Перспективы развития автомобильных двигателей работающих на водороде (стр. 3 из 4)
Рисунок 2.2.1. Схема силовой установки, реализующая способ Колбенева.
Силовая установка (рис. 2.2.1.) с двигателем 1 содержит газогенератор 2, снабженный входами 3 и 4 выходами 5 и 6. Первый вход 3 газогенератора 2 через насос 7 подачи энергоносителя подключен к резервуару 8 с энергоносителем в виде мелкодисперсного порошка. Бак 9 с водой соединен через нагнетатель 10 со вторым входом газогенератора 2 и дополнительно подключен к первому выходу 5 газогенератора 2 и отстойнику 11. Первый выход 5 газогенератора 2 и отстойнику 11. Первый выход 5 газогенератора 2 при помощи механизма 12 принудительного удаления шлака связан с отстойником 11. Второй выход 6 газогенератора 2 соединен с двигателем 1 через конденсатор 13, регулятор 14 и насос 15 подачи парогаза. Выхлопная труба 16 двигателя 1 соединена с отстойником 11 через кран 17. В качестве энергоносителя, заполняющего резервуар 8, используют сплав, включающий 96-75% алюминия; 0,5-5,0% галлия, 0,5-5,0% индия; олово, кадмий, сурьма, висмут и магний - остальное.
Пуск двигателя 1 осуществляется на углеводородном топливе, водороде или смеси водорода и углеводородного топлива. С помощью нагнетателя 10 вода направляется из бака 9 через вход 4 в газогенератор 2 для выработки водорода и разжижения шлака в механизме 12 принудительного его удаления в отстойник 11. Одновременно с этим из резервуара 8 энергоноситель с помощью насоса 7 поступает на вход 8 газогенератора 2, где происходит перемешивание и дробление на струи энергоносителя и воды, образование пароводородной смеси и шлака. Из выхода 6 газогенератора 2 водяной пар, водород и воздух, пропускаемый через энергоноситель, заполняющий резервуар 8, проходит через конденсатор 13, где пароводород превращается в водород с заданным содержанием влаги и воду, которая возвращается в бак 9. Для регулирования соотношения масс водяного пара и водорода в пароводородной смеси меняют "время-сечение" электромагнитного клапана регулятора 14 и пропускают частично или полностью пароводородную смесь через конденсатор 13. Воздух, проходя через резервуар 8, нагревается теплом газогенератора, ликвидирует брикетирование энергоносителя и уменьшает трение его частиц, и поступает в двигатель 1 через насос 15 подачи парогаза.
Глава 3 Первые автомобиля с водородным двигателем
3.1. Автомобиль ВАЗ 2131
АВТОВАЗ, будучи крупнейшим отечественным автопроизводителем, не остается в стороне от мировых тенденций. В этом году на пятый Московском международном автосалоне ВАЗ представил принципиально новую разработку электромобиля на топливных элементах, концепт, затрагивающий не внешнюю сторону, а меняющий саму суть автомобиля в будущем.
Рисунок. 3.1.1. Автомобиль ВАЗ 2131
На автомобиле находятся баллоны с водородом и кислородом. В специальном электрохимическом генераторе между водородом и кислородом происходит химическая реакция при температуре около 100 градусов, в результате чего производится электричество, а в качестве "выхлопа" образуется вода. Вот основной принцип энергоустановки. Водород, определяющий пробег автомобиля, находится под давлением 290 атмосфер, и машина может пройти 250 километров. Весь этот комплекс установлен на электромобиль, созданный на базе ВАЗ-2131(рис. 3.1.1.) несколько лет назад. Впервые у нас в стране такой генератор был создан для космических целей, в частности для "лунной" программы и для "Бурана". Разработка энергоустановки велась совместно с Уральским электрохимическим комбинатом и Ракетно-космической корпорацией "Энергия" г. Королев. Нужно заметить, что двигатель внутреннего сгорания имеет коэффициент полезного действия около 30 процентов, а новая энергоустановка на топливных элементах - в два раза больше. То есть если перевести на любое условное топливо, то получается, что эта энергоустановка абсолютно экологически чистая и тратит в два раза меньше топлива и Не опаснее, чем содержание паров бензина с воздухом. Когда впервые появились автомобили на бензине, тоже боялись, что машины начнут взрываться. Но этого не происходит. Конечно, в дальнейшем будут переходить с кислорода на воздух.
Рисунок 3.1.2. Автомобиль на топливных элементах
Здесь тоже свои трудности: кислорода в воздухе содержится всего 20 процентов, и чтобы получить такой же эффект как при чистом кислороде, нужно в пять раз больше воздуха. В таком случае потребуется ставить компрессор, который будет закачивать воздух в энергоустановку. Но даже если перейти с кислорода на воздух и оставить один чистый водород на борту автомобиля, возникает другой вопрос. Где взять водород для заправки? По всей видимости, первое время придется устанавливать прямо на борту такой генератор, который будет вырабатывать водород из бензина (рис 3.1.2.).
3.2. Автомобиль ВМW-745Н
О том, как близко водородные машины приблизились к реальной жизни, можно судить по BMW 745h (рис. 3.2.1.). Буква h - это химический знак водорода. BMW 745h оснащается восьмицилиндровым двигателем на водороде. Как и предшественник, 745hL, он может работать как на бензине, так и на водороде. Двигатель объемом 4,4 литра развивает 135 кВт (184 л.с.), максимальная скорость равна 215 км/ч. Запаса водородного топлива хватает для преодоления 300 километров, если добавить к этому 650 километров, которые можно проехать, заправив полный бак бензина, получаем почти 1000 километров - очень приличную цифру. Компания BMW представила новый экспериментальный седан 750hL с двигателем на водородном топливе.
Рисунок 3.2.1. Автомобиль ВМW-750НL
Таким топливом (водород+кислород) обычно заправляют ракеты. Разработчиков привлекла экологичность двигателя - он выделяет только водяной пар. Машина была продемонстрирована в Лос-Анджелесе - одном из самых задымленных городов США. По мнению специалистов, удалось сделать важный шаг к переходу на "безбензиновые" двигатели. Компания BMW будет продолжать тестирование новых автомобилей в своем исследовательском центре в Калифорнии. Двигатели на водороде не только экологичны, но и очень экономичны. На модели 750hL установлен 12-цилиндровый двигатель, разгоняющий машину до 141 миль в час. Жидкий водород закачивается в специальный бак и позволяет автомобилю проехать без дозаправки около 200 миль. Между тем, некоторые эксперты скептически относятся к оснащению автомобиля таким взрывоопасным дополнением. К тому же, на сегодня нет дешевой и надежной технологии производства водорода, что повлияет на потребительскую привлекательность машины.
Как сообщается, в серийное производство машина пойдет только лет через десять, но BMW надеется запустить модели серии 7 на водородном топливе раньше. Основной задачей считается создание необходимой инфраструктуры и изобретения надежного способа хранения такого топлива "на борту".
Сжиженный водород хранится на автомобиле в криогенном баке.
Построена водородная заправка. Особенностью этой машины является вспрыск чистого водорода под давлением в 300 атмосфер прямо в цилиндр двигателя.
В Германии мелкосерийно производится автомобиль ВМW-750НL, двигатель которого питается не бензином, а сжатым водородом. Таким образом , ВМW стала первой в мире компанией, выпускающей легковые автомобили с водородными двигателями."
Однако с использованием водородного топлива все еще связаны значительные трудности. Например, для поддержания водорода в жидком состоянии, что необходимо для обеспечения достаточного запаса хода, бак должен находиться под чрезвычайно высоким давлением, что приводит к повышению взрыва - и пожароопасности.
3.3. Автомобиль Honda Civic FCX
Компания Honda объявила, что на будущий год намечен выход нового автомобиля Honda Civic FCX, оснащенного водородным двигателем. Таким образом, Honda становится первой из мировых компаний-автопроизводителей, кто начнет массовый выпуск автомобилей на полностью водородном топливе.
Рисунок 3.3.1. Автомобиль Honda Civic FCX
В разработке водородные двигатели представляют собой разновидность электродвигателей. В данном случае электричество генерируется в топливных элементах, где смешиваются чистый водород и кислород, в результате чего вырабатывается необходимая энергия, а в качестве выхлопа получается обыкновенная вода. Производители говорят, что водород для большинства двигателей можно будет получать из различных природных газов.
Экологически чистый седан был значительно доработан по сравнению с нынешним поколением FCX. Новый аккумуляторный отсек занимает на 50% меньше места, чем раньше, и стал на 40% легче. Теперь размеры силовой установки вполне сравнимы с обычным гибридом. Запас хода на одной заправке водородом у FCX Clarity составляет более 430 километров.
Вместе с тем, переход на водородные автомобили в ближайшие 5-6 лет в мировом масштабе осуществить не удастся, так как еще не все производители анонсировали свои будущие водородные линейки автомобилей, а во вторых, на сегодня в мире водородных автозаправок насчитывается не больше сотни, причем около 90 из них находятся в Японии и США.