно, в первом случае нам нужен баллон, рассчитанный на высочайшее давление, а во 2-м — мощная термоизоляция.

1-ый вариант более небезопасен, но зато в таком баке водород может сохраняться длительно. Во 2-м случае безопасность куда выше, но на неделю-другую водородный автомобиль на стоянку не поставишь.
Поточнее, поставишь, но водород хоть медлительно, но будет греться. Давление вырастет, и предохранительный клапан начнёт стравливать драгоценное горючее в атмосферу.
Мазда избрала вариант с баком высочайшего давления, Бмв — с водянистым водородом.
Немцы понимают все недочеты собственной схемы, но на данный момент Бмв уже экспериментирует с необыкновенной системой хранения, которую будет ставить на последующие свои водородные машины.
Пока автомобиль эксплуатируется, из окружающей атмосферы вырабатывается водянистый воздух и закачивается в просвет меж стенами водородного бака и наружной термоизоляцией.
В таком баке водород практически не греется, пока испаряется водянистый воздух во наружной «рубашке». С таким устройством, молвят в Бмв, водород в бездействующей машине может сохраняться практически без утрат приблизительно 12 дней.

Последующий принципиальный вопрос — метод подачи горючего в движок. Но тут поначалу необходимо перейти, фактически, к автомобилям.
Бмв уже пару лет эксплуатирует целый флот из опытнейших водородных «семёрок». Да, баварцы перевели на водород конкретно флагманскую модель.
Заметим, 1-ый автомобиль на водороде Бмв выстроила в 1979 году, но только в последние пару лет компания практически взорвалась новыми водородными авто.
В рамках программки CleanEnergy в 1999-2001 годах Бмв выстроила несколько двухтопливных (бензин/водород) «семёрок».
Их 4,4-литровые V-образные 8-цилиндровые движки развивают на водороде 184 лошадиные силы. На этом горючем (ёмкость в последней версии авто составляет 170 л.) лимузины могут пройти 300 км, и ещё 650 км — на бензине (в машине оставлен стандартный бак).
Также компания сделала 12-цилиндровый двухтопливный движок, а ещё оснастила 4-цилиндровым 1,6-литровым водородным движком экспериментальный MINI Cooper.

Поначалу компания развивала впрыск газообразного водорода во впускные трубы (перед клапанами). Позже экспериментировала с конкретным впрыском газообразного водорода (под огромным давлением) конкретно в цилиндр.
А позднее объявила, что, по всей видимости, впрыск водянистого водорода в область перед впускными клапанами, — самый перспективный вариант. Но окончательный выбор не изготовлен и изыскания в этой области будут продолжены.
У Мазда своя гордость: она приспособила под водород свои именитые роторные движки Ванкеля.
В первый раз такую машину японская компания выстроила в 1991 году, но это был незапятнанный концепткар от бампера до бампера.
А вот в январе 2004 года разорвалась бомба. Жители страны восходящего солнца проявили водородный (а поточнее — двухтопливный) вариант собственного известного спортивного автомобиля RX-8.

Его роторный мотор с своим, кстати, именованием RENESIS, захватил титул «двигатель 2003 года», в первый раз в истории обставив на этом международном конкурсе традиционных поршневых конкурентов.
И вот сейчас RENESIS обучили «есть» водород, сохранив и бензиновое питание. При всем этом жители страны восходящего солнца подчёркивают преимущество мотора Ванкеля при таковой конверсии.
Перед впускными окнами в корпусе роторного мотора — масса свободного места, где в отличие от тесноватой головки цилиндра поршневого ДВС просто расположить форсунки. Их две на каждую из 2-ух секций RENESIS.
В движке Ванкеля полости всасывания, сжатия, рабочего хода и выхлопа разбиты (в то время как в обыкновенном моторе — это один и тот же цилиндр).

Поэтому тут не может произойти случайного раннего воспламенения водорода от «встречного огня», ну и форсунки для впрыска работают всегда в подходящей (в смысле долговечности), прохладной зоне мотора.
На водороде японский Ванкель развивает 110 лошадиных сил — практически в два раза меньше, чем на бензине.
Вообще-то, в расчёте на вес водород энергетически более «содержательное» горючее, чем бензин. Но таковы опции топливных систем, избранные инженерами Мазда.
Итак, Бмв и Мазда нанесли двойной удар по стану приверженцев топливных частей.
Хотя цена последних повсевременно понижается, а технологии совершенствуются, не исключено, что конкретно серийные ДВС на водороде откроют новейшую эру на дорогах планетки.
Вот прогноз баварцев.
В следующие три года водородные заправки (хоть по одной) построят во всех западноевропейских столицах, также на самых больших трансъевропейских магистралях.
До 2010 года 1-ые двухтопливные авто появятся в магазинах. В 2015-м на дорогах их будет уже несколько тыщ. В 2025 году четверть мирового автопарка будет питаться водородом.
Какую пропорцию посреди водородных машин составят машины с ДВС и авто на топливных элементах — деликатные немцы уточнять не стали.

Оригинал статьи на http://www.бмв.carclub.ru/articles/allarticles/0000001880/

Вспять