Тест возење BMW и водород: втор дел

„Вода. Единствениот краен производ на чистите мотори на BMW е користење на течен водород наместо нафтени горива и овозможување на сите да уживаат во новите технологии со чиста совест“.

Начин на БМВ

Овие зборови се цитат од рекламна кампања на една германска компанија пред неколку години. Долго време никој не го доведе во прашање фактот дека Баварците многу добро знаат што прават кога е моторната технологија во прашање и се едни од неприкосновените светски лидери на ова поле. Ниту, пак, би се помислило дека компанија која покажала солиден раст на продажбата во последниве години ќе фрли еден тон пари на малку познати реклами за ветувачки технологии со неизвесна иднина.

Во исто време, сепак, цитираните зборови се дел од кампањата за промовирање на прилично егзотична водородна верзија од 745 часа на предводникот на баварскиот производител на автомобили. Егзотични, бидејќи според BMW, преминот кон алтернативи на јаглеводородни горива, кои автомобилската индустрија ги храни од самиот почеток, ќе бара промена на целата производна инфраструктура. Последното е неопходно бидејќи Баварците гледаат ветувачки пат за развој не во широко рекламираните горивни ќелии, туку во конверзијата на моторите со внатрешно согорување да работат на водород. BMW верува дека надградбата е решлив проблем и веќе постигна значителен напредок во решавањето на главниот проблем за постигнување сигурни перформанси на моторот и елиминирање на неговата склоност кон неконтролирано согорување со користење на чист водород. Успехот во оваа насока се должи на компетентноста во областа на електронската контрола на процесите на моторот и можноста за користење на патентираните флексибилни системи за дистрибуција на гас Valvetronic и Vanos, без кои би било невозможно да се обезбеди нормално функционирање на „водородните мотори“. . Сепак, првите чекори во оваа насока датираат од 1820 година, кога дизајнерот Вилијам Сесил создаде мотор на водород кој работи на таканаречениот „вакуум принцип“ - шема многу различна од онаа на подоцна измислениот мотор со внатрешен мотор. . горење. Во неговиот прв развој на мотори со внатрешно согорување 60 години подоцна, пионерот Ото го користел веќе споменатиот синтетички гас добиен од јаглен со содржина на водород од околу 50%. Меѓутоа, со пронаоѓањето на карбураторот, употребата на бензин стана многу попрактична и побезбедна, а течното гориво ги замени сите други алтернативи што постоеја до сега. Својствата на водородот како гориво беа повторно откриени многу години подоцна од вселенската индустрија, која брзо откри дека водородот има најдобар однос енергија/маса од кое било гориво познато на човештвото.

Во јули 1998 година, Европската асоцијација за автомобилска индустрија (АЦЕА) вети дека Европската унија ќе ги намали емисиите на CO2008 од новорегистрираните возила во Унијата во просек за 2 грама на километар за 140. Во пракса, ова значеше намалување на емисиите за 25% во споредба со 1995 година, а просечната потрошувачка на гориво на новата флота беше околу 6,0 л / 100 км. Во блиска иднина, се очекуваат дополнителни мерки за намалување на емисиите на јаглерод диоксид за 14% до 2012 година. Ова ја прави задачата за автомобилските компании крајно тешка и, според експертите на БМВ, може да се реши или со употреба на горива со ниско ниво на јаглерод или со целосно елиминирање на јаглеродот од составот на горивото. Според оваа теорија, водородот повторно се појавува во автомобилската арена во сета своја слава.

Баварската компанија беше првиот производител на автомобили што масовно произведува возила на водороден погон. Оптимистичките и сигурни тврдења на професорот Буркхард Гешел, член на УО на БМВ, одговорен за новите случувања, дека „компанијата ќе продава автомобили со водород пред истекот на сегашната серија 7“, се остварија. Со својата најнова верзија Hydrogen 7, седмата серија, претставена во 2006 година, со мотор од 12 цилиндри со моќност од 260 КС. оваа порака веќе стана реалност. Намерата изгледаше прилично амбициозна, но не без причина. БМВ експериментира со мотори со внатрешно согорување кои работат на водород од 1978 година и на 11 мај 2000 година изведоа единствена демонстрација на можностите на оваа алтернатива. Импресивна флота од 15 750 hl возила од претходната генерација на неделава, напојувана од водород дванаесет цилиндрични мотори, го заврши маратонот на 170 000 км, истакнувајќи го успехот на компанијата и ветувањето за нова технологија. Во 2001 и 2002 година, некои од овие возила продолжија да учествуваат во разни демонстрации за поддршка на идејата за водород. Тогаш беше време за нов развој базиран на следната Серија 7, со користење на модерен 4,4-литарски V-212 и способен за максимална брзина од 12 км на час, проследен со најновиот развој со XNUMX-цилиндри V-XNUMX. Според официјалното мислење на компанијата, причините зошто BMW ја избра оваа технологија пред горивните ќелии се и комерцијални и психолошки. Прво, за овој метод ќе бидат потребни значително помалку инвестиции доколку се промени производствената инфраструктура. Второ, бидејќи луѓето се навикнати на стариот добар мотор со внатрешно согорување, им се допаѓа и ќе биде тешко да се разделат од него. И трето, во меѓувреме, се покажа дека оваа технологија се развива побрзо од технологијата на горивни ќелии.

Во автомобилите на BMW, водородот се складира во супер изолиран криоген сад, нешто како високотехнолошки термос шише развиен од германската групација за ладење Линде. При ниски температури на складирање, горивото е во течна фаза и влегува во моторот како обично гориво.

Во оваа фаза, дизајнерите на компанијата со седиште во Минхен се фокусираа на индиректно вбризгување на гориво, а квалитетот на мешавината зависи од режимот на работа на моторот. Во режимот на делумно оптоварување, моторот работи на посно смеси слични на дизел горивото - промената се врши само во количината на вбризгувано гориво. Ова е таканаречената "контрола на квалитетот" на мешавината, во која моторот работи со вишок воздух, но поради ниското оптоварување, формирањето на емисии на азот е минимизирано. Кога има потреба од значителна моќност, моторот почнува да работи како бензински мотор, преминувајќи кон таканаречената „квантитативна контрола“ на смесата и нормалните (не посни) мешавини. Овие промени се можни, од една страна, поради брзината на електронската контрола на процесите во моторот, а од друга страна, поради флексибилното работење на системите за контрола на дистрибуција на гас - „двојно“ Ванос, кое работи заедно со Valvetronic систем за контрола на доводот без гас. Треба да се има предвид дека, според мислењето на инженерите на BMW, работната шема на овој развој е само средна фаза во развојот на технологијата и дека во иднина моторите ќе се префрлат на директно вбризгување на водород во цилиндри и турбополнач. Овие техники се очекува да резултираат со подобра динамика на возилото од споредливиот бензински мотор и зголемување на вкупната ефикасност на моторот со внатрешно согорување за повеќе од 50%. Тука намерно се воздржувавме од допирање на темата „горивни ќелии“, бидејќи ова прашање во последно време се користи доста активно. Во исто време, сепак, мора да ги споменеме во контекст на хидрогенската технологија на БМВ, бидејќи дизајнерите во Минхен одлучија да користат токму такви уреди за напојување на вградената електрична мрежа во автомобилите, целосно елиминирајќи ја конвенционалната енергија од батеријата. Овој потег овозможува дополнителна заштеда на гориво, бидејќи водородниот мотор не мора да го придвижува алтернаторот, а вградениот електричен систем станува целосно автономен и независен од погонската патека - може да генерира електрична енергија дури и кога моторот не работи, како и да произведува и трошење на енергија се посветува на целосна оптимизација. Фактот дека сега може да се произведе електрична енергија колку што е потребно за напојување на пумпата за вода, пумпи за масло, засилувач на сопирачките и жични системи, исто така, се претвора во дополнителна заштеда. Сепак, паралелно со сите овие иновации, системот за вбризгување гориво (бензин) практично не претрпе скапи промени во дизајнот. Со цел да се промовираат водородните технологии во јуни 2002 година, BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN ја создадоа партнерската програма CleanEnergy, која започна со развој на станици за полнење со течен и компримиран водород.

BMW е иницијатор на голем број други заеднички проекти, вклучително и со нафтени компании, меѓу кои најактивни учесници се Aral, BP, Shell, Total. Интересот за оваа перспективна област расте експоненцијално - во следните десет години само ЕУ ќе обезбеди директни финансиски придонеси во фондовите за финансирање на развојот и имплементацијата на водородни технологии во износ од 2,8 милијарди евра. Обемот на инвестиции на приватни компании во развојот на „водород“ во овој период е тешко да се предвиди, но јасно е дека многукратно ќе ги надмине одбитоците од непрофитните организации.

Водород во моторите со внатрешно согорување

Интересно е да се забележи дека, поради физичките и хемиските својства на водородот, тој е многу позапалив од бензинот. Во пракса, тоа значи дека е потребна многу помалку почетна енергија за да се започне процесот на согорување во водород. Од друга страна, многу посни мешавини можат лесно да се користат во водородните мотори - нешто што современите бензински мотори го постигнуваат преку сложени и скапи технологии.

Топлината помеѓу честичките од смесата водород-воздух е помалку трошена, а во исто време, температурата на автоматско палење и брзината на процесите на согорување се многу повисоки од оние на бензинот. Водородот има мала густина и силна дифузност (можност честичките да навлезат во друг гас - во овој случај, воздух).

Ниската енергија за активирање потребна за самозапалување е еден од најголемите предизвици во контролирањето на процесите на согорување кај водородните мотори бидејќи смесата лесно може спонтано да се запали поради контакт со потоплите области во комората за согорување и отпорност на следење на синџир на целосно неконтролирани процеси. Избегнувањето на овој ризик е еден од најголемите предизвици во развојот на водородните мотори, но не е лесно да се елиминираат последиците од фактот дека високо дифузната смеса што гори патува многу блиску до ѕидовите на цилиндерот и може да навлезе во екстремно тесни празнини. како што се затворените вентили, на пример... Сето ова мора да се земе предвид при дизајнирање на овие мотори.

Високата температура на авто-палење и високиот број на октани (околу 130) овозможуваат зголемување на односот на компресија на моторот и, според тоа, неговата ефикасност, но повторно постои опасност од авто-запалување на водород од контакт со потоплиот дел. во цилиндарот. Предноста на високиот капацитет на дифузија на водород е можноста за лесно мешање со воздухот, што во случај на дефект на резервоарот гарантира брза и безбедна дисперзија на горивото.

Идеалната мешавина воздух-водород за согорување има сооднос од приближно 34:1 (за бензин овој сооднос е 14,7:1). Тоа значи дека при комбинирање на иста маса на водород и бензин во првиот случај, потребен е повеќе од двојно повеќе воздух. Во исто време, мешавината водород-воздух зафаќа значително повеќе простор, што објаснува зошто моторите со погон на водород имаат помала моќност. Чисто дигитална илустрација на соодносите и волумените е доста елоквентна - густината на водородот подготвен за согорување е 56 пати помала од онаа на бензинската пареа. Сепак, треба да се забележи дека, во принцип, водородните мотори можат да работат и со мешавини воздух-водород до 180:1 (т.е. многу „посни“ мешавини), што пак значи дека моторот може да се ракува. без вентил за гас и користете го принципот на дизел мотори. Исто така, треба да се забележи дека водородот е неприкосновен лидер во споредбата на водородот и бензинот како енергетски извори во однос на масата - килограм водород е речиси три пати поинтензивен за енергија од килограм бензин.

Како и кај бензинските мотори, течниот водород може да се вбризгува директно пред вентилите во колекторите, но најдобро решение е вбризгување директно за време на ударот на компресија - во овој случај, моќноста може да ја надмине моќноста на сличен бензински мотор за 25%. Тоа е затоа што горивото (водородот) не го поместува воздухот како кај бензинскиот или дизел моторот, дозволувајќи само воздух (значително повеќе од вообичаено) да ја пополни комората за согорување. Исто така, за разлика од бензинските мотори, на водородните мотори не им е потребно структурно вртење бидејќи водородот доволно добро дифузира со воздухот без оваа мерка. Поради различните стапки на горење во различни делови на цилиндерот, подобро е да се постават две свеќички, а кај водородните мотори, употребата на платински електроди е непрактична, бидејќи платината станува катализатор што доведува до оксидација на горивото при ниски температури.

H2R

H2R е работен суперспортски прототип изграден од инженери на BMW и придвижуван од дванаесетцилиндричен мотор кој достигнува максимална моќност од 285 КС кога се напојува со водород. Благодарение на нив, експерименталниот модел забрзува од 0 до 100 km/h за шест секунди и достигнува максимална брзина од 300 km/h.Моторот H2R се заснова на стандардната врвна единица што се користи во бензинецот 760i и траеше само десет месеци за развој. За да се спречи спонтано согорување, баварските специјалисти развија посебен циклус на проток и стратегија за вбризгување во комората за согорување, користејќи ги можностите што ги обезбедуваат системите за променливо време на вентилите на моторот. Пред да влезе смесата во цилиндрите, вторите се ладат со воздух, а палењето се врши само на горниот мртов центар - поради високата стапка на согорување со водородното гориво, не е потребно напредување на палењето.

Наоди

Финансиската анализа на преминот кон чиста водородна енергија сè уште не е многу оптимистичка. Производството, складирањето, транспортот и снабдувањето со лесен гас сè уште се енергетски интензивни процеси, а во сегашната технолошка фаза на развој на човекот таквата шема не може да биде ефективна. Сепак, ова не значи дека истражувањето и потрагата по решенија нема да продолжат. Предлозите да се генерира водород од вода користејќи електрична енергија од соларни панели и да се чува во големи резервоари звучи оптимистички. Од друга страна, во моментот звучи малку смешно процесот на генерирање електрична енергија и водород во гасната фаза во пустината Сахара, транспортирање до Средоземното море со цевковод, течење и транспорт со криогени танкери, истоварување во пристаништата и конечно транспортирање со камион ...

Неодамна беше презентирана интересна идеја од норвешката нафтена компанија „Норск хидро“, која предложи производство на водород од природен гас на местата за производство во Северното море, а преостанатиот јаглерод моноксид се чуваше во осиромашени полиња под морското дно. Вистината лежи некаде на средина и само времето ќе покаже каде ќе оди развојот на индустријата за водород.

Варијанта на Мазда

Јапонската компанија Mazda исто така ја прикажува својата верзија на водороден мотор - во форма на ротациона единица спортски автомобил RX-8. Ова не е изненадувачки, бидејќи дизајнерските карактеристики на моторот Ванкел се исклучително погодни за користење на водород како гориво. Гасот се складира под висок притисок во посебен резервоар, а горивото се вбризгува директно во коморите за согорување. Поради тоа што кај ротационите мотори областите во кои се вбризгува и согорува се одвоени, а температурата во делот за вшмукување е помала, проблемот со можноста за неконтролирано палење е значително намален. Моторот Wankel нуди и доволно простор за два инјектора, што е исклучително важно за вбризгување на оптимална количина на водород.