Vandenilio variklis: veikimo ir įrenginio principas

Kaip žinoma, stūmoklio vidaus degimo variklis turi tiek privalumus ir tam tikrus trūkumus. Visų pirma, pasaulinė problema yra toksiška išmetamųjų dujų, taip pat nuolatinis naftos kuro poreikis. Situacija nėra daug pasikeitė po automobilio perdavimo dujoms, nes ji taip pat neišsprendžia visų užduočių.

Atsižvelgiant į šias funkcijas, yra nuolat plėtojamos alternatyvios galimybės. Šiandien tikrasis konkurentas yra elektrinis variklis. Tuo pačiu metu, palyginti nedidelis insultas, didelės baterijų sąnaudos ir iš viso, taip pat išsivysčiusios infrastruktūros trūkumas tokių mašinų remontui ir priežiūrai natūraliai lėtina jų populiarinimą.

Dėl šios priežasties automobilis nuolat stengiasi gauti "nekenksmingą" į aplinką ir palyginti pigų gamybos įrenginio gamybai, kuriam nereikės brangaus kuro.

Tarp tokių variklių, vandenilio įstatymas turėtų būti atskirtos atskirai, o tai gali pakeisti esamą dyzelinį arba benzininį variklį, ir numatomą perspektyvą. Pažvelkime, kaip veikia vandenilio variklis, kokio tipo dizainas turi panašų variklį ir kas yra jo funkcijos.

Skaitykite šiame straipsnyje

Vandenilio variklio kūrimo istorija

Pradėkime nuo idėjų, kaip sukurti vandenilio variklį, pasirodė 1806 m. Įkūrėjas tapo Francois Isaac de Rivaz, kuris gavo vandenilį nuo vandens elektrolizės metodu. Kaip galima pamatyti, variklis ant vandenilio "gimė" ilgai prieš keletą klausimų buvo iškeltas dėl aplinkos ir išmetimo toksiškumo.

Kitaip tariant, bandymai pradėti DVS ant vandenilio buvo imtasi ne apsaugoti aplinką, bet siekiant banalinio panaudojimo vandenilio kaip kuro. Po kelių dešimtmečių (1841 m.) Pirmasis tokio variklio patentas buvo išleistas, 1852 m. Vokietijoje pasirodė agregatas, kuris sėkmingai dirbo oro ir vandenilio mišinyje.

Antrojo pasaulinio karo metu, kai sunkumai atsirado dėl naftos kuro tiekimo, Technikas iš SSRS Borisas Isaakovičiaus Shelisch, kuris buvo iš Ukrainos, padėjo Rusijos vandenilio energijai. Jis taip pat pasiūlė naudoti vandenilio ir oro mišinį kaip oi degalus, po kurio jo idėjos greitai rado praktinę programą. Dėl to buvo maždaug pusė šimtų variklių, dirbančių vandeniliu.

Tačiau po karo pabaigos tolesnis vandenilio variklio vystymas buvo sustabdytas tiek TSRS ir visame pasaulyje. Tada variklis buvo prisimintas tik tada, kai degalų krizė įvyko 70-ajame amžiuje. Kaip rezultatas, BMW 1979 pastatė automobilį, kurio variklis buvo naudojamas vandenilio kaip pagrindinio kuro. Įrenginys dirbo palyginti stabili, nebuvo jokių sprogimų ir vandens garuose.

Kiti automobilių gamintojai taip pat pradėjo dirbti šioje srityje, dėl kurių iki XX a. Pabaigos atsirado ne tik daug prototipų, bet ir gana sėkmingai veikia vandenilio kuro variklių mėginius (benziną ir dyzelinį variklį vandeniliu).

Tačiau po to, kai baigėsi kuro krizė, taip pat buvo sumažintas darbas su vandeniliu FC. Šiandien susidomėjimas alternatyvių energijos šaltinių auga dar kartą, dabar dėl rimtų aplinkosaugos problemų, taip pat atsižvelgiant į tai, kad naftos atsargos planetoje yra sparčiai sumažintos ir kainos natūraliai auga į naftos produktus.

Be to, daugelio šalių vyriausybės siekia tapti nepastoviomis, o vandenilis yra gana prieinama alternatyva. Šiandien, GM, BMW, Honda, Ford Corporation ir kt.

Variklio veikimas vandeniliu: Vandenilio ICA savybės

Pradėkime nuo to, kad vidinis degimo variklis ant vandenilio jo dizaino nėra labai skiriasi nuo įprastų OH. Visi tie patys cilindrai ir stūmokliai, degimo kamera ir sudėtingas variklio jungiamasis mechanizmas, skirtas transformuoti stūmoklinį judėjimą į darbą.

Vienintelis dalykas cilindruose degina ne benziną, dujas arba, bet oro ir vandenilio mišinys. Taip pat būtina atsižvelgti į tai, kad vandenilio kuro tiekimo metodas, maišymo formavimas ir uždegimas taip pat yra šiek tiek skiriasi, palyginti su panašiais tradicinių kolegų procesais.

Visų pirma, vandenilio deginimas, palyginti su naftos kuru, išsiskiria tuo, kad vandenilis dega daug greičiau. Įprastu variklyje, benzino arba dyzelinio kuro mišinys su oru užpildo degimo kamerą, kai stūmoklis beveik pakilo į NMT (viršutinis miręs taškas), tada degalai yra ant kuro ir po to dujos yra įdėti į dujas stūmoklis.

Vandeniliui reakcija vyksta greičiau, o tai leidžia perkelti cilindro užpildymą tuo metu, kai stūmoklis jau pradeda judėti NMT (mažesnis negyvas taškas). Be to, po reakcijos pajamų rezultatas tampa įprastu vandeniu vietoj toksiškų išmetamųjų dujų. Kaip matyti iš pirmo žvilgsnio, standartinis variklis yra gana lengva reguliuoti pagal vandenilio kurą, gerinant suvartojimą, išleidimą ir elektros energiją, bet tai nėra.

Pirmoji problema yra tai, kaip gauti reikalingą vandenilį. Kaip žinoma, vandenilis yra vandens sudėtyje ir yra bendras elementas, tačiau tai praktiškai nerandama grynoje formoje. Dėl šios priežasties, maksimaliai autonomijai transporto priemonei, būtina atskirai įdėti vandenilio įrenginius į "padalintą" vandenį, leidžiantį variklis valgyti reikiamą kurą.

Idėja atrodo patraukli. Be to, jūs netgi galite padaryti be lauko įleidimo ir sukurkite uždarą kuro sistemą. Kitaip tariant, po kiekvieno laiko, kai kamera nudegina įkrovą, cilindras išliks vandens garai. Jei ši pora yra perduodama per radiatorių, atsiras kondensatas, tai yra, vanduo susidaro vėl, iš kurio vandenilis gali būti pakartotinai panaudotas.

Tačiau, norint pasiekti tai, į automobilį turi būti įrengtas elektrolizės (elektrolizer) montavimas, kuris atstatys vandenilį nuo vandens, kad būtų galima gauti norimą reakciją deguonimi degimo kameroje. Praktiškai įrengimas yra sunkus ir brangus, ir tai yra gana sunku sukurti tokią uždarą sistemą.

Faktas yra tai, kad bet koks vidinis degimo variklis, nepriklausomai nuo kuro tipo, reikia apsaugoti pakrautus mazgus ir trina poras. Jei tiesiog, be variklio alyvos, nebūtina daryti. Tuo pačiu metu aliejus iš dalies patenka į degimo kamerą ir tada į išmetamųjų dujų. Tai reiškia, kad visiškai izoliuoti degalų sistemą vandenilio (nenaudoti išorinio oro) beveik nerealizuojamą užduotį.

Dėl šios priežasties šiuolaikiniai vandenilio vidaus degimo varikliai yra panašūs į dujų variklius, ty dujų agregatus propano. Naudoti vandenilį vietoj propano, pakanka pakeisti tokio variklio nustatymus. Tiesa, vandenilis šiek tiek sumažėja. Tačiau vandeniliui reikia mažiau, kad gautumėte reikiamą grąžą iš variklio. Tokiu atveju tikimasi, kad nėra savarankiškos vandenilio gamybos įrenginių.

Kalbant apie bandymą pateikti vandenilį į įprastą benzininį arba dyzelinį variklį, automatiškai kyla pavojus ir sunkumai. Visų pirma, aukštos temperatūros ir suspaudimo santykis gali sukelti tai, kad vandenilis reaguoja su šildymo elementais DVS ir variklio alyvos.

Be to, net nedidelis vandenilio nuotėkis gali sukelti degalų patekimą į pašildytą išmetimo kolektorių, po kurio gali atsirasti sprogimas ar gaisras. Taigi, kad tai neįvyksta, rotaciniai varikliai dažniau naudoja vandenilį. Šis variklis yra labiau tinka šiai užduočiai, nes jų dizainas apima didesnį atstumą tarp suvartojimo ir išmetimo kolektoriaus.

Vienaip ar kitaip, net atsižvelgiant į visus sunkumus, daug problemų galima apeiti ne tik su rotaciniu, bet ir stūmoklio varikliai, kurie leidžia vandeniliui būti laikoma gana perspektyvi alternatyva benzinui, dujoms ar dyzeliui. Pavyzdžiui, 2000 m. Pateikta BMW 750HL modelio eksperimentinė versija turi 12 cilindrų vandenilio variklį. Įrenginys sėkmingai veikia ant tokios medžiagos ir gali išsklaidyti automobilį iki maždaug 140 km / h greičio.

Tiesa, nėra atskirų augalų vandenilio gamybai iš vandens automobiliu. Vietoj to, yra speciali bakas, kuri yra tiesiog degalų su vandeniliu. Insulto rezervas ant pilno talpyklos vandenilio yra apie 300 km. Po vandenilio yra baigtas, variklis automatiškai pradeda dirbti su benzinu.

Vandenio kuro elementų variklis

Atkreipkite dėmesį į vandenilio variklius suprantami kaip suvestiniai su vandeniliu (vandenilio vidiniu varikliu) ir varikliais, kurie naudoja vandenilio kuro elementus. Mes jau laikėme pirmojo tipo aukščiau, dabar sustabdome antroje versijoje.

Vandenilio kuro elementas iš tikrųjų reiškia "bateriją". Kitaip tariant, tai yra vandenilio baterija su dideliu efektyvumu apie 50%. Prietaisas grindžiamas fizikiniu ir cheminiais procesais, tokio kuro elemento korpuse yra specialūs membraniniai laidūs protonai. Ši membrana dalijasi dviem fotoaparatais, iš kurių viename yra anodas, ir kitame katode.

Rūgštinėje, kur yra anodas, yra vandenilis, o deguonis patenka į katodo kamerą. Elektrodai papildomai padengiami brangiais retais žemės metalais (dažnai platina). Tai leidžia jums žaisti katalizatoriaus vaidmenį, kuris turi įtakos vandenilio molekuliams. Kaip rezultatas, vandenilis praranda elektronus. Tuo pačiu metu protonai eina per membraną katodui, o katalizatorius taip pat veikia. Kaip rezultatas, protonų su elektronų derinys, kuris ateina lauke.

Ši reakcija formuoja vandenį, su elektronais iš fotoaparato su anode Įveskite elektros grandinę. Nurodyta grandinė yra prijungta prie variklio. Paprasti žodžiai, suformuojami elektros energija, todėl variklis veikia nuo tokio vandenilio kuro elemento.

Tokie vandenilio varikliai leidžia mažiausiai 200 km. Viename mokestyje. Pagrindinis minus yra didelės kuro elementų kainos dėl platinos, paladžio ir kitų brangių metalų naudojimo. Todėl galutinės transporto išlaidos su tokiu varikliu didėja.

Vandenilio variklis: tolesnės perspektyvos

Šiandien daugelis įmonių dirba ekologiškų variklių kūrimą. Kai kurie eiti į kūrimo kelią, kiti daro statymą ant elektrinių transporto priemonių ir tt Kaip ir vandenilio augalams, kalbant apie ekologiją ir našumą, ši galimybė taip pat gali konkuruoti benzinu, dujomis ar dyzeliniais gyventojais artimiausioje ateityje.

Vandeniliai varikliai pasirodė šiek tiek geriau nei pažangiausi elektrocarai. Pavyzdžiui, Japonijos modelis Honda aiškumas. Vienintelis dalykas išliko toks trūkumas ir degalų papildymo galimybės. Faktas yra tai, kad vandenilio degalinių infrastruktūra nėra ypač plėtojama ir pasauliniu mastu.

Be to, vandenilio automobilių atranka nėra ypač didelė. Be Honda aiškumo, galima paminėti "Mazda Rx8" vandenilį, taip pat BMW vandenilį 7. Iš tiesų tai yra hibridai, kurie dirba skystu vandeniliu ir benzinu. Taip pat galite pridėti prie "Mercedes GLC F-Cell" sąrašo. Šis modelis turi galimybę įkrauti nuo namų ūkio maitinimo ir leidžia jums praeiti iki 500 km. Viename mokestyje.

Be to, verta paminėti "Toyota Mirai" modelį. Automobilis veikia tik vandeniliu, vienas rezervuaras yra 600 km. Vandeniliai varikliai vis dar randami vidaus modelyje "Niva", taip pat įdiegė korėjiečių kalba už specialią "Hyundai Tucson SUV" versiją.

Kaip matyti, daugelis gamintojų aktyviai eksperimentuoja su vandenilio varikliu, tačiau šis sprendimas vis dar turi daug trūkumų. Tuo pačiu metu kai kurie trūkumai labai trukdo masiniam paaukštinimui.

Visų pirma, tai yra tokio kuro gabenimo saugumas ir sudėtingumas. Svarbu suprasti, kad vandenilis yra labai degalus ir sprogmuo net ir santykinai žemai temperatūrai. Dėl šios priežasties sunku saugoti ir transportuoti. Pasirodo, būtina statyti specialius vandenilio rezervuarus automobiliams su šio variklio tipo. Todėl labai mažai vandenilio degalinių praktikoje.

Taip pat galima pridėti tam tikrą sudėtingumą ir dideles išlaidas remontuoti ir išlaikyti vandenilio vienetą, taip pat poreikį parengti ir šviesti daug aukštos kvalifikacijos personalo. Jei mes kalbame apie pati automobilį ant vandenilio ir jo eksploatacinių savybių, vandenilio įrenginio buvimas daro automobilį sunkiau, tvarkymas yra natūraliai blogėjantis.

Apibendrinime

Kaip matyti, šiandien vandenilio automobiliai ir variklis ant vandens gali būti laikoma visiškai reali alternatyva ne tik įprastai vidaus degimo varikliui, kuris naudoja naftos kurą, bet ir elektrokararus.

Visų pirma, tokie įrenginiai yra mažiau toksiški, o jiems nereikia brangių naftos kuro. Taip pat automobiliai su vandenilio varikliu turi priimtiną insultą. Parduodami hibridiniai modeliai, naudojami vandeniliu ir benzinu.

Kalbant apie trūkumus ir sunkumus, automobilis su vandenilio varikliu šiandien turi didelę kainą, o problemos gali kilti su degalų degalais dėl nepakankamo užpildymo stočių kiekio. Nepamirškite apie tai, kad taip pat nėra lengva rasti specialistų, kurie yra pajėgūs aukštos kokybės ir profesionaliai aptarnaujant vandenilio elektrinę. Šiuo atveju išlaikymas bus gana brangus.

Galiausiai atkreipiame dėmesį į tai, kad aktyvus vamzdynų statyba metano dujoms pumpuoti ateityje gebėjimas siurbti tuos pačius vamzdynus ir vandenilį. Tai reiškia, kad viso automobilių su vandenilio varikliais augimo atveju sparčiai padidės specializuotų degalinių skaičius taip pat yra didelis.

Taip pat perskaitykite

Stūmoklio variklio dizaino tobulinimas, CSM atsisakymas: išsigandęs variklis, taip pat variklis be alkūninio veleno. Savybės ir perspektyvos.