Motorul hidrogen: principiul operațiunii și dispozitivului
După cum se știe, motorul cu combustie internă cu piston are ambii pro și o serie de anumite deficiențe. În primul rând, problema globală este evacuarea toxică, precum și necesitatea constantă a combustibilului petrolier. Situația nu este mult schimbată după transferul mașinii de gaz, deoarece nu rezolvă și toate sarcinile.
Luând în considerare aceste caracteristici, opțiunile alternative sunt în mod constant dezvoltate. Astăzi, concurentul real este motorul electric. În același timp, un accident vascular cerebral relativ mic, costul ridicat al bateriilor și, în total, precum și lipsa unei infrastructuri dezvoltate pentru repararea și întreținerea acestor mașini încetinesc în mod natural popularizarea lor.
Din acest motiv, producătorii de automobile lucrează în mod constant pentru a obține "inofensiv" la mediul înconjurător și relativ ieftin în producția unei unități de putere, care nu va avea nevoie de un combustibil scump.
Printre astfel de motoare, hidrogen-in-lege ar trebui izolate separat, ceea ce ar putea înlocui motorul diesel sau benzină existent și în perspectiva previzibilă. Să ne uităm la modul în care funcționează motorul de hidrogen, ce fel de design are un motor similar și care sunt caracteristicile sale.
Citiți în acest articol
Istoria creării unui motor de hidrogen
Să începem cu ideile pentru a construi un motor de hidrogen apărut în 1806. Fondatorul a devenit Francois Isaac de Rivaz, care a primit hidrogen din apă prin metoda de electroliză. După cum se poate observa, motorul pe hidrogen "sa născut" cu mult înainte ca o serie de întrebări să fie ridicate în ceea ce privește mediul și toxicitatea de evacuare.
Cu alte cuvinte, încercările de lansare a DV-urilor asupra hidrogenului au fost întreprinse să nu protejeze mediul, ci pentru utilizarea banală a hidrogenului ca combustibil. După mai multe decenii (în 1841), a fost emis un prim brevet pentru un astfel de motor, în 1852 un agregat a apărut în Germania, care a lucrat cu succes la amestecul de aer și hidrogen.
În timpul celui de-al doilea război mondial, când au apărut dificultăți cu furnizarea de combustibil petrolier, tehnician de la URSS Boris Isakovich Shelisch, care a fost din Ucraina, a pus bazele energiei hidrogenului rusesc. El a sugerat, de asemenea, utilizarea unui amestec de hidrogen și aer ca combustibil pentru OI, după care ideile sale au găsit rapid aplicații practice. Ca rezultat, au existat aproximativ jumătate de sute de motoare lucrate pe hidrogen.
Cu toate acestea, după încheierea războiului, dezvoltarea ulterioară a motorului de hidrogen a fost suspendată atât în \u200b\u200bURSS, cât și în întreaga lume. Apoi motorul a fost amintit numai atunci când a avut loc o criză a combustibilului în anii '70 ai secolului al XX-lea. Ca rezultat, BMW în 1979 a construit o mașină a cărei motor a fost utilizat de hidrogen ca combustibil principal. Unitatea a lucrat relativ stabilă, nu au existat explozii și emisii de vapori de apă.
Alți producători de automobile au început să lucreze în acest domeniu, ca urmare a cărei rezultat, până la sfârșitul secolului al XX-lea, nu numai multe prototipuri, dar, de asemenea, operă cu succes eșantioane de motoare pe hidrogen combustibil (benzină și motor diesel pe hidrogen).
Cu toate acestea, după încheierea crizei combustibilului, a fost de asemenea minimalizată, de asemenea, lucrările privind hidrogenul FCS. Astăzi, interesul pentru sursele alternative de energie crește din nou, acum din cauza unor probleme grave de mediu, precum și luând în considerare faptul că rezervele de petrol de pe planetă sunt reduse rapid, iar prețurile sunt în creștere în mod natural în produse petroliere.
De asemenea, guvernele multor țări se străduiesc să devină nevolatile, iar hidrogenul este o alternativă destul de accesibilă. Astăzi, GM, BMW, Honda, Ford Corporation etc.
Funcționarea motorului pe hidrogen: Caracteristicile de hidrogen ICA
Să începem cu faptul că motorul cu combustie internă pe hidrogen în designul său nu este foarte diferit de cea obișnuită Oh. Toate aceleași cilindri și pistoane, o cameră de combustie și un mecanism complex de legătură pentru transformarea unei mișcări reciproce la un loc de muncă.
Singurul lucru din cilindri nu arde nu benzină, gaz sau, ci un amestec de aer și hidrogen. De asemenea, este necesar să se țină seama de faptul că metoda de furnizare a combustibilului hidrogen, a formării de amestecare și a aprinderii este, de asemenea, oarecum diferită în comparație cu procesele similare din omologii tradiționali.
În primul rând, arderea hidrogenului în comparație cu combustibilul cu ulei se distinge prin faptul că hidrogenul arde mult mai repede. În motorul obișnuit, un amestec de benzină sau de combustibil diesel cu aer umple camera de combustie atunci când pistonul a crescut aproape la NMT (punctul mort de sus), atunci combustibilul este pe combustibil și după aceea, gazele sunt puse pe piston.
Pe hidrogen, reacția se desfășoară mai repede, ceea ce vă permite să deplasați umplerea cilindrului în momentul în care pistonul începe deja să se deplaseze în NMT (Dot mort inferior). De asemenea, după începerea reacției, rezultatul devine apă obișnuită în loc de gaze de evacuare toxice. După cum se poate observa, la prima vedere, motorul standard este relativ ușor de ajustat sub combustibil de hidrogen prin îmbunătățirea sistemului de admisie, eliberare și energie, dar nu este.
Prima problemă este cum să obțineți hidrogenul necesar. După cum se știe, hidrogenul este în compoziția apei și este un element comun, dar practic nu se găsește în formă pură. Din acest motiv, pentru autonomia maximă a vehiculului, este necesar să punem separat instalațiile de hidrogen la apă "Split", permițând motorului să mănânce combustibilul necesar.
Ideea pare atractivă. Mai mult, puteți chiar să faceți fără o intrare în aer liber și puteți crea un sistem de combustibil închis. Cu alte cuvinte, după fiecare dată când camera arde încărcătura, cilindrul va rămâne vapori de apă. Dacă acest cuplu este trecut prin radiator, se va produce condensarea, adică apa se formează din nou din care hidrogen poate fi refolosit.
Cu toate acestea, pentru a realiza acest lucru, o instalație de electroliză (electrolizer) trebuie instalată pe mașină, care va separa hidrogenul din apă pentru a obține apoi reacția dorită cu oxigenul în camera de combustie. În practică, instalarea este dificilă și scumpă și este destul de dificil să se creeze un astfel de sistem închis.
Faptul este că orice motor de combustie internă independent de tipul de combustibil trebuie încă să protejeze nodurile încărcate și să frece perechile. Dacă pur și simplu, fără ulei de motor, nu este necesar să faceți acest lucru. În același timp, uleiul intră parțial în camera de combustie și apoi în evacuare. Aceasta înseamnă că izolați complet sistemul de combustibil pe hidrogen (nu pentru a utiliza aerul exterior) aproape sarcina nerealizabilă.
Din acest motiv, motoarele cu combustie internă de hidrogen moderne seamănă cu motoarele cu gaz, adică, agregatele de gaz propan. Pentru a utiliza hidrogen în loc de propan, este suficient să schimbați setările unui astfel de motor. Adevărat, hidrogenul scade oarecum. Cu toate acestea, hidrogenul are nevoie de mai puțin pentru a obține revenirea necesară de la motor. În acest caz, nu se așteaptă instalații pentru producția de hidrogen autonomă.
În ceea ce privește încercarea de a depune hidrogen într-o benzină obișnuită sau motor diesel, riscurile și dificultățile apar automat. În primul rând, temperaturile ridicate și raportul de compresie poate duce la faptul că hidrogenul va reacționa cu elemente de încălzire ale DVS și ulei de motor.
De asemenea, chiar și o mică scurgere de hidrogen poate determina combustibilul să ajungă pe un colector de eșapament preîncălzit, după care poate apărea o explozie sau foc. Astfel încât să nu se întâmple, motoarele rotative folosesc mai des pentru a lucra pe hidrogen. Acest tip de motor este mai potrivit pentru această sarcină, deoarece designul lor implică o distanță crescută între consumul de admisie și de evacuare.
Într-un fel sau altul, chiar ținând cont de toate dificultățile, o serie de probleme pot fi eludate nu numai pe rotative, ci și pe motoarele de piston, ceea ce permite ca hidrogen să fie considerat o alternativă destul de promițătoare la benzină, gaz sau motorină. De exemplu, versiunea experimentală a modelului BMW 750HL, care a fost prezentată în 2000, are un motor de hidrogen pentru 12 cilindri. Unitatea funcționează cu succes pe o astfel de lucruri și este capabilă să disperseze o mașină la o viteză de aproximativ 140 km / h.
Adevărat, nu există plante individuale pentru producerea de hidrogen din apă cu mașina. În schimb, există un rezervor special, care pur și simplu realimentează cu hidrogen. Rezerva de curse pe rezervorul complet de hidrogen este de aproximativ 300 km. După terminarea hidrogenului, motorul începe automat să lucreze pe benzină.
Motorul pe celulele de combustie cu hidrogen
Rețineți că sub motoarele de hidrogen sunt înțelese ca agregate care lucrează la hidrogen (motor intern hidrogen) și motoare care utilizează celule de combustie cu hidrogen. Am considerat deja primul tip de mai sus, acum să ne oprim la a doua versiune.
Celula de combustibil pe hidrogen reprezintă de fapt o "baterie". Cu alte cuvinte, aceasta este o baterie de hidrogen cu o eficiență ridicată de aproximativ 50%. Dispozitivul se bazează pe procesele fizico-chimice, în carcasa unei astfel de celule de combustibil există o protonie specială conductivă membrană. Această membrană împărtășește două camere, într-unul din care este un anod și într-un alt catod.
În camera, unde se află anodul, vine hidrogenul, iar oxigenul cade în camera catodică. Electrozii sunt acoperiți suplimentar cu metale scumpe de pământ rare (adesea platină). Acest lucru vă permite să jucați rolul unui catalizator care are un impact asupra moleculelor de hidrogen. Ca rezultat, hidrogenul pierde electroni. În același timp, protonii merg prin membrană la catod, în timp ce catalizatorul le afectează și ele. Ca rezultat, o combinație de protoni cu electroni, care vin afară.
Această reacție formează apă, cu electroni de la cameră cu anodul Introduceți circuitul electric. Circuitul specificat este conectat la motor. Cuvinte simple, se formează electricitate, ceea ce face motorul să lucreze dintr-o astfel de celulă de combustibil de hidrogen.
Astfel de motoare cu hidrogen permit cel puțin 200 km. Pe o singură încărcare. Principalul minus este costul ridicat al celulelor de combustie datorită utilizării de platină, paladiu și alte metale scumpe. Ca rezultat, costul final al transportului cu un astfel de motor crește foarte mult.
Motorul hidrogen: perspective suplimentare
Astăzi, multe companii lucrează la crearea de motoare ecologice. Unii merg pe calea creației, alții fac un pariu pe vehiculele electrice etc. În ceea ce privește plantele de hidrogen, în ceea ce privește ecologia și performanța, această opțiune poate, de asemenea, să concureze în benzină, gaz sau o populație diesel în viitorul apropiat.
Motoarele cu hidrogen au arătat oarecum mai bune decât cele mai avansate electrocaruri. De exemplu, modelul japonez Honda Clarity. Singurul lucru a rămas o astfel de lipsă de moduri și posibilitățile de realimentare. Faptul este că infrastructura centralei de gaz hidrogen nu este deosebit de dezvoltată și la scară globală.
De asemenea, selecția autoturismelor hidrogen nu este deosebit de mare. În plus față de claritatea HONDA, este posibil să se menționeze hidrogenul Mazda RX8, precum și BMW Hydrogen 7. De fapt, acestea sunt hibrizi, care funcționează pe hidrogen lichid și benzină. De asemenea, puteți adăuga la lista de celule F GLC Mercedes. Acest model are capacitatea de a se reîncărca de la sursa de alimentare și de a vă permite să treceți până la 500 km. Pe o singură încărcare.
În plus, merită remarcat modelul Toyota Mirai. Mașina funcționează numai pe hidrogen, un rezervor este de 600 km. Motoarele de hidrogen sunt încă găsite pe modelul intern "NIVA", și, de asemenea, instalat de coreeni pentru o versiune specială a SUV-ului Hyundai Tucson.
După cum se poate observa, mulți producători experimentează în mod activ motorul pe hidrogen, dar această soluție are încă multe dezavantaje. În același timp, unele dezavantaje interferează puternic cu promovarea în masă.
În primul rând, aceasta este siguranța și complexitatea transportului unui astfel de combustibil. Este important să înțelegeți că hidrogenul este foarte combustibil și exploziv chiar și cu temperaturi relativ scăzute. Din acest motiv, este dificil să se păstreze și să transporte. Se pare că este necesar să se construiască rezervoare speciale de hidrogen pentru mașini cu acest tip de motor. Ca rezultat, foarte puțin în practica centralelor de gaz hidrogen.
De asemenea, este posibil să se adauge anumite complexități și costuri ridicate pentru repararea și menținerea unei unități de hidrogen, precum și necesitatea de a pregăti și educa un număr mare de personal cu înaltă calificare. Dacă vorbim despre mașina însăși asupra hidrogenului și a caracteristicilor sale operaționale, prezența unei instalații de hidrogen face ca mașina să fie mai grea, manipularea se deteriorează în mod natural.
Să ne rezumăm
După cum se poate observa, astăzi mașinile de hidrogen și motorul de apă pot fi considerate o alternativă complet reală la nu numai motorul obișnuit de combustie internă, care utilizează combustibilul petrolier, dar și electrocarare.
În primul rând, astfel de instalații sunt mai puțin toxice, în timp ce nu au nevoie de combustibili scumpe pe bază de ulei. De asemenea, mașinile cu motor cu hidrogen au un accident vascular cerebral acceptabil. Modelele hibride care utilizează atât hidrogen, cât și benzină sunt în vânzare.
În ceea ce privește deficiențele și dificultățile, mașina cu motor de hidrogen astăzi are un cost ridicat, iar problemele pot apărea cu combustibil de combustibil datorită cantității insuficiente de stații de umplere. Nu uitați de faptul că, de asemenea, nu este ușor să găsiți specialiști care sunt capabili de înaltă calitate și servind profesional o centrală de hidrogen. În acest caz, întreținerea va fi destul de scumpă.
În cele din urmă, menționăm că construcția activă a conductelor pentru pomparea gazelor metanului promite în viitor capacitatea de a pompa de-a lungul acelorași conducte și hidrogen. Aceasta înseamnă că, în cazul creșterii numărului total de autoturisme cu motoare cu hidrogen, probabilitatea unei creșteri rapide a numărului de stații de umplere specializate este de asemenea ridicată.
Citiți și
Îmbunătățirea designului motorului pistonului, refuzul CSM: un motor înspăimântat, precum și motorul fără arbore cotit. Caracteristici și perspective.
