Водороден двигател: принцип на работа и устройство
Както е известно, двигателят с вътрешно горене на буталото има и професионалисти и редица определени недостатъци. На първо място, глобалният проблем е токсичен изход, както и постоянната нужда от петролни горива. Ситуацията не се променя много след прехвърлянето на автомобила за газ, тъй като също не решава всички задачи.
Като се вземат предвид тези характеристики, постоянно се разработват алтернативни опции. Днес истинският конкурент е електрическият двигател. В същото време, сравнително малък инсулт, високата цена на батериите и общо, както и липсата на развита инфраструктура за ремонта и поддръжката на такива машини естествено забавя тяхната популяризация.
По тази причина автомобилите непрекъснато работят, за да получат "безвредни" на околната среда и сравнително евтини в производството на захранващо устройство, което няма да се нуждае от скъпо гориво.
Сред такива двигатели водородният закон трябва да бъде изолиран поотделно, което може да замени съществуващия дизелов или бензинов двигател и в предвидимата гледна точка. Нека да разгледаме как работи водородният двигател, какъв вид дизайн има подобен двигател и какви са неговите характеристики.
Прочетете в тази статия
История на създаването на водороден двигател
Нека започнем с идеите за изграждане на водороден двигател, който се появи през 1806 г. Основателят става Francois Isaac de Rivaz, който получава водород от водата по метода на електролизата. Както може да се види, двигателят на водород "е роден" много преди да бъдат повдигнати редица въпроси по отношение на околната среда и токсичността на отработените газове.
С други думи, се предприемат опити за стартиране на DVS върху водород, за да не защитават околната среда, но с цел банална употреба на водород като гориво. След няколко десетилетия (през 1841 г.) е издаден първи патент за такъв двигател, през 1852 г. в Германия се появява агрегат, който успешно работи върху смес от въздух и водород.
По време на Втората световна война, когато трудностите възникнат с доставката на петролни горива, техник от СССР Борис Исакович Шелеш, който беше от Украйна, постави основите на руската водородна енергия. Той също така предложи да използва смес от водород и въздух като гориво за OI, след което идеите му бързо са намерили практическо приложение. В резултат на това имаше около половин сто двигатели, работещи на водород.
Въпреки това, след края на войната, по-нататъшното развитие на водорода е спряно както в СССР, така и в целия свят. Тогава двигателят беше запомнен само когато през 70-те години на 20-ти век се случи криза с гориво. В резултат на това BMW през 1979 г. построил кола, чийто двигател се използва от водород като основно гориво. Устройството работи сравнително стабилно, нямаше експлозии и емисии на водна пара.
Други автомобилопроизводители също започнаха работа в тази област, в резултат на което, до края на 20-ти век, се появиха не само много прототипи, но и успешно работещи проби от двигатели на водород (бензин и дизелов двигател на водород).
Въпреки това, след приключването на изходната криза, работата по водородните FC също беше сведена до минимум. Днес интересът към алтернативните енергийни източници нараства отново поради сериозни екологични проблеми, както и отчитането на факта, че петролните резерви на планетата са бързо намалени и цените естествено растяха в петролни продукти.
Също така, правителствата на много страни се стремят да станат нелетливи, а водородът е доста достъпна алтернатива. Днес, GM, BMW, Honda, Ford Corporation и др.
Работа на двигателя на водород: Характеристики на водородната ICA
Нека започнем с факта, че двигателят с вътрешно горене на водород в нейния дизайн не е много различен от обичайното о. Всички същите цилиндри и бутала, горивна камера и сложен механизъм за свързване на коляно, за превръщане на бунтасно движение към работа.
Единственото нещо в цилиндрите е изгаряне на бензин, газ или, а смес от въздух и водород. Необходимо е също така да се вземе предвид фактът, че методът за снабдяване на водородното гориво, образуването на смесване и запалването също е малко по-различно в сравнение с подобни процеси в традиционните колеги.
На първо място, изгарянето на водород в сравнение с маслото гориво се отличава с факта, че водородът изгаря много по-бързо. В обикновения двигател смес от бензин или дизелово гориво с въздух запълва горивната камера, когато буталото почти се е повишило до NMT (горната мъртва точка), тогава горивото е на горивото и след това газовете се поставят върху бутало.
На водород, реакцията продължава по-бързо, което ви позволява да преместите пълнежа на цилиндъра по времето, когато буталото вече започва да се движи в NMT (долната мъртва точка). Също така, след реакцията продължава, резултатът става обикновена вода вместо токсични отработени газове. Както може да се види, на пръв поглед, стандартният двигател е сравнително лесен за регулиране при водородно гориво чрез подобряване на приемането, освобождаването и захранващата система, но не е така.
Първият проблем е как да получите необходимия водород. Както е известно, водородът е в състава на водата и е общ елемент, но практически не се среща в чиста форма. Поради тази причина, за максимална автономия на превозното средство, е необходимо отделно да се поставят отделно инсталации за "разделяне", което позволява на двигателя да яде необходимото гориво.
Идеята изглежда привлекателна. Освен това можете дори да правите без външен вход и да създадете затворена горивна система. С други думи, след всеки път, когато камерата изгаря заряда, цилиндърът ще остане водна пара. Ако тази двойка бъде преминала през радиатора, ще се появи кондензацията, т.е. водата се образува отново, от която водородът може да бъде използван повторно.
Въпреки това, за да се постигне това, на автомобила трябва да се монтира инсталация за електролиза (електролизер), която ще се отдели водород от вода, след което се получи желаната реакция с кислород в горивната камера. На практика, инсталацията е трудна и скъпа и е доста трудно да се създаде такава затворена система.
Факт е, че всеки двигател с вътрешно горене, независимо от вида на горивото, все още трябва да предпази заредените възли и триещи двойки. Ако просто, без двигателното масло, не е необходимо да се прави. В същото време, маслото частично влиза в горивната камера и след това в отработените газове. Това означава, че напълно изолирате горивната система върху водород (да не се използва външния въздух) почти нереализираната задача.
Поради тази причина съвременните двигатели с вътрешно горене при водорода приличат на газови двигатели, т.е. агрегатите на газ пропан. За да използвате водород вместо пропан, е достатъчно да промените настройките на такъв двигател. Вярно е, че водородът намалява донякъде. Въпреки това, водородът се нуждае от по-малко, за да се получи необходимото връщане от двигателя. В този случай не се очакват инсталации за автономно производство на водород.
Що се отнася до опита за подаване на водород в обикновен бензин или дизелов двигател, рисковете и трудностите автоматично се появяват. На първо място, високите температури и коефициент на компресия могат да доведат до факта, че водородът ще реагира с нагревателни елементи на DVS и двигателното масло.
Също така, дори малко изтичане на водород може да доведе до подгряване на предварително загрятия тръбен колектор, след което може да възникне експлозия или пожар. Така че това не се случва, ротационни двигатели използват по-често да работят върху водород. Този тип двигател е по-подходящ за тази задача, тъй като техният дизайн включва увеличено разстояние между всмукателния и изпускателен колектор.
По един или друг начин, дори като се вземат предвид всички трудности, редица проблеми могат да бъдат заобиколени не само върху ротари, но дори и на бутални двигатели, което позволява водородът да се счита за по-скоро обещаваща алтернатива на бензина, газ или дизел. Например, експерименталната версия на модела BMW 750HL, която е представена през 2000 г., има водороден двигател за 12 цилиндъра. Устройството успешно работи върху такива неща и може да разпръсне кола със скорост от около 140 км / ч.
Вярно е, че няма отделни растения за производството на водород от вода с кола. Вместо това има специален резервоар, който просто зареждане с водород. Запачният резерват на пълния резервоар на водород е около 300 км. След като водородът свърши, двигателят автоматично започва да работи върху бензин.
Двигател на водородни клетки
Моля, обърнете внимание на водородните двигатели се разбира като агрегати, работещи върху водород (вътрешен двигател на водород) и двигатели, които използват водородни горивни клетки. Вече разгледахме първия тип по-горе, сега нека спрем на втората версия.
Горивната клетка на водород всъщност представлява "батерия". С други думи, това е водородна батерия с висока ефективност около 50%. Устройството се основава на физикохимични процеси, в корпуса на такава горивна клетка има специални мембрани проводими протони. Тази мембрана споделя две камери, в един от които е анод и в друг катод.
В камерата, където анодът се намира, идва водород, а кислородът попада в катодната камера. Електродите са допълнително покрити със скъпи рядкоземни метали (често платина). Това ви позволява да играете ролята на катализатор, който има въздействие върху водородните молекули. В резултат на това водородът губи електрони. В същото време протоните минават през мембраната към катода, докато катализаторът ги засяга. В резултат на това комбинация от протони с електрони, които идват навън.
Тази реакция образува вода, като електроните от камерата с анода влизат в електрическата верига. Посочената верига е свързана с двигателя. Оформе се прости думи, електричество, което прави двигателя работа от такава водородна горивна клетка.
Такива водородни двигатели позволяват най-малко 200 км. На едно зареждане. Основният минус е високата цена на горивните клетки поради използването на платина, паладий и други скъпи метали. В резултат на това крайната цена на транспорта с такъв двигател се увеличава значително.
Водороден двигател: допълнителни перспективи
Днес много компании работят за създаването на екологични двигатели. Някои вървят по пътя на създаването, други правят залог на електрически превозни средства и др. Що се отнася до водородните растения, по отношение на екологията и производителността, тази опция може също да се състезава в бензин, газ или дизелово население в близко бъдеще.
Водородните двигатели се показват малко по-добре от най-модерните електроцементи. Например японския модел Honda Clessity. Единственото нещо остана такава липса на начини и възможности за зареждане с гориво. Факт е, че инфраструктурата на бензиностанциите в водород не е специално развита и в световен мащаб.
Също така, изборът на водородни автомобили не е особено голям. В допълнение към Honda Clarity, е възможно да се спомене MAZDA RX8 водород, както и BMW водород 7. В действителност, това са хибриди, които работят върху течен водород и бензин. Можете също да добавите към Mercedes GLC F-Bell List. Този модел има способността да се презарежда от домакинското захранване и ви позволява да преминете до 500 км. На едно зареждане.
Освен това си струва да се отбележи моделът Toyota Mirai. Автомобилът работи само с водород, един резервоар е 600 км. Водородните двигатели все още се намират на вътрешния модел "NIVA", и също са инсталирани от корейци за специална версия на Hyundai Tucson SUV.
Както може да се види, много производители активно експериментират с двигателя на водород, но това решение все още има много недостатъци. В същото време някои недостатъци силно се намесват в масовата промоция.
На първо място, това е безопасността и сложността на транспортирането на такова гориво. Важно е да се разбере, че водородът е много горив и експлозивен дори и с относително ниски температури. Поради тази причина е трудно да се съхраняват и транспортират. Оказва се, че е необходимо да се изграждат специални водородни резервоари за автомобили с този тип двигател. В резултат на това много малко в практиката на водородни бензиностанции.
Възможно е също така да се добави определена сложност и високи разходи за ремонт и поддържане на водородна единица, както и необходимостта от подготовка и обучение на голям брой висококвалифицирани персонал. Ако говорим за самата кола на водород и нейните оперативни характеристики, наличието на водородна инсталация прави колата по-тежка, обработката е естествено влошаваща се.
Да обобщим
Както може да се види, днес водородните автомобили и двигателят на вода могат да се считат за напълно реална алтернатива на не само обичайния двигател с вътрешно горене, които използват маслото гориво, но и електрокари.
На първо място, такива инсталации са по-малко токсични, докато не се нуждаят от скъпи петролни горива. Също така автомобилите с водороден двигател имат приемлив инсулт. Хибридните модели, които използват водород и бензин, са в продажба.
Що се отнася до недостатъците и трудностите, автомобилът с водороден двигател днес има висока цена, а проблемите могат да възникнат с гориво за зареждане с гориво поради недостатъчното количество бензиностанции. Не забравяйте за факта, че също така не е лесно да се намерят специалисти, които са способни на висококачествено и професионално обслужване на водородна електроцентрала. В този случай поддръжката ще бъде доста скъпа.
И накрая, отбелязваме, че активното изграждане на тръбопроводи за изпомпване на газове на метан обещава в бъдеще способността да се изпомпва по същите тръбопроводи и водород. Това означава, че в случай на растеж на общия брой автомобили с водородни двигатели, вероятността за бързо увеличаване на броя на специализираните бензиностанции също е висок.
Прочетете също
Подобряване на дизайна на буталния двигател, отказът на CSM: уплашен двигател, както и двигател без колянов вал. Характеристики и перспективи.
