Одной из альтернатив двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине и дизельном топливе, является водородный двигатель. Хотя есть топливо «черного золота», поршневые двигатели внутреннего сгорания не сильно улучшились, но они являются многообещающим вариантом на будущее.
Содержание статьи:
- Устройство водородного двигателя.
- Водород как топливо.
- Устройство и принцип работы.
- Модификации — гибриды.
- Работа водородного двигателя.
- Вывод.
- Видео.
Содержание
Водородный двигатель
Водородный транспорт — это транспортное средство, имеющее в своей конструкции силовой агрегат, работающий на водородном топливе. Эти автомобили могут быть либо с двигателем внутреннего сгорания, либо с газотурбинным двигателем, либо с водородными элементами.
Вопрос: Можно ли использовать водород в обычном двигателе внутреннего сгорания? Ответ: если доработать какие-то элементы, то да.
Но при использовании в качестве топлива водорода вместо бензина мощность двигателя снизится до 65-82%. И, если немного доработать такой агрегат, например поменять систему зажигания, мощность увеличится до 117%. Обычные бензиновые двигатели внутреннего сгорания без доработок плохо подходят для работы на водороде, так как водород очень летуч, он может попасть в коллектор и там воспламениться. Поэтому наиболее подходящим двигателем для работы на водороде является роторный двигатель. В роторном двигателе расстояние между впускным и выпускным коллекторами больше.
Плюсы и минусы водородного топлива
Работа агрегата на этом виде топлива имеет свои достоинства и недостатки.
К плюсам относятся:
- при сжигании водорода теплоотдача в 2,5 раза выше, чем при горении бензиновоздушной смеси;
- продукт сгорания водорода — водяной пар, то есть нет загрязнения окружающей среды;
- благодаря своим свойствам водород реагирует быстрее, чем бензин и дизельное топливо;
- довольно широкий спектр реакций. Для реакции водорода (H2) и кислорода (O2) достаточно всего 4% водорода в этой смеси. Благодаря высокой скорости взаимодействия этих веществ можно регулировать режимы работы двигателя, изменяя количество вещества, подаваемого в цилиндр.
- за счет повышенной ударопрочности возможно увеличение степени сжатия в цилиндрах по сравнению с традиционными двигателями внутреннего сгорания;
Минусы:
- необходимо хранить водород в сжатом или жидком агрегатном состоянии. Если открыть крышку бака, водород улетучится;
- как отмечалось выше, водород — очень летучие вещества, поэтому проникает в микротрещины, промежутки между соприкасающимися деталями;
- сплавы обычного двигателя внутреннего сгорания подвержены разрушению, поэтому для повышения износостойкости при контакте с водородом необходимо использовать детали из высокопрочных сплавов;
- опасность взрыва.
- водород разрушает обычное моторное масло, поэтому ресурс двигателя при использовании такой смазки невелик;
именно из-за этих характеристик водорода обычный дизельный или бензиновый двигатель внутреннего сгорания не подходит для работы на водороде.
Устройство и принцип работы
Основное отличие водородного двигателя от бензинового или дизельного двигателя заключается в подаче топлива в агрегат и способе воспламенения смеси (водород + кислород).
Работа кривошипно-шатунного механизма (КШМ) такая же, как и у обычного двигателя внутреннего сгорания, но скорость движения и впрыска топлива другие. Это связано с тем, что бензиновой или дизельной смеси требуется больше времени для воспламенения, поэтому топливная смесь подается в камеру сгорания задолго до того, как поршень начинает подниматься в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Вместо этого водород должен подаваться в камеру сгорания, когда поршень уже начинает двигаться к нижней мертвой точке (НМТ). Нет необходимости в более высоком давлении в топливной системе, достаточно давления в 4 атмосферы (0,4 МПа).
Модификации — гибриды
Схема водородного двигателя
Рассмотрим двигатель конструкции В.С. Кащеева.
Согласно своей разработке, в двигателе, помимо впускного клапана (6), через который подается воздух, и выпускного клапана (7) для выхлопных газов, в головке блока цилиндров (ГБЦ) имеется специальный клапан для подачи водорода (9) и свечи (10), которые расположены в прихожей (8). Последний находится выше уровня поршня, когда он находится в нижней мертвой точке.
После того, как поршень достигает НМТ (воздух уже втянут в камеру сгорания через впускные клапаны), подается водород и смесь воспламеняется. В это время уже открываются сливные краны. Поскольку разница давлений в камере сгорания и за клапанами велика, при открытых выпускных клапанах выхлопные газы разлетаются и образуется разрежение, и поршень притягивается к ВМТ и для импульса (сила, действующая обратно пропорционально) поршень возвращается в BDC.
Гибридный двигатель — это промежуточное звено между бензиновым топливным двигателем и чистым водородом. Гибридные автомобили могут работать как на бензине / дизельном топливе, так и на водороде.
Модифицированная топливная система
В его основе лежит обычный бензиновый двигатель. Топливо осталось прежним: бензин. Но воздух с водородом подается через впускной клапан. Топливно-воздушная смесь такого состава увеличивает степень сжатия и снижает токсичность вредных веществ в выхлопе.
Трудности использования ДВС на водороде
Получение водородного (H2) топлива — трудоемкий процесс. Кроме того, транспортировка и хранение этого топлива также дороги.
Чтобы хранить водород в жидком состоянии, в контейнере должна поддерживаться постоянная очень низкая температура -253 C. Сам процесс получения воды прост: путем электролиза воды получается чистый водород.
Вывод
Мировой автопарк не будет обновляться в ближайшее время, а потому такие новинки будут многократно видоизменяться, улучшаться до тех пор, пока их стоимость и функционирование не станут доступными для основного населения стран.
Водородные двигатели на свои модели устанавливали такие марки:
- BMW — BMW 750i Hydrogen.
- Volkswagen.
- Тойота-Тойота Мирай.
- Дженерал Моторс.
- Даймлер.
- Хонда — Хонда FSX.
- Мазда и другие.
Видео
Ответ — изобретением экспериментальной версии водородного двигателя.
Водородный двигатель.
