Как вы знаете, двигатель поршневого сгорания имеет как преимущества, так и определенные недостатки. Во-первых, глобальная проблема — это токсичные выхлопные бензиновые и дизельные двигатели, а также постоянный спрос на нефтяное топливо. Ситуация не меняется слишком много изменяется после преобразования автомобиля в газ, потому что монтаж HBO также не решает все проблемы.
Учитывая эти функции, альтернативные решения постоянно развиваются. Сегодня электродвигатель является настоящим конкурентом для двигателя внутреннего сгорания. В то же время относительно небольшой ассортимент, высокая стоимость батарей и весь электрический автомобиль, а также отсутствие развитой инфраструктуры для ремонта и поддержания таких транспортных средств, естественным образом делает их популяризацию.
Среди таких двигателей следует отличить двигатель сжигания водорода, который может успешно заменить токовый дизельный или бензиновый двигатель, и это в предсказанном будущем. Рассмотрим, как работает водородной двигатель, какова конструкция такого двигателя и каковы его особенности.
История создания водородного двигателя
Начнем с того, что идея построения водородного двигателя появилась в 1806 году. Его создатель был Франсуа Исаак де Риваз, который был водородом из воды с использованием электролиза. Как видите, водородной двигатель «родился» задолго до появления ряда вопросов, связанных с охраной окружающей среды и токсичности выхлопной энергии.
Другими словами, попытки запуска двигателя внутреннего сгорания водородом не были приняты для защиты окружающей среды, но для тривиального использования водорода в качестве топлива. Несколько десятков лет спустя (в 1841 году) первый патент был выдан на таком моторе, в 1852 году. В Германии был создан блок, который успешно работал над смесью воздуха и водорода.
Однако после войны дальнейшее развитие водородного двигателя было остановлено как в СССР, так и во всем мире. Тогда двигатель был отозван из добычи только после топливного кризиса в 1970-х годах. В результате в 1979 году BMW построил автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Устройство работало относительно стабильно, не было никаких взрывов или выбросов водяного пара.
Другие производители автомобилей также начали работать в этой области, что привело к не только множеству прототипов, но и довольно успешных примеров двигателей водорода (бензина водорода и дизельных двигателей) до конца двадцатого века.
Однако после топливного кризиса работа над водородными двигателями также была остановлена. В настоящее время интерес к альтернативным источникам энергии снова увеличивается, в настоящее время из-за серьезных проблем, связанных с охраной окружающей среды, а также из-за быстрой сокращающихся нефтепродуктов на нашей планете и естественно растущей цене нефтепродуктов.
Кроме того, правительства многих стран стремятся получить энергетическую независимость, а водород довольно доступная альтернатива. В настоящее время GM, BMW, Honda, Ford Corporation и т.д. Работает на водородных двигателях.
Работа двигателя на водороде: особенности водородного ДВС
Для начала двигатель сжигания водорода не сильно отличается от обычного двигателя сгорания. Он имеет те же цилиндры и поршни, камеру сгорания и сложный механизм кривошипа для преобразования движения восстановления в полезную работу.
Только этот бензин, газ или солнечное масло, а смесь воздушных и водородных горит в цилиндрах. Следует также учитывать, что способ питания водородного топлива, образование смеси и зажигания также немного отличается по сравнению с аналогичными процессами в традиционных анализах.
В случае водорода реакция проходит быстрее, что позволяет переносить наполнение цилиндра в точку, где поршень уже начинает двигаться в направлении NMT (нижняя мертвая точка). Кроме того, после реакции, а не токсичный выхлоп, обычная вода образуется. Как вы можете видеть, для первогоНа первый взгляд кажется относительно простым преобразовать стандартный двигатель на водородное топливо, изменив впускную, выпускную и топливную системы, но это не так.
Первая проблема — как получить необходимый водород. Известно, что водород входит в состав воды и является обычным элементом, но почти никогда не бывает в чистом виде. По этой причине для максимальной автономности водородные агрегаты следует размещать отдельно на транспортном средстве, чтобы «расщеплять» воду, позволяя снабжать двигатель необходимым топливом.
Идея кажется привлекательной. Более того, можно было бы даже отказаться от внешнего воздуха на входе и создать замкнутую топливную систему. Другими словами, всякий раз, когда заряд в камере сгорает, водяной пар остается в цилиндре. Если этот пар проходит через конденсатор, произойдет конденсация, то есть вода будет повторно образована, из которой можно будет повторно получить водород.
Дело в том, что любой двигатель внутреннего сгорания, независимо от вида топлива, все же нуждается в системе смазки для защиты нагружаемых элементов и паров трения. Одним словом, без моторного масла не обойтись. Масло частично выбрасывается в камеру сгорания, а затем выдыхается. Это означает, что полностью изолировать водородную топливную систему (без использования внешнего воздуха) практически невозможно.
По этой причине современные водородные двигатели внутреннего сгорания больше похожи на газовые двигатели, то есть на пропан-бутановые газовые агрегаты. Чтобы использовать водород вместо пропана, достаточно изменить настройки такого ДВС. Правда, КПД при использовании водорода несколько ниже. Однако для получения требуемой мощности двигателя также требуется меньше водорода. При этом никаких установок для самостоятельного производства водорода не планируется.
Когда дело доходит до использования водородного топлива для обычного бензинового или дизельного двигателя, автоматически возникают опасности и трудности. Прежде всего, высокая температура и степень сжатия могут вызвать реакцию водорода с горячими компонентами двигателя внутреннего сгорания и моторным маслом.
В любом случае, даже с учетом всех сложностей, можно избежать многих проблем не только в роторных двигателях, но даже в поршневых двигателях, что позволяет рассматривать водород как достаточно перспективную альтернативу бензину, газу или дизелю. Например, экспериментальная версия BMW 750hL, представленная в 2000 году, оснащена 12-цилиндровым водородным двигателем. Двигатель успешно работает на этом топливе и способен разогнать машину до скорости около 140 км / ч.
Однако отдельных устройств для извлечения водорода из воды в автомобиле нет. Вместо этого есть специальный резервуар, который просто заполняется водородом. Запас хода с полным водородным баком составляет около 300 км. Когда заканчивается водород, двигатель автоматически начинает работать на бензине.
Двигатель на водородных топливных элементах
Обратите внимание, что под водородными двигателями мы подразумеваем как агрегаты с водородным двигателем (водородный ДВС), так и двигатели, использующие водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассматривали выше, теперь остановимся на втором варианте.
Водородный топливный элемент на самом деле является «батареей». Другими словами, это водородная батарея с высоким КПД около 50%. В основе этого устройства лежат физико-химические процессы, корпус такого топливного элемента имеет особую мембрану, которая проводит протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, одна из которых содержит анод, а другая — катод.
В анодную камеру поступает водород, а в катодную камеру — кислород. Электроды дополнительно покрываются дорогими редкоземельными металлами (часто платиной). В результате они могут действовать как катализатор, действующий на молекулы водорода. В результате водород теряет электроны. В то же время протоны проходят через мембрану на катод, где на них также действует катализатор. В результате протоны сливаются с электронами извне.
Такие водородные двигатели могут проехать на одном заряде не менее 200 км. Главный недостатокбез коленвала: миф или реальность
