Двс на водороде: О водороде, ДВС и электроприводе

Содержание

Водородный двигатель – характеристика, особенности, принцип действия

К сожалению, природные ресурсы нашей планеты не являются безграничными. И хотя запасов нефти, являющейся сырьём для производства автомобильного топлива, хватит не на одну сотню лет, неуклонно растущая цена чёрного золота принуждает производителей уже сегодня подыскивать альтернативные источники питания.

Кроме того, к этому приводит необходимость заботы о чистоте окружающей среды. Хотя в большинстве современных транспортных средствах изготовителями предусмотрена тщательная очистка выхлопных газов, полностью уберечь экологию от их негативного воздействия пока не удаётся

Одним из наиболее перспективных вариантов альтернативных источников энергии для автомобилей считается инновационная разработка конструкторского бюро концерна Тойота. Существует ли возможность самостоятельно изготовить водородный двигатель? Попробуем разобраться, предварительно ознакомившись с устройством и принципом действия силового агрегата, предназначенного для машин грядущего поколения.

Водородный двигатель — достойный преемник моторов на традиционном топливе. Рекомендации по самостоятельному изготовлению

Мастерство отечественных умельцев всегда поражало и вызывало неприкрытую зависть автолюбителей всего мира. Стремление избежать лишних расходов принуждает доморощенных механиков совершенствовать личные средства передвижения своими руками. Водородный двигатель не является исключением. Российские автолюбители научились изготавливать его самостоятельно.

Чтобы лучше разобраться во всех тонкостях этого процесса, предварительно следует ознакомиться с устройством силового агрегата, которому, несомненно, принадлежит будущее моторостроения. Также необходимо досконально изучить принцип работы подобного устройства.

Разновидности водородных двигателей

Современная наука не стоит на месте, постоянно находясь в поисках новых решений. Однако реального воплощения в жизнь удостаиваются только самые перспективные из них. Разработки, не обладающие достаточно высокой рентабельностью вкупе с приемлемыми показателями производительности, отметаются сразу. На сегодняшний день известно два вида силовых агрегатов, работающих на водороде:

моторы, в качестве источника питания которых используются топливные элементы. Рядовому обывателю, к сожалению, установить подобный водородный двигатель на свой автомобиль не представляется возможным. Объяснением такой весьма печальной для водителей среднего достатка действительности является довольно ощутимая стоимость комплектующих деталей, составляющих его конструкцию. Некоторые из них изготавливаются из драгоценных материалов, в частности из платины;
второй разновидностью считается водородный двигатель внутреннего сгорания. Его принцип действия аналогичен силовым установкам, работающим на пропане. Поэтому часто газовые агрегаты подвергают определённой перенастройке, приспосабливая к использованию водорода. Несмотря на то, что КПД таких моторов значительно ниже устройств, функционирующих на топливных элементах, многих автолюбителей привлекает их доступная стоимость и возможность самостоятельного изготовления.

Следует отметить, что учёные не остановились на изобретении этих двух типов водородных двигателей. В настоящее время проводятся изыскания по их усовершенствованию. Поэтому невозможно с уверенностью утверждать, какому из них принадлежит будущее.

Принцип действия водородных силовых установок

Чтобы любой мотор мог нормально работать, необходимо его обеспечить надёжным источником питания. Водородный двигатель функционирует за счёт электролиза. С присутствием особого катализатора в воде под воздействием электрического тока образуется не обладающий взрывоопасными свойствами газ с названием гидроген. Его можно представить химической формулой ННО.

В конструкции силового агрегата предусмотрены специальные ёмкости, Они предназначены для соединения гидрогена с топливно-воздушной смесью.

Устройство генератора представлено электролизёром и резервуаром. Процесс образования гидрогена осуществляется при помощи модулятора тока. Водородные двигатели инжекторного типа дополнительно комплектуются особым оптимизатором. Основным предназначением данного приспособления является обеспечение требуемого соотношения гидрогена и топливно-воздушной смеси. С его помощью происходит регулирование процесса для создания идеальных пропорций.

Разновидности катализаторов

В обычных условиях выделить гидроген из воды практически невозможно. Для успешного протекания процесса необходимо использование специальных катализаторов. На сегодняшний день применяются такие их разновидности:

достаточно простая конструкция, управляемая весьма примитивным механизмом, выполняется в виде цилиндрических банок. К сожалению, элементарное устройство данного катализатора негативно отразилось на производительности водородного двигателя. Её максимальная величина характеризуется показателем 0,7 л газа, выделяемого за одну минуту. Такой вид катализатора подходит для ДВС на водороде с небольшой ёмкостью, а именно до 1,5 литров. Увеличение количества банок способствует возможности эксплуатации силового агрегата большего объёма;
наилучшей эффективностью обладает катализатор, представленный обособленными ячейками. Такая система характеризуется максимальным коэффициентом полезного действия;
на долгосрочную эксплуатацию рассчитаны открытые пластины или сухой катализатор. Благодаря свободному доступу воздуха из окружающей среды создаётся возможность наиболее эффективного охлаждения. Из перечисленных разновидностей система имеет средний показатель производительности, выражающийся величиной, колеблющейся в пределах 1-2 л газа, выделяемого из воды на протяжении одной минуты.

Конструкторские бюро и исследовательские институты не прекращают изыскания по разработке водородных двигателей, обладающих приемлемой производительностью при максимальном КПД. Уже сегодня практикуется применение гибридных устройств, в которых успешно сочетаются различные источники питания. Оптимальной считается комбинация водорода с бензином. Также учёные продолжают поиски идеального катализатора, способного обеспечить наибольшую производительность.

Заключение

Вполне вероятно, в ближайшем будущем подавляющее большинство транспортных средств будет комплектоваться водородными двигателями. Поскольку кругооборот воды в природе сделал этот материал практически неистощимым, и процесс её добычи не вызывает никаких трудностей, экономия становится очевидной.

Помимо того, главными преимуществами таких агрегатов считаются сокращение потребления бензина и сохранность окружающей среды благодаря абсолютной экологической безопасности.

Несмотря на то, что характеристики самодельного мотора, использующего водородное топливо в качестве источника питания, несколько уступают заводским моделям, отечественные умельцы могут по праву гордиться собственноручным творением.

Toyota перевела GR Yaris на водород, чтобы сохранить ДВС и рабочие места — Авторевю

Корпорация Toyota готовит масштабное наступление на фронте электромобилей, но отнюдь не планирует расставаться с традиционными силовыми установками. Тойотовский план по «озеленению» ДВС — это перевод поршневых двигателей на водород. Примерно так, как BMW предлагала в середине 2000-х, — впрыскивать h3 в цилиндры и сжигать его, получая в качестве выхлопа почти чистый водяной пар. Правда, на самом деле в Японии этой технологией занимаются еще с 70-х годов, просто в Европе и Америке гораздо шире известны опыты баварского концерна, несмотря на то, что практического применения водородная «семерка» так и не нашла. Но вот теперь про водород в роли горючего топлива вспомнили снова.

Точнее, Toyota вспомнила про него в 2017 году, когда начала искать альтернативы ДВС. А теперь представлен результат этих поисков — прототип хот-хэтча GR Yaris h3 c трехцилиндровым турбомотором 1. 6, переведенным на непосредственный впрыск водорода. Конструктивно это тот же двигатель G16E-GTS, который стоит на обычном GR Ярисе, но его топливная система (бак и заправочный механизм) унифицированы с водородомобилем Toyota Mirai. С той только разницей, что Mirai использует водород в электрохимическом генераторе для получения электричества, а GR Yaris — вместо бензина.

К сожалению, Toyota не раскрывает ни мощность, ни динамические характеристики, ни показатели расхода топлива и запаса хода. Видимо, потому что похвастать пока особо нечем. О возможностях этого силового агрегата довольно красноречиво говорят результаты водородной Короллы, которая весной 2021 года принимала участие в 24-часовых гонках на автодроме Fuji Speedway.

Тот автомобиль был оснащен таким же двигателем. Он позволил Королле за сутки преодолеть 358 кругов, или 1634 км, — это меньше половины дистанции, которую прошел победитель марафона. Средняя скорость за сутки составила 67 км/ч, однако непосредственно на трассе водородомобиль провел только 11 часов 54 минуты, все остальное время Corolla находилась в боксах или на отдельной заправочной станции в паддоке. То есть средняя скорость движения в гонке — 136 км/ч.

Из 12 часов простоя восемь часов ушло на устранение технических сложностей и на проверки по части безопасности, а сами дозаправки заняли четыре часа. Пополнять бак приходилось от специальной компрессорной станции на базе грузовика, которая расположилась за пределами пит-лейна. За всю гонку Тойоте потребовалось 35 остановок примерно по семь минут каждая. Таким образом, на одной полной заправке удавалось пройти меньше 50 км.

Тут нет опечатки — пятьдесят километров. Но и ничего удивительного тоже нет. Эффективность использования водорода в ДВС примерно в два раза ниже, чем в топливных ячейках, которые установлены на Mirai. Мощность, очевидно, недотягивает и до бензинового ДВС. Сложности с производством водорода, его хранением и заправкой очевидны. В чем же тогда смысл тойотовских экспериментов?

Пресс-релиз, которым сопроводили GR Yaris h3, говорит, что водородный двигатель, в отличие от электромоторов, звучит и работает как традиционный ДВС, а значит, хранит в себе эмоции и дух езды на «классическом» автомобиле. Но, разумеется, у Тойоты есть и другие резоны. О них еще весной после гонки говорил сам глава корпорации Акио Тойода — силовые агрегаты на водородном топливе позволят сохранить примерно миллион рабочих мест в японском автопроме.

Эти места находятся под угрозой из-за стремительного перехода индустрии на электротягу, а Toyota чувствует свою ответственность за состояние дел в индустрии. Двигатели на горючем водороде, с одной стороны, обеспечат чистый выхлоп и переход к углерод-нейтральному транспорту, а с другой — дадут заводам возможность более мягко адаптироваться к новой реальности. К тому же автомобили с такими силовыми агрегатами обещают быть дешевле, чем электромобили, ведь они обходятся без дорогих батарей и не требуют вложений в разработку «с нуля» электрических компонентов.

Правда, сама Toyota признает, что эта технология еще не готова к коммерциализации, поэтому работы будут продолжены. По слухам, конечной целью может стать применение такого двигателя на гибридных Приусах будущих поколений. Но, как подчеркивал Акио Тойода, водородные ДВС не панацея, а лишь один из вариантов решения сложной экологической проблемы автопрома. И это одна из причин, почему нынешней осенью Toyota оказалась среди четырех автопроизводителей (наряду с концернами Renault-Nissan, Hyundai-Kia и Volkswagen), которые на климатическом саммите в Глазго не стали подписывать декларацию о прекращении выпуска машин ДВС к 2035 году.

toyota, Toyota Yaris, водород, водородомобили

Может ли водород поддерживать двигатель внутреннего сгорания?

Викнеш Виджаентиран

30 апреля 2021 г.

Викнеш Виджаентиран

30 апреля 2021 г.

Все более строгие правила выбросов мешают автопроизводителям продолжать предлагать автомобили с двигателями внутреннего сгорания, а некоторые страны, такие как Великобритания, даже предпринимают шаги для полного запрета двигателей.

Интересно, что водород, помимо всего прочего, может оказаться спасителем двигателя внутреннего сгорания.

Ряд автопроизводителей предложили преобразовать водород, полученный из возобновляемых источников, в углеродно-нейтральное синтетическое топливо. Компания Porsche и ее партнеры даже построили пилотный завод, способный производить синтетическое топливо в промышленных масштабах.

В настоящее время Toyota тестирует другое, гораздо более старое решение, связанное с водородом: сжигание вещества непосредственно в двигателе внутреннего сгорания.

На прошлой неделе автопроизводитель представил гоночный автомобиль с рядным 3-цилиндровым двигателем, предназначенным для работы на чистом водороде. Гоночный автомобиль все еще проходит испытания, но в мае этого года он примет участие в этапе гоночной серии Super Taikyu Series 2021 года в Японии.

Как уже упоминалось, это решение не ново. Компания BMW представила прототип 7-й серии, двигатель V-12 которого может работать на водороде. Это было еще в 2006 году. Основные необходимые модификации связаны с топливным баком и топливными форсунками.

При сжигании водорода выбросы CO2 нулевые. Однако технология не лишена недостатков. При сжигании водорода в двигателе внутреннего сгорания образуются вредные оксиды азота. Однако есть способы свести это к минимуму, например, с помощью селективного каталитического восстановления на основе мочевины, как в современных дизельных двигателях.

Более серьезная проблема, как мы выяснили ранее, — это низкая эффективность. Энергия уже тратится впустую при производстве водорода из возобновляемых источников энергии, и к тому времени, когда водород сгорает в двигателе и мощность передается на трансмиссию и, в конечном итоге, на колеса, фактически передается только около 25% энергетической ценности водорода.

Вот почему электрические автомобили на топливных элементах, такие как Toyota Mirai, имеют больше смысла при использовании водорода в качестве топлива. Здесь водород соединяется с кислородом воздуха для выработки электричества, которое затем приводит в действие электродвигатель, который может напрямую приводить в движение колеса. Здесь КПД приближается к 50%. А также отсутствуют вредные выбросы. Просто вода.

Еще один недостаток водорода? Нет никакой инфраструктуры для чистого источника сырья и поставки его клиентам. Вот почему аккумуляторные электромобили, которые могут использовать существующую электрическую сеть, вероятно, станут основным источником личного транспорта в будущем, хотя водород все еще может использоваться в дальнемагистральных перевозках.

Метки:

Автомобильная техника
Топливный элемент
Промышленность
Видео
ютуб

Пожертвовать:

Отправьте нам чаевые
Связаться с редактором

Самое популярное на этой неделе

2 декабря 2022 г.

Tesla Semi на 500 миль начинает поставку с зарядкой мощностью 1 мегаватт

1 декабря 2022 г. Этот Бэтмобиль 1989 года выпуска, выставленный на продажу, является настоящей опорой для фильма, но он недешев0007

Lordstown отгрузил первую партию электрогрузовиков Endurance

30 ноября 2022 г.

Тест-драйв: Ford Bronco Raptor 2022 г. поставляет опыт Tonka Truck диапазона

2 декабря 2022 г.

Bentley Batur сейчас проходит испытания

3 декабря 2022 г.

Джей Лено сбрасывает верх на Ferrari 365 California Spyder 1967 года выпуска

Toyota и Cummins инвестируют в двигатели на водородном топливе

Поскольку производители автомобилей и грузовиков вкладывают значительные средства в транспорт на водородных топливных элементах, они рассматривают другую альтернативу — водородные двигатели внутреннего сгорания , которые могут заменить дизельные двигатели в широком спектре транспортных средств .

Это не совсем новая идея. Швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз построил двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде и кислороде, в 1806 году. BMW баловалась этим более десяти лет назад, но отказалась от технологии, чтобы внедрить аккумуляторные электромобили и подключаемые гибриды.

Среди крупных автопроизводителей Toyota может быть единственной компанией, серьезно занимающейся разработкой автомобилей с водородным двигателем внутреннего сгорания. Он создал прототип Corolla, работающей на водороде, а президент Toyota Motor Corp. Акио Тойода в этом году участвовал в 24-часовой гонке на выносливость на трассе Fuji Speedway на хэтчбеке GR Corolla, работающем на водороде.

Тойода сказал, что, по его мнению, существует много способов сократить выбросы углерода, и двигатели внутреннего сгорания на водороде, которые выбрасывают оксиды азота, но не CO2, могут сыграть свою роль в транспорте.

Производители грузовиков и большегрузных транспортных средств также рассматривают водородные двигатели внутреннего сгорания в качестве замены дизельным автомобилям в некоторых условиях.

«Водородный двигатель внутреннего сгорания имеет очень схожие характеристики и эффективность с дизельным двигателем внутреннего сгорания», — сказал Джим Небергалл, генеральный менеджер водородных двигателей в Cummins. «Это означает, что это подходящая замена для любого дизельного двигателя».

Как и другие двигатели внутреннего сгорания, он сжигает топливо для вращения поршней. Это отличается от топливного элемента, в котором используются мембранные электроды, использующие водород и кислород для производства электроэнергии, питающей электродвигатели. Большинство дизельных и бензиновых механиков понимают, как ремонтировать водородный двигатель внутреннего сгорания, но работа с автомобилями на топливных элементах требует серьезной подготовки.
Компания Cummins делает ставку на развивающийся рынок большегрузных транспортных средств, использующих водородные двигатели внутреннего сгорания.

Независимая от топлива платформа

Компания представила 15-литровый водородный двигатель на выставке Alternative Clean Transportation Expo в Лонг-Бич, штат Калифорния, в мае. Силовая установка основана на том, что Cummins называет платформой, не зависящей от топлива. Компоненты двигателя под прокладкой головки блока цилиндров аналогичны. Но над прокладкой головки есть разные компоненты для разных видов топлива.

Cummins планирует запустить двигатель в производство в 2027 году. В сентябре Werner Enterprises, крупная автотранспортная компания, подписала письмо о намерениях приобрести 500 водородных двигателей внутреннего сгорания Cummins при их наличии. Транспортная компания рассматривает двигатель как средство сокращения выбросов парниковых газов. Он будет работать с Cummins для тестирования и проверки двигателя.

Но использование двигателя в качестве экологически чистого транспорта зависит от более широкой доступности чистого водорода. Рынок и инфраструктура для чистого водорода находятся в зачаточном состоянии.

В списке транспортных средств с нулевым выбросом углерода — аккумуляторных батареях, водородных топливных элементах, водородных двигателях внутреннего сгорания — «водородный двигатель внутреннего сгорания выделяется из-за его низкой начальной стоимости, узнаваемости, проверенной долговечности сгорания, устойчивости к суровым условиям и производительность в сложных рабочих циклах», — сказал Небергалл.

Он видит приложения для сельского хозяйства, строительства и портовых операций. Он также будет работать для дальних и региональных грузоперевозок; профессиональные транспортные средства, такие как самосвалы, бетономешалки и снегоуборочные машины; и автомобили скорой помощи, такие как пожарные машины.

Следим за правилами

Компании, производящие эти автомобили, следят за технологиями, но также следят за тем, как могут развиваться правила для экологически чистого транспорта.

«Мы продолжаем инвестировать в двигатель внутреннего сгорания и смотрим, сможем ли мы использовать водород и в этом приложении», — сказала Джессика Сандстрем, старший вице-президент по глобальному управлению продуктами Volvo Trucks.

«Одной из неопределенностей, конечно же, являются политические решения относительно нулевых выбросов», — сказал Сандстрём. «Это нулевой выброс CO2 или нулевой выброс, точка? Если у вас есть двигатель внутреннего сгорания, даже с водородом, вы получите очень небольшие выбросы, оксид азота».

Семейство дизельных двигателей Daimler Truck Group Detroit может работать на водороде, сказал Мартин Даум, генеральный директор Daimler Truck.

«Если мы увидим появление рынка, мы сможем вывести его из стадии предварительной разработки и превратить в полноценный проект», — сказал Даум Automotive News .

Грузовая компания ждет, «потому что все сигналы от регулирующих органов в Европе и Калифорнии должны полностью запретить сжигание топлива», сказал Даум.

Но, вероятно, где-то на рынке найдется место для водородных двигателей внутреннего сгорания, и их совместимость с дизельными двигателями является преимуществом, сказал Дэниел Сперлинг, директор-основатель Института транспортных исследований Калифорнийского университета в Дэвисе и член Калифорнийский совет по воздушным ресурсам.

«То, что Европа и Калифорния чего-то хотят, не означает, что это весь рынок», — сказал Сперлинг.

Тем не менее, он скептически относится к тому, что промышленность будет широко использовать сжигание водорода.