Водородный двигатель для автомобиля принцип работы

Принцип работы водородного двигателя для автомобиля

Двигатель внутреннего сгорания уже давно является далеко не единственным силовым агрегатом, который устанавливается на автомобили: альтернативой ему в последнее время всё чаще становятся моторы, использующие в качестве движущей силы электричество, и водородные установки. Именно о последнем механизме и пойдет речь ниже.

Краткая история создания

Двигатель на водороде был создан в начале XIX века усилиями французского изобретателя. Спустя 35 лет в Англии был оформлен официальный патент на подобный агрегат, а в 1852 году немецкие инженеры доработали устройство, сделав возможной его работу на воздушно-водородной смеси.

Особое распространение моторы на водороде приобрели в годы ВОВ, когда бензин оказался в большом дефиците. Затем интерес к данному виду топлива поутих до топливного кризиса, случившегося в 70-е годы.

В последнее же время за развитие экологически безопасного топлива ратуют защитники природы и просто люди, неравнодушные к дальнейшей судьбе планеты и будущих поколений.

Принцип работы водородного двигателя

Функционирование двигателя на водородном топливе отличается от действия двигателя внутреннего сгорания, прежде всего, особенностями подачи и воспламенения смеси топлива, но принцип работы остаётся таким же.

Бензин горит медленно, а в случае с водородом время впрыска сдвигается к моменту возвращения поршня к крайнему положению, давление же может быть низким.

Водородный двигатель в идеальных условиях и вовсе способен работать без поступления воздуха: в камере сгорания останется после сжатия пар, который снова станет водой (это обеспечит радиатор). Однако на практике добиться этого сложно, т. к. на авто придётся устанавливать электролизер (специальное устройство, отделяющее водород от воды с целью осуществления реакции с кислородом).

Водородные топливные элементы

Эти устройства напоминают традиционные аккумуляторы с более высоким КПД, достигающим 45%.

В корпус помещается мембрана, проводящая исключительно протоны и разделяющая две камеры (анодную и катодную): в первую поступает водород, во вторую – кислород. Электроды покрываются катализатором (в его качестве часто применяют платину), при воздействии которого начинается процесс потери электронов водородом.

Протоны, проходящие в тот же период времени в катодную камеру, соединяются с приходящими извне электронами, что происходит опять же вследствие наличия катализатора.

Устройство водородного двигателя внутреннего сгорания

Такой движок практически ничем не отличается от пропанового агрегата, поэтому часто владельцы таких машин просто перенастраивают двигатели (но это и приводит к снижению КПД).

Как работает машина с водородным двигателем? В ней установлен генератор: внутри него протекает реакция окисления водорода, в конце которой получаются азот, пар и электрический ток (углекислый газ в продуктах распада отсутствует).

Автомобиль с таким силовым агрегатом можно сравнить с электрокаром, но с более компактным аккумулятором. На рабочий режим элемент выходит спустя пару минут после запуска, а вот на прогрев до рабочей температуры может уйти и час (на точное время влияет температура окружающей среды). Появляется вода, а электроны из анодной камеры попадают в электрическую цепь, подключенную к движку. Иными словами, получается ток, питающий автомобильный водородный двигатель.

Минусы водородного мотора

Водородные двигатели для автомобилей при всех плюсах не лишены недостатков:

1. Высокая стоимость, на которую влияют, во-первых, электрический генератор, во-вторых, необходимые для эксплуатации авто баки из углепластика.
2. Низкая энергетическая эффективность. У электромобиля КПД равняется 70%, у водородного топлива – 30%, если же водород получать из нефти, этот показатель увеличится примерно в 2 раза, но тогда появится углекислый газ.
3. Малое количество заправок. Если в Европе они хотя бы есть, то в России такие заправочные станции в принципе отсутствуют.
4. Необходимость периодической проверки баллонов, заправленных водородом, в целях безопасности.
5. Увеличение веса машины и, как следствие, ухудшение маневренности.

Безусловно, защита окружающей среды имеет огромное значение, но пока что автолюбители не готовы жертвовать собственным комфортом и деньгами ради экологии.

Устройство водородного двигателя

Одним из альтернативных моторов двигателям внутреннего сгорания, работающим на бензине и дизельном топливе является водородный двигатель. Пока есть топливо из «черного золота», альтернативные ДВС массово не усовершенствуются, но они являются перспективным вариантом на будущее.

1. Устройство водородного двигателя.
2. Водород как топливо.
3. Устройство и принцип работы.
4. Модификации — гибриды.
5. Эксплуатация водородного мотора.
6. Вывод.
7. Видео.

Водородный двигатель

Водородный транспорт — это такое транспортное средство, которое имеет в своей конструкции силовой агрегат, работающий на топливе водорода. Такие ТС могу быть или с ДВС, или с газотурбинным приводом, или водородными элементами.

Вопрос: можно ли использовать водород в обычном ДВС? Ответ: если доработать некоторые элементы, то да.

Но, при использовании в качестве топлива водород, вместо бензина, мощность мотора снизится до 65-82%. А, если немного доработать такой агрегат, например, изменить систему зажигания, то мощность возрастет до 117%. Обычные бензиновые ДВС без доработок плохо пригодны для работы на водороде, потому что, водород очень летуч, он может попадать в коллектор и там воспламеняться. Поэтому, наиболее подходящий мотор для работы на водороде — это роторный. В роторном двигателе расстояние между впускным и выпускным коллектором больше.

Плюсы и минусы водородного топлива

Работа агрегата на таком виде топлива имеет свои преимущества и недостатки.

К плюсам относятся:

• продуктом сгорания водорода является водяной пар, то есть нет загрязнения окружающей среде;
• из-за своих свойств, водород вступает в реакцию быстрее, чем бензин и солярка;
• из-за повышенной детонационной устойчивости можно увеличить степень сжатия в цилиндрах по сравнению с обычными ДВС;
• при сгорании водорода теплоотдача в 2,5 раза выше, чем при сгорании бензиново-воздушной смеси;
• довольно широкий диапазон вступления в реакцию. Чтобы водород (Н2) и кислород (О2) вступили в реакцию, достаточного всего лишь 4% водорода в этой смеси. Благодаря быстрой скорости взаимодействия этих веществ, можно настраивать режимы работы мотора, изменяя количество подачи вещества в цилиндр.

Минусы:

• как уже отмечалось выше, водород — это очень летучее вещество, поэтому он проникает в микрощели, зазоры между соприкасающимися деталями;
• сплавы обычного ДВС подвергаются разрушению, поэтому для увеличения износостойкости при контактировании с водородом, требуется использовать детали из сплавов повышенной прочности;
• водород разрушает обычное моторное масло, поэтому ресурс двигателя при использовании такого смазывающего вещества, не большой;
• требуется хранить водород в сжатом или жидком агрегатном состоянии. Если открыть крышку топливного бака, водород улетучится;
• взрывоопасность.

Именно по этим характеристикам водорода обычный дизельный или бензиновый ДВС не пригоден для работы на водороде.

Устройство и принцип работы

Главным отличием водородного двигателя от бензинового или дизельного в подаче топлива в агрегат и в способе возгорания смеси (водород+кислород).

Работа кривошипно-шатунного механизма (КШМ) такой же, как в обычном ДВС, но скорость движения и впрыска топлива отличается. Это связано с тем, что бензиновая или дизельная смесь воспламеняется дольше, поэтому горючая смесь подается в камеру сгорания намного раньше, чем поршень начнет подниматься в верхнюю мертвую точку (ВМТ). В то время как, водород должен подаваться в камеру сгорания когда поршень уже начинает движение в нижнюю мертвую точку (НМТ). Повышенного давления в топливной системе не требуется, достаточно давление в 4 атмосфер (0,4 МПа).

Модификации — гибриды

Схема водородного двигателя

Рассмотрим мотор, который сконструировал В.С. Кащеев.

По его разработки, двигатель кроме впускного клапана (6), через который подается воздух и выпускного клапана (7) для вывода выхлопных газов, в головке блока цилиндров (ГБЦ) есть специальный клапан для подачи водорода (9) и свечи зажигания (10), которые расположены в предкамере (8). Последняя располагается выше уровня поршня, когда он находится в нижней мертвой точке.

После того, как поршень достигнет НМТ (в камеру сгорания уже затянулся воздух через впускные клапана), подается водород и происходит воспламенение смеси. В это время уже открываются выпускные клапана. Так как разница давления в камере сгорания и за клапанами большая, при открытии выпускных клапанов, отработанные газы улетают и образуется вакуум и поршень притягивается в ВМТ и за счет импульса (обратно действующая сила) поршень перемещается обратно в НМТ.

Гибридный двигатель — это промежуточное звено между топливным мотором, работающем на продуктах нефти и на чистом водороде. Гибридные автомобили могут эксплуатироваться как на бензине/дизеле, так и на водороде.

Модифицированная топливная система

За основу берется обычный бензиновый двигатель. Топливо остается то же — бензин. Но, через впускной клапан подается воздух с водородом. Топливно-воздушная смесь такого состава повышает увеличить степень сжатия и уменьшить токсичность выхлопных вредных веществ.

Трудности использования ДВС на водороде

Получение водородного топлива (Н2) — это трудоемкий процесс. К тому же, перевозка и хранение такого топлива также стоит дорого. Чтобы хранить водород в жидком состоянии, в емкости должна поддерживаться постоянная очень низкая температура -253 С. Сам по себе процесс получения воды несложный, проводя электролиз воды, получается чистый водород.

Вывод

Еще не скоро обновится мировой парк машин и поэтому, такие новинки будут еще много раз модифицироваться, улучшаться пока их стоимость и эксплуатация не станут доступны основному населению стран.

Водородные двигатели на свои модели устанавливали такие марки:

1. БМВ — BMW 750i Hydrogen.
2. Фольксваген.
3. Тойота — Toyota Mirai.
4. Дженерал Моторс.
5. Даймлер.
6. Хонда — Honda FSX.
7. Мазда и другие.

Видео

Ответ по изобретению экспериментальному варианту водородного двигателя. Hydrogen engine.

Устройство водородного двигателя

После исчерпывания природных запасов нефти, людям придется полностью положиться на альтернативные виды получения энергии. Водородный двигатель, как замена ДВС, работающих на черном золоте, является одной из перспектив будущих десятилетий.

Силовые установки такого типа имеют больший КПД и меньшую степень токсичности выхлопных газов. Впрочем, главное преимущество моторов, работающих на водороде, – неограниченный запас сырья для производства топлива. Вода, именно она может стать основой топлива будущего.

Интерес к использованию водорода появился еще во время топливного кризиса 70-х годов, но первый водородный двигатель был изобретен только в начале XIX столетия. Действительное применение технология получила во время блокады Ленинграда, когда водородом заправляли лебедки аэростатов, транспорт.

Несмотря на очевидные преимущества, знания способов получения водорода и его использования для работы двигателя внутреннего сгорания, существует несколько значительных «но», замедляющих внедрение этой прогрессивной технологии.

Особенности водорода, как топлива для ДВС

• после сгорания остается только водяной пар;
• реакция происходит намного быстрей, чем в случаи с бензином либо дизелем;
• детонационная устойчивость позволяет повысить степень сжатия;
• благодаря своей летучести, водород способен проникать в самые малые полости, зазоры между деталями (лишь особые сплавы повышенной прочности способны переносить разрушительное воздействия водорода на структуру металла);
• теплоотдача сгорания водорода в 2,5 раза больше, чем у бензиновой смеси;
• широкий диапазон реакции. Минимальная пропорция водорода, достаточная для реакции с кислородом, составляет всего 4%. Такая особенность позволяет настраивать режимы работы двигателя, дозируя консистенцию смеси;
• хранение водорода осуществляется в сжатом или жидком агрегатном состоянии. При пробое бака, газ под давлением испаряется.

Ввиду перечисленных выше особенностей, использования водорода, как чистого топлива для ДВС, невозможно без внедрения изменений конструкции силового агрегата, а также навесного оборудования.

Устройство и принцип работы

Главное отличие двигателей на водороде от привычных нам сейчас бензиновых либо дизельных аналогов заключается в способе подачи и воспламенении рабочей смеси. Принцип преобразования возвратно-поступательных движений КШМ в полезную работу остается неизменным. Ввиду того что горение топлива на основе нефтепродуктов происходит медленно, камера сгорания наполняется топливно-воздушной смесью немного раньше момента поднятия поршня в свое крайнее верхнее положение (ВМТ). Молниеносная скорость реакции водорода позволяет сдвинуть время впрыска к моменту, когда поршень начинает свое возвратное движение к НМТ. При этом давление в топливной системе не обязано быть высоким (4 атм. достаточно).

В идеальных условиях водородный двигатель может иметь систему питания закрытого типа. Процесс смесеобразования происходит без участия атмосферного воздуха. После такта сжатия в камере сгорания остается вода в виде пара, который проходя через радиатор, конденсируется и превращается обратно в Н2О. Такой тип аппаратуры возможен в том случаи, если на автомобиле установлен электролизер, который отделит с полученной воды водород для повторной реакции с кислородом.

На практике такой тип системы осуществить пока что сложно. Для исправной работы и уменьшения силы трения в моторах используется масло, испарения которого являются частью отработанных газов. На современном этапе развития технологий устойчивая работа и беспроблемный запуск двигателя, работающего на гремучем газе, без использования атмосферного воздуха неосуществимы.

Гибридные модели и возможные модификации

Благодаря большому интересу к использованию водорода в качестве топлива для ДВС, гидродвигатели внутреннего сгорания имеют различные модификации и типы исполнения.

Схема устройства гибридного водородного двигателя

Мотор, разработанный В.С. Кащеевым, имеет иное устройство. Помимо впускного клапана (6) для подачи воздуха, выпускного для вывода выхлопных газов (7), ГБЦ имеет отдельный клапан для подачи водорода (9) и свечу зажигания (10), которые находятся в предкамере (8). Последняя расположена в ГБЦ выше уровня поршня в положении НМТ.

После преодоления поршнем НМТ в камеру сгорания подается и воспламеняется водород (предварительно поршень затягивает воздух через впускные клапаны). В это же самое время открываются выпускные клапаны. Из-за разницы атмосферного давления, отработанные газы устремляются в выпускной коллектор, создавая за собой вакуум, который перемещает поршень к ВМТ и за счет импульса обратно в крайнее нижнее положение. Как видим, принцип немного отличается, но суть остается неизменной.

Технология гибридных силовых установок – это промежуточная ступень между началом использования водорода в качестве топлива и полным отказом от использования нефтепродуктов. Автомобили с моторами такого типа могут передвигаться как на бензине, так и на водороде.

Еще более широкого распространения получило применение водорода в качестве компонента топливно-воздушной смеси. Для работы ДВС используется обычное топливо и небольшая часть гремучего газа. Это позволяет повысить степень сжатия, и уменьшить токсичность выхлопных газов.

Одним из возможных путей развития двигателей на водороде является применение силовых установок с топливными элементами. Во время химической реакции водорода и кислорода выделяется энергия, которая используется для питания электродвигателей автомобиля.

Трудности эксплуатации водородных ДВС

Главное препятствие на пути внедрения технологии – это стоимость получения водорода (Н2), а также комплектующих для его хранения и транспортировки. К примеру, для сохранения сжиженного состояния нужно поддерживать стабильную температуру -253º С. Наиболее доступный способ получения Н2 – это электролиз воды. Промышленное снабжение водородом требует больших энергетических затрат. Рентабельным этот процесс сможет сделать ядерная энергетика, которой также пытаются найти рациональную альтернативу. Транспортировка и хранение газа требуют использования дорогостоящих материалов и высококачественных механизмов. К другим недостаткам водородного топлива можно отнести:

• взрывоопасность. В замкнутом пространстве достаточная для реакции концентрация гремучего газа может спровоцировать взрыв. Усугубить ситуацию способна высокая температура воздуха. Из-за высокой степени диффузности водорода существует риск попадания Н2 в выхлопной коллектор, где реакция с горячими выхлопными газами приведет к возгоранию смеси. Роторный двигатель, ввиду особенностей компоновки, является более предпочтительным для водородного автомобиля;
• для хранения водорода требуется емкость большого объема, а также специальные системы, препятствующие улетучиванию Н2 и обеспечивающие защиту от механических деформаций. Если для автобусов, грузовиков либо водного транспорта такая особенность не играет большой роли, то легковые автомобили теряют ценные кубометры багажного отделения;
• в режимах высокотемпературных нагрузок водород способен провоцировать разрушительное воздействие на детали цилиндропоршневой группы и моторное масло. Применение соответствующих сплавов и смазочных материалов ведет к удорожанию производства и эксплуатации двигателей, работающих на водороде.

Перспективы развития

Автомобилестроение – далеко не единственная область, где могут применяться водородные двигатели. Водный, железнодорожный транспорт, авиация, а также различная вспомогательная спецтехника могут использовать силовые установки подобного типа.

Интерес к внедрению технологии водородных двигателей проявляют как дочерние предприятия, так и крупные автоконцерны (BMW, Volskwagen, Toyota, GM, Daimler AG и прочие). Уже сейчас на дорогах можно встретить не только опытные образцы, но и полноценные представители модельного ряда, приводимые в движение с помощью водорода. BMW 750i Hydrogen, Honda FSX, Toyota Mirai и многие другие модели отлично зарекомендовали себя во время дорожных испытаний. К сожалению, высокая стоимость водорода, отсутствие инфраструктуры заправочных станций, а также достаточного количества квалифицированных сотрудников, оборудования для ремонта и обслуживания не позволяют запустить такие автомобили в массовое производство. Оптимизация всего цикла использования гремучего газа являются первоначальной задачей области развития водородной энергетики.

Водородный двигатель – 70 лет назад…

Водород – удобное топливо для систем постоянного и/или резервного жизнеобеспечения удаленных, автономных поселений, расположенных в самых суровых климатических условиях. Это топливо, запасы которого неисчерпаемы, оно не требует доставки к месту использования. А значит, оно повышает комфорт, автономность и безопасность систем жизнеобеспечения.

Далее будут цитировать Владимира Михайловича Ратнера – инженера и ученого, чья жизнь была удивительно насыщенной. Война, работа на крайнем севере, затем – в программах создания ракетных и космических систем. Его последняя должность – помощник директора ИКИ, института космических исследований.

В пятидесятые годы прошлого века он работал в Главном управлении полярных станций на должности главного механика Челюскинского арктического района и полярной станции «Мыс Челюскин».

Полярная станция “Мыс Челюскин”

В этом статусе принимал участие в «полевом» тестировании водорода как топлива для дизеля. Суть программы – проверить возможность работы в условиях экстремально низких арктических температур.

Снова хочется указать на специфику подхода советских инженеров и управленцев к теме водорода:

– использовать в генераторах, где режимы работы самые стабильные;

– тестировать сразу автономный комплекс – генерация первичного электричества, получение водорода из морской воды, подача топлива в дизель.

И грустно, и смешно, считает эксперт журнала Auto3N: то, что сейчас подают как «новое видение» прогрессивных поборников зеленой энергетики и ноу-хау XXI века, было рутинно опробовано «впрок» семьдесят лет назад – нами.

Первичная генерация. За этот этап отвечал большой ветряной двигатель ВД-18. Он должен был обеспечивать током электролизёр, куда предполагалось заливать обычную морскую воду для разложения на кислород и водород.

Электролиз. Использовался штучный прибор, собранный под проект, данных о его параметрах найти не удалось. Однако известно, что главной проблемой на этом этапе стало обеспечение герметичности: магистрали подачи водорода варили на месте, качество швов было посредственным, герметизация потребовала немалых усилий.

В отчетах указано, что кислороду на тот момент не нашли применения и его после электролиза просто стравливали в атмосферу.

Дизель-генератор. Штатный, такой был буквально на каждой полярной станции. Для теста был доставлен с «большой земли» новый образец.

Конечно, это был не первый тест водорода в качестве топлива. Большое число испытаний проводилось в Германии еще в военный период. В Советском Союзе аналогичными работами занимался один из Харьковских институтов. Но то были лабораторные тесты. Здесь же провели полноценные испытания в условиях Арктики.

Итак, в феврале 1952 года начались пусконаладочные работы.

Ветряк прекрасно выполнил свою часть работы, то есть выработал первичную электроэнергию.

Электролизер тоже отработал штатно – после обеспечения герметичности магистралей.

Дизель-генератор до начала тестов был пробно запущен на природном газе (как будто инженеры внимательно прочли «методичку» из будущего по перспективным видам экологичного топлива!).

На газу генератор штатно работал четыре часа. Затем было решено начать тест с водородом.

15 февраля 1952 года.

Дальше – цитата из воспоминаний В. М. Ратнера: «Дизель-генератор был запущен и проработал почти час. На 47 минуте горение водорода вошло в неуправляемую фазу. Произошёл взрыв головок цилиндров дизель-генератора. Никто не пострадал. Более того – ветродвигатель вообще остался цел и проработал после вплоть до 1956 года.

Можно по-разному оценивать результат нашей работы. Кто-то скажет полный провал, другие – они сделали первый шаг в неизведанное. Вторая оценка, вероятно, точнее. Поскольку идея использования водорода не умерла, а лишь отступила на время».

В 1952 году для успеха не хватило систем контроля и мгновенной подстройки режимов горения. То есть, проще говоря, набора датчиков и комплекса электронного управления впрыском. Однако даже так штатный дизель почти час «держался».

Водородный двигатель: принцип работы и устройство

Интересное

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