Avtoargon.ru

АвтоАргон
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вода — топливо будущего

Вода — топливо будущего

1.Вода — топливо для ракет

Вода — плотная субстанция, ее не нужно хранить под давлением, поэтому все давно думают о том, как использовать воду. Когда человечество начнет использовать ресурсы, которые добываются за пределами Земли, вода станет первым из таких ресурсов. Вода обнаружена на Луне, на околоземных астероидах, на Марсе. Все смотрят в долгосрочном плане, как использовать воду в качестве ракетного топлива.
Сейчас наши космические путешествия, вероятно, в значительной степени будут зависеть от ракет на том топливе, которое распространено сейчас. Они работают за счет сжигания газа в задней части аппарата и за счет этого, благодаря законам физики, толкаются вперед.
Первое опасение вызывает безопасность. Упаковка энергии в малом объеме и массе в форме топлива означает, что даже малейшая проблема приведет к катастрофическим последствиям вроде того, что мы видели с недавним взрывом ракеты SpaceX. Вывод спутников на орбиту с любой формой нестабильного топлива на борту может означать катастрофу для дорогостоящего оборудования, а может и для человеческой жизни, что еще хуже.
Вода может помочь нам обойти эту проблему, поскольку является по сути переносчиком энергии, а не топливом. Планируется использовать, а скорее использовать электричество от солнечных батарей для разделения воды на водород и кислород и использования их в качестве топлива. Эти два газа соединяются и становятся гремучей смесью, позволяя реализовать энергию, затраченную на расщепление воды. Сжигание этих газов можно использовать для движения спутника вперед, его разгона или изменения положения на орбите в зависимости от пункта назначения.
Солнечные батареи весьма надежны и не имеют движущихся частей, поэтому идеально подходят для функционирования в условиях микрогравитации и в экстремальных условиях космоса, чтобы производить ток из солнечного света. Традиционно эта энергия аккумулируется в батареях, но ученые хотят использовать ее для расщепления воды на борту.
Предлагаемый процесс — известный как электролиз — включает пропускание тока через воду, как правило, содержащую немного растворимого электролита. Ток разбивает воду на кислород и водород, выделяющиеся отдельно на двух электродах — на аноде и катоде. На Земле гравитация затем разделяет эти газы, и их можно использовать. Но в условиях невесомости, на спутнике потребуются центробежные силы от вращения для разделения газов из раствора.
Электролиз уже использовали в космосе раньше, чтобы обеспечить кислородом пилотируемые космические миссии и не забирать наверх кислородные резервуары под высоким давлением, например, на Международной космической станции. Но вместо того, чтобы отправлять воду в космос в виде груза на ракете, мы могли бы просто однажды добывать ее на Луне или на астероидах. Если новый подход использования водорода и кислорода для спутникового топлива окажется успешным, мы могли бы получить его готовый источник в космосе. Такой подход можно было бы применить к энергоснабжению космических аппаратов будущего.
Как это часто бывает, разработки в области космических технологий рождают идеи, которые можно применить и на Земле, особенно в решении существенных энергетических проблем. Электричество действительно сложно хранить, а по мере увеличения спроса на электроэнергию мы нуждаемся в прорывах. Ветер и солнечные фермы — не самые эффективные формы возобновляемой энергии, не из-за проблем с выработкой энергии, а из-за того, что мы зачастую не можем сделать ничего полезного с этой энергией. Электросети не справляются в периоды высокой выработки и низкого спроса на энергию.
Возможно, нам поможет использование излишков электроэнергии для расщепления воды на водород и кислород.
Предлагаемый процесс — известный как электролиз — включает пропускание тока через воду, как правило, содержащую немного растворимого электролита. Ток разбивает воду на кислород и водород, которые выделяются отдельно на двух электродах — на аноде и катоде. На Земле гравитация затем разделяет эти газы, и их можно использовать. Но в условиях невесомости, на спутнике потребуются центробежные силы от вращения для разделения газов из раствора.
Можно использовать воду как топливо напрямую — не разлагать на водород и кислород. Двигатель — это такая небольшая микроволновая печка размером с банку из-под кофе. Создаем микроволновое излучение, используя солнечную энергию, солнечные панели. В этой маленькой микроволновой печке нагревается вода (точнее, водяной пар) до температуры выше поверхности солнца. А дальше этот перегретый газ или слабо ионизированная плазма выбрасывается из сопла и создает тягу.
Поскольку мы можем нагреть пар до гораздо более высокой температуры, чем это делается в химическом двигателе, то технология позволяет использовать гораздо меньшее по массе топливо, чем используют классические двигатели. Но тяга этих двигателей не очень большая — мы не можем полететь с Земли, но можем перемещаться в космосе, где невесомость.

2.Вода — топливо для машин

Попытки использовать воду в качестве источника энергии делались давно. Можно разложить воду на водород и кислород путем электролиза, и затем применять водород в качестве горючего, а кислород — окислителя. Загвоздка в том, что разложение воды на составные части требует энергетических затрат, больших, нежели воссоединение водорода и кислорода: КПД любой системы меньше ста процентов. Управляемая термоядерная реакция в начале сороковых годов существовала лишь в умах физиков-теоретиков

Бензиновый двигатель был изобретен очень давно, но используется в наше время. Люди всегда хотели, чтобы двигатель был мощным и экономичным. Было придумано много различных вариантов. Но не все используются в современном мире.
Здесь будет рассмотрена подача газа в двигатель. Этот газ называют по-разному: газ Брауна, гидроген, водяной газ. Он делается на основе воды. Главное преимущество системы Брауна – улучшение экологии окружающей среды.
Бензин экономится из-за его лучшего горения. Часто только около 15% энергии бензина, превращается в механическую энергию в двигателе внутреннего сгорания. Если двигатель дополнить газом Брауна, то это приведет к тому, что топливо будет лучше сгорать, а доступная энергия из бензина преобразуется в механическую. И это не нарушает законов термодинамики.
Когда газ сгорает, получается сухой водяной пар. Он служит для того, чтобы очистить клапанно-поршневую группу от нагара, улучшить теплообмен между клапаном и седлом. В результате этого ресурс двигателя увеличивается. Из-за того, что расход топлива уменьшается, увеличивается пробег топливных форсунок, межсервисный пробег увеличивается, а также загрязнение масла уменьшается.
Один литр воды становиться шире на 1866 литра горючего газа. 30-40 часов можно проехать на каждом литре.
Чтобы в домашних условиях разложить воду на газ нужны: катализатор, дистиллированная вода, электричество, электроды.
Способов сделать автомобиль на воде своими руками множество. Но мы остановимся на одной, более простой конструкции.
Чтобы собрать генератор Брауна надо взять оргстекло 5 мл, 20 метров проволоки из нержавейки (марка 316), трубку из винила диаметром 4мл и шесть банок объемом 700 мл. Катализатором можно сделать КаОН или NaOH (резиновые перчатки используйте обязательно, так как эти вещества являются щелочью).
Можно использовать только одну банку, вместо шести, но обязательно учитывать следующие правила:
-надо, чтобы получилось строго определенное количество газа. Например, вам понадобиться 0,7-1,5 литра газа в минуту при условии, что у вас двигатель 1,5 л;
-температура электролита и количество газа сильно зависит от напряжения на электродах. Электролит может нагреться до 60 градусов уже через два часа при 12В питания. Это будет много, поэтому лучше подать 6В, а не 12В. Чтобы это сделать, нужно включить две банки одну за другой. Но тогда упадет количество производимого газа. Надо взять больше банок – лучше шесть (все параллельно и две последовательно).
Дальше все очень легко – надо вырезать пластинки и соединить их крест накрест. Потом обмотать их проволокой (2 электрода) и закрепить к крышке. На крышке нужно обязательно сделать штуцер, чтобы газ выходил и специальные болты, чтобы провода крепились к электродам. Электроды должны быть не замкнуты между собой, а крышка сидеть герметично при закрытии банки.
В банки нужно залить приблизительно пол-литра дистиллированной воды, предварительно добавив половину чайной ложки КаОН. Получается, что 6 банок должны потреблять ток примерно 6А при правильном соединении. Эта система должна работать на любом автомобиле
Так что же скрывается за водяными автомобилями? Дело в том, что в качестве топлива используется не вода, а водяные растворы солей. Если немного упростить, то двигатель работает на соленой воде. Что такое соленая вода? Это электролит, как в обычных батарейках. А из электролита извлечь энергию проще, чем из воды.

Читать еще:  Peugeot 307 какое масло лить в двигатель

Фактически двигатель на соленой воде, еще используется название «потоковая батарея», работает по тому же принципу, что и топленный элемент использующий водород (есть еще топливные элементы использующие метанол, щелочи или кислоты).

Упрощенная модель выглядит так. Соляной раствор протекает через мембрану, где раствор вступает в реакцию окисления, производя отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные, создавая при этом электрический ток. То есть имеем батарейку в которой соляной раствор не замкнут внутри оболочки и таким образом, залить в бак такого топлива можно столько, сколько позволит сам бак. Как и в случае с другими типами топливных элементов, в этом используется два типа жидкости, то есть заправлять придется 2 отдельных бака.

Один раствор нужен для реакции окисления, другой, для реакции восстановления. Таким образом, вся система представляет собой скорее аккумулятор, так как может быть перезаряжена, ну на худой конец жидкость в баки можно залить совсем новую.

Самое интересное, что история топливных элементов сама по себе не нова. Принцип был открыт еще в 19-м веке, а первые работающие топливные элементы появились в 50-60-х годах двадцатого. Многие из них даже использовались для питания оборудования на космических аппаратах.

КПД топливных элементов и двигателей на их основе выше, чем у двигателей внутреннего сгорания, ведь превращение химической энергии в электрическую идет без сгорания топлива, а движущихся частей (на трение в которых расходуется энергия) в такой системе очень мало.

В отличие от водородных топливных элементов, вариант машины использующей растворы солей выглядит более перспективным, так как химическая промышленность и инфраструктура более готова к производству соляных растворов, чем к производству водорода.

Но если вы вообще не намерены ждать, то в интернете вы можете купить машинку игрушку, которая ездит на растворе обычной столовой соли всего за пару долларов. Так сказать для «знакомства с технологией».

3.Вода — топливо для самодельщиков

Рикардо Азеведо, простой госслужащий из Бразилии, в свободное от основной работы время занимался проектированием в собственном гараже мотоцикла, использующего в качестве топлива водород.
За основу им был взят обычный мотоцикл Honda, на который была установлена автомобильная батарея. Благодаря электричеству, запустился процесс электролиза, в ходе которого из молекулы воды был выделен водород. Естественным окончанием данной реакции является сгорание, в результате чего вырабатывается энергия, необходимая для движения транспортного средства. Со слов изобретателя, в ходе расщепления воды водорода образуется больше, чем кислорода, что и даёт возможность использовать его в качестве топлива.

Устройство с помощью которого передвигается мотоцикл получила название Moto Power H2O. С момента первого выезда на дорогу прошло чуть более полугода. После длительных испытаний автор проекта уверен, что в случае массового производства его разработка может оказать значительное влияние на уменьшение уровня загрязнения окружающей среды, так как вместо вредных веществ из выхлопной трубы транспортного средства выводится водяной пар. Как заявил Азеведо, 1 литра воды мотоциклу достаточно для преодоления расстояния в 500 км.
В ходе тестов было установлено, что тип воды для двигателя не важен: она может быть как обычной питьевой, так и дистиллированной или даже загрязненной, взятой из реки или озера.

Текст составлен из статей, взятых из Интернета.

Впрыск воды в двигатель автомобиля

Многие водители хотят повысить мощность своего двигателя без серьезных вмешательств в его конструкцию. Одним из вариантов повышения мощности является чипирование электронного блока управления, но такой тюнинг возможен не на всех силовых агрегатов. Еще одним распространенным способом повышения крутящего момента двигателя является впрыск воды в топливовоздушную смесь. Внести конструктивные правки в двигатель, чтобы обеспечить работу подобной системы, можно самостоятельно без особых проблем. Рассмотрим в рамках данной статьи как это сделать, а также, какие преимущества и недостатки имеются у подобного решения.

Что дает впрыск воды в двигатель

Система впрыска воды в двигатель перекочевала в автомобильную промышленность из авиастроения. В середине 20 века в американских и немецких авиационных моторах для повышения мощности использовалась система впрыска в рабочую смесь воды в сочетании с метанолом. Ближе к началу 21 века данную систему начали активно использоваться в автомобильных двигателях внутреннего сгорания на гоночных болидах.

Система впрыска воды в двигатель предполагает, что вода будет поступать во впускной коллектор через отдельную форсунку. То есть, топливовоздушная рабочая смесь, которая поступает в цилиндры, будет состоять не из бензина и воздуха, а из бензина, воздуха и воды.

Добавление воды в топливовоздушную смесь снижает ее температуру и повышает ее вес. Тем самым рабочая жидкость более тяжелая поступает в цилиндр и лучше сжимается перед процессом подачи искры и воспламенением. Это повышает мощность двигателя, при этом снижая вероятность детонации топлива, а также уменьшая температуру в камере сгорания и количество токсичных веществ в выхлопе.

Но есть у системы впрыска воды в двигатель и недостатки, о которых также стоит знать перед ее установкой:

  • Неравномерное распределение воды по цилиндрам. Это приводит сразу к ряду недостатков, например, снижению скорости разгона автомобиля и нестабильной работе мотора при полностью открытой дроссельной заслонке. Когда частота вращения коленчатого вала низкая, двигатель может “тупить”;
  • Использование дистиллированной воды. Система впрыска воды в двигатель не будет показывать эффективность, если использовать обычную воду. Для нее придется приобретать дистиллированную воду, это позволит избежать образования лишних нагаров от примесей в двигателе автомобиля;
  • Трудности при работе в зимнее время года. Зимой вода замерзает, поэтому данную систему не рекомендуется использовать при низкой температуре окружающей среды. При незначительном похолодании в воду можно добавлять спирт для предотвращения замерзания, но в сильные холода систему придется полностью отключить.

Впрыск воды в двигатель своими руками

Систему впрыска воды в двигатель можно реализовать как на карбюраторном, так и на инжекторном двигателе. Проще всего это сделать, если приобрести готовые наборы для установки системы, после чего их внедрить. Главный минус такого метода — высокая цена. Стоимость комплекта для создания системы впрыска воды в двигатель начинается от 150 тысяч рублей, а с установкой цена получается еще выше.

В комплект для создания системы впрыска воды в двигатель входят: емкость для воды, форсунки, устройство для дозирования точного количества воды, трубки, шланги, насос, крепежные и другие элементы, необходимые для установки.

Можно реализовать впрыск воды в двигатель своими руками с минимальными затратами. В зависимости от типа двигателя немного будет меняться способ реализации тюнинга.

В качестве бачка для залива воды рассматриваемой системы можно использовать обычный бачок омывателя лобового стекла, установив второй под капотом. В данном случае форсунка с соплом для распыления устанавливается во впускной коллектор за инжектором или карбюратором. В салоне устанавливается электронасос на 12 В, который подает воду на форсунку.

Читать еще:  Что такое перегрев двигателя на авто

Стоит отметить, что проще систему можно реализовать на карбюраторном моторе. Здесь можно исключить форсунку, используя подручные инструменты. На выходе из насоса можно установить обычную игру от медицинского шприца. Иглой делается прокол в резиновой трубке регулятора опережения зажигания, после чего она крепится в таком положении, например, при помощи герметика.

Обратите внимание: Все необходимые для реализации системы подачи воды элементы можно соединить при помощи обычных медицинских трубочек от капельницы.

Главная сложность создания системы впрыска воды в двигатель своими руками выражается в правильной настройке электронасоса. Нужно его настроить таким образом, чтобы подавалась дистиллированная вода в пропорции около 1 к 10, по отношению к подаваемому воздуху.

Важно: Неправильная настройка системы может привести к подаче большого количества воды в цилиндры, из-за чего случится гидроудар двигателя.

Советы по использованию системы впрыска воды в двигатель

Как правило, самостоятельно установленная система подразумевает, что водитель в ручном режиме контролирует подачу воды в рабочую смесь, используя переключатель для подкачки в салоне. Тем самым можно на повышенных оборотах двигателя добиться увеличения мощности мотора.

На атмосферных автомобильных двигателях система впрыска воды не даст большого прироста в мощности, а только позволит снизить вероятность детонации. Тогда как на турбированных моторах, если установить впрыск воды в турбокомпрессор, можно добиться значительного понижения температуры рабочей смеси, что придет к повышению мощности.

Если хочется добиться большей эффективности от системы впрыска воды в двигатель, лучше заливать не чистую дистиллированную воду, а смесь из воды и спирта (50 на 50). Такая смесь позволит более значительно повысить крутящий момент.

Вода как топливо для двигателя автомобиля

Водород практически не встречается в природе в чистой форме, поэтому первая проблема, которая стоит перед одним из видов топлива будущего — получение.

Вопреки распространенному стереотипу электролиз (химический процесс, возникающий при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита и приводящий к выделению на электродах его составляющих веществ) не единственный метод производства водорода, хотя именно его предлагают применять в бытовых электролитерах.

Об использовании водорода на службе автомобиля и начальную информацию о методах получения водорода читайте далее.

Как получают водород для использования в качестве топлива для автомобиля

Водород можно получать паровой конверсией — выделением чистой его формы из летучих углеводородов, чаще всего для этого используют метан, данный способ является наиболее дешевым.

Газификация угля также дает свои «водородные плоды» за счет преобразования твердого и жидкого топлива в горючие газы.

За производство водорода посредством термического разложения воды (пиролиза) ратуют британцы, мотивируя это тем, что сырьем в подобном случае может являться обычный мусор.

Еще одними из способов добывания водорода являются частичное окисление и группа биотехнологических методов.

Последние используют явление выделения водорода микроорганизмами (например, некоторыми водорослями при недостатке кислорода и серы), либо разложение воды с участием все тех же микроорганизмов. Благодаря использованию катализаторов эффективность последнего метода можно увеличить на треть.

Как хранят добытый для использования в автомобилях водород

Следующий задачей для водородной энергетики является процесс хранения водорода, оно возможно в трех формах: в виде сжатого газа, в сжиженном или адсорбированном состоянии, когда газ удерживается в поглотившем его веществе.

Так или иначе в каждом из этих случаев приходится решать определенную проблему: сжатый газ, несмотря на свою плотность, все-таки занимает немало места, жидкий — требует низких температур, а в случае третьей формы — это поиск подходящего материала для удержания летучего топлива, обладающего высокими поглощающими свойствами и подходящими условиями аккумуляции газа (в основе своей это углеродные наноструктуры с различными вариациями).

Заправка автомобиля водородным топливом

Следующий этап в транспортировке водорода к конечному пользователю — заправка. Различают мобильные, стационарные и домашние заправочные системы. В основном в них используется газообразный водород, хотя есть и станции, работающие с жидким топливом. В данном случае все зависит от автомобиля. Например, BMW Hydrogen 7 потребляет наряду с бензином жидкий водород, а вот его конкурент от General Motors — Opel Zafira Hydrogen 3 использует 2 бака под сжатый и сжиженный газы.

Проблемы продвижения водорода как топлива

Вообще заправочная инфраструктура — один из камней преткновения для водородной отрасли: чтобы автомобили на водороде стали популярны, для них нужна обслуживающая система, а чтобы создать эту систему, необходимо достаточное количество ее пользователей.

Что в конечном итоге сдвинет с мертвой точки решение этой проблемы — покажет время, но как и всегда вся надежда возлагается на науку, хотя здесь уже возникнет другая дилемма: наука нуждается в финансировании, а инвесторам в свою очередь нужна гарантия результативности и востребованности открытий.

Преимущества и плюсы водорода как топлива для продавцов

Из привлекательных факторов водородной инфраструктуры можно выделить время заправки автомобиля — оно составляет обыкновенно 3-5 минут (1 кг топлива по данным американских ученых необходим для 96 км пробега).

Также определенно стоит подчеркнуть, что на первых порах малые и средние заправки могли бы совмещать в себе функции производства, хранения и передачи топлива потребителю, тем самым исключив расходы на транспортировку. Однако чем больше водородных автомобилей будет появляться, тем большие размеры заправочных станций будут востребованы.

Особенности потребления водородного топлива

Наконец, пришло время поговорить об особенностях потребления водородного топлива.

Во-первых, на радость борцам за экологию снижается выброс углекислого газа и вредных продуктов сгорания в атмосферу, здесь необходимо сделать ремарку о том, что данное положительное явление может нивелироваться, если для производства самого водорода будут использоваться грязные источники энергии, так что как ни крути, а водородное дитя требует более нежного обращения, если люди хотят, чтобы из него кое-что получилось в будущем.

Во-вторых, с использованием водорода экономики стран могут стать менее зависимыми от роста цен на энергоносители.

В-третьих, КПД водородного двигателя составляет 45%, что больше, чем у его дизельного аналога. Хотя мощность первого меньше, чем у второго на 20-30%, кроме того, водород может существенно увеличить износ деталей двигателя за счет вступления в реакции с материалами, из которых они изготовлены.

Безопасность водорода как топлива для автомобиля

Далее, не следует пренебрегать вопросом безопасности — водород летуч и легко воспламеняем: закрытое пространство автомобиля может заполниться опасным газом, а уже одно то, что смесь водорода и воздуха является взрывоопасной, способно напрочь оттолкнуть от его использования. Однако не следует слишком критично относиться к этим замечаниям, все знают, насколько опасны АЭС при возникновении проблем в их эксплуатации, и тем не менее они считаются самыми чистыми производителями электроэнергии.

Кроме того, не обязательно вообще кардинально менять автомобиль и вид топлива, сегодня уже есть возможность использовать гибридный транспорт, в котором, например, используется смесь водорода и дизельного топлива, что с одной стороны сокращает его расход, а с другой — уменьшает количество вредных выбросов в атмосферу.

Также никто не запрещает использовать водород в других транспортных системах, скажем, железнодорожной и морской: здесь не так важна компактность топливных емкостей, а в случае применения водорода в качестве топлива, например, для подводных лодок, они приобретают существенный козырь — практически полное отсутствие шумов.

Вывод о водороде как о топливе для автомобиля

Водородной отрасли нужно дать время развиться, хотя сегодня оно как никогда напоминает ускользающий через пальцы песок, потому как уже появляются автомобили на гибридных электро-дизельных или электро-азотных двигателях, а также работающие на сжатом воздухе. Конкуренция на рынке энергоносителей крайне высока и вряд ли уменьшится в ближайшее время.

Читать еще:  Газ 3309 с двигателем д 245 не заводится

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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector