Что представляет собой водородный двигатель - Авто Сфера №76
Avtosfera76.ru

Авто Сфера №76
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что представляет собой водородный двигатель

Водород – первый элемент периодической таблицы. Это самый легкий и распространенный химический элемент во Вселенной. Его много на Земле, но в чистом виде он редко встречается. Однако его можно найти во многих других соединениях, в том числе и в воде.

Водород может использоваться в качестве топлива для различных транспортных средств — от скутеров и автобусов до космических ракет. Схема реакции, которая возникает при сжигании чистого газообразного водорода в кислороде, выглядит следующим образом:

Поэтому процесс здесь чрезвычайно чистый — не образуется никаких дополнительных соединений, например, CO2 или других вредных веществ. Энергии, получаемой при сжигании водорода, достаточно для приведения в действие автомобиля. Несмотря на это, использование водорода в качестве экологически чистого источника энергии создает серьезную проблему: батареи, работающие на водороде, не являются экологически чистыми. Это связано с доступностью водорода – при имеющихся у нас условиях он лишь изредка доступен в форме, пригодной для использования в двигателях. Это означает, что мы должны получать его альтернативным способом. Существует несколько методов, но два из них стоит различать:

  • Производство природного газа – паровое преобразование. Пар сочетается с метаном, в результате чего из моноксида углерода и водорода образуется синтез-газ. В ходе этого процесса выделяется значительное количество окиси углерода, но, несмотря на это, это все же более экологичный метод, чем сжигание ископаемого топлива.
  • Зеленое производство водорода – это метод, основанный на возобновляемых источниках энергии. Высокая мощность электролизатора позволяет превращать воду в водород и кислород. Этот метод не способствует образованию химических соединений, вредных для окружающей среды.

Принцип работы топливных элементов построен на физико-химической реакции. По сути, топливные элементы напоминают обычные свинцовые аккумуляторы. Разница в том, что КПД топливного элемента существенно выше КПД аккумулятора и составляет 45% и более.

В корпусе водородно-кислородного топливного элемента установлена мембрана, проводящая только протоны. Она разделяет две камеры с электродами — анодом и катодом. В камеру анода подведен водород, а в камеру катода кислород. Каждый электрод покрыт слоем катализатора, к примеру, платиной. Молекулярный водород под воздействием катализатора, нанесенного на анод, теряет электроны. Протоны проводятся через мембрану к катоду, и под воздействием катализатора соединяется с электронами (поток электронов подводится извне), в результате чего образуется вода. Электроны из камеры анода уходят в электрическую цепь, подсоединенную к двигателю, то есть, на бытовом языке, образуется электрический ток, питающий электромотор.

Действующими образцами автомобиля с силовой установкой на основе топливных элементов являются «Нива» с энергоустановкой «Антэл-1» и «Лада 111» с «Антел-2», разработанные уральскими инженерами. На одной подзарядке первая машина может преодолеть 200 км, вторая — 350 км.

Читать еще:  Фольксваген джетта с каким двигателем брать

Устройство и принцип работы

Главное отличие двигателей на водороде от привычных нам сейчас бензиновых либо дизельных аналогов заключается в способе подачи и воспламенении рабочей смеси. Принцип преобразования возвратно-поступательных движений КШМ в полезную работу остается неизменным. Ввиду того что горение топлива на основе нефтепродуктов происходит медленно, камера сгорания наполняется топливно-воздушной смесью немного раньше момента поднятия поршня в свое крайнее верхнее положение (ВМТ). Молниеносная скорость реакции водорода позволяет сдвинуть время впрыска к моменту, когда поршень начинает свое возвратное движение к НМТ. При этом давление в топливной системе не обязано быть высоким (4 атм. достаточно).

В идеальных условиях водородный двигатель может иметь систему питания закрытого типа. Процесс смесеобразования происходит без участия атмосферного воздуха. После такта сжатия в камере сгорания остается вода в виде пара, который проходя через радиатор, конденсируется и превращается обратно в Н2О. Такой тип аппаратуры возможен в том случаи, если на автомобиле установлен электролизер, который отделит с полученной воды водород для повторной реакции с кислородом.

На практике такой тип системы осуществить пока что сложно. Для исправной работы и уменьшения силы трения в моторах используется масло, испарения которого являются частью отработанных газов. На современном этапе развития технологий устойчивая работа и беспроблемный запуск двигателя, работающего на гремучем газе, без использования атмосферного воздуха неосуществимы.

Стандарты на топливо

В частности, стандарт ISO 17268 включает устройства заправки газообразным водородом наземных транспортных средств. Соединитель для заправки водородом стандартизирован по стандарту ИСО для стран, имеющих рынок транспортных средств с топливными элементами. Так, потребители смогут получать водород с любой водородной станции в Китае, Европе, Японии, Корее, Соединенных Штатах и т.д. ISO 23828 также относится к дорожным транспортным средствам с топливными элементами и используется в качестве измерения расхода топлива транспортных средств, работающих на компримированном водороде. Экономия топлива измеряется с помощью данного метода и упоминается в GTR 15 международных технических правил. Измеряемая таким образом экономия топлива будет использоваться правительствами для квалификации транспортных средств и заводов-изготовителей, применяющих этот метод, в качестве одного из показателей повышения качества транспорта.

Каждый день такие препятствия, как светофоры и изменения скоростного режима, означают, что требования к мощности трансмиссии автомобиля быстро меняются. Так есть ли у автомобилей на топливных элементах сила тяги, которую мы ожидаем? ISO 20762 был разработан для проверки максимальной мощности гибридного электрического транспортного средства (HEV) на системную мощность. ISO 23274-1 позволяет измерить расход топлива без погрешностей при запуске из другого состояния заряда. Такая ситуация также предполагает, что состояние заряда можно проверить при разных циклах, нагрузках и температурах.

Читать еще:  Частотный регулятор оборотов трехфазного асинхронного двигателя

Технический комитет ИСО/ТК 197, который занимается разработкой стандарта по водородным технологиям, возглавляет Андрей В. Чувелев (Andrei V. Tchouvelev), один из ведущих мировых экспертов по водородной безопасности, правилам, кодексам и стандартам. Г-н Чувелев 35 лет занимался исследованиями водорода и, переехав в Канаду из родной России, стал соучредителем канадской программы водородной безопасности. Комитет, который он возглавляет, не занимается непосредственно автомобилями, но занимался разработкой серии стандартов на топливо, поэтому все, что находится в диапазоне от автоматов заправочных станций до автомобилей, работающих на водороде, входит в его компетенцию. Существуют общие требования, а также детализация, касающаяся таких компонентов, как дозатор, компрессор, клапаны, фитинги и топливные шланги.

Первый в мире парк такси, работающих на водороде, с гордостью демонстрирует свой логотип на старте в 2015 году.

Самые популярные автомобили с водородным ДВС

Несмотря на то, что учёные продолжают ломать голову над устранением текущих проблем, связанных с использованием водородных моторов, количество машин на водородном топливе продолжает расти. Самыми известными авто, функционирующими на водороде, являются:

    Тойота Mirai FCV – автомобиль впервые дебютировал в 2013 году, но в продажу поступил лишь в 2015-м. Имеющиеся в нем баллоны обеспечивали «дальнобойность» около 500 км.

BMW 750hL, концептуальная версия которого была показана ещё в 2000-м году. Машина комплектуется специальным баком с водородов, запаса которого достаточно для преодоления расстояния в 300 км.

Honda Clarity – ещё один автомобиль, использующий водород вместо классического топлива. Основные достоинства модели — эффектная внешность и впечатляющий, по меркам водородных авто, запас хода, составляющий 589 км.

  • Riversimple Rasa – небольшой водородный автомобиль родом из Великобритании. Его главной особенностью стал небольшой вес (чуть более 500 кг) и внушительный запас хода – порядка 500 км.
  • Кроме того, производители продолжают представлять «водородные» концепт-кары, среди которых — Audi H-tron Quattro, водородный Mercedes GLC, грузовик Nikola One от Nikola Motor, суперкар H2 Speed от дизайнерского дома Pininfarina и многие другие.

    Заключение

    Несмотря на ряд недостатков, водород может стать наиболее перспективным источником экологически чистой энергии на ближайшие 30-40 лет. Нам лишь осталось найти эффективный метод добычи водорода и разработать инфраструктуру для его доставки конечному потребителю, и тогда человечество навсегда забудет не только о топливном, но и об экологическом кризисе.

    Читать еще:  Цифровой датчик температуры двигателя ваз 2107

    Видео о двигателе на воде:

    Авто на водороде

    • Тойота, приручившая водород, — Fuel Cell Sedan — это комфорт и вместительность стандартной модели. Для того чтобы увеличить пространство в салоне и багажнике, сжатые резервуары водорода расположены в полу автомобиля. Предназначена машина для пяти пассажиров, цена составит 67500 $.
    • Технологии космоса в обычной жизни. BMW Hydrogen 7 уже доказал свои возможности на практике, порядка ста автомобилей BMW Hydrogen 7 были тестированы выдающимися деятелями культуры, политики, бизнеса и средств массовой информации. Опыт испытания в реальных условиях показал, что переход на водород полностью совместим с комфортом, динамикой и безопасностью, которые вы могли бы ожидать от BMW. Авто можно переключать с одного вида топлива на другой. Максимальная скорость 229 км/ч.
    • Генератор энергии Honda FCX Clarity. По словам разработчиков, можно подключить к трансформатору и снабжать электричеством все бытовые приборы. Баки с водородом находятся под задними сидениями, а после полной заправки топлива ей хватит на 500 км. Цена от 62807 $.
    • Часть автобусов MAN работает на водороде.

    Мифы и правда о водородных двигателях

    Существует множество мифов о водородных двигателях, учитывая их общее невежество среди населения, которые мы собираемся опровергнуть ниже.

    Водородный двигатель, вопреки распространенному мнению, не работает только с водородом, разве что у двигателя много доработок. Для работы этих двигателей требуется большая электрическая мощность, и это не только водород.

    Водородные двигатели нуждаются в постоянном мониторинге и обслуживании для обеспечения хорошего уровня электролитов. Вопреки тому, что считается, когда вы покупаете водородный автомобиль и думаете, что можете забыть о нем позаботиться.

    Хотя цена стала несколько дешевле, Это основная проблема, почему эти автомобили не попали на рынок. Учитывая высокую стоимость производства в водороде, его цена довольно высока.

    Одна из причин, по которой автономность не выше, связана с тем, что высокая стоимость энергии что требует предварительного разделения водорода и кислорода. Чтобы решить эту проблему, необходимо изучить и принять во внимание множество аспектов.

    Как видите, водородные двигатели все еще находятся в стадии полной разработки, хотя, если многие люди считают его двигателем будущего, это будет для чего-то.

    Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционная этика. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector