Принцип действия водородного двигателя: Двигатель внутреннего сгорания на водороде: устройство и принцип работы

Содержание

Двигатель внутреннего сгорания на водороде: устройство и принцип работы

Как известно, поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет как плюсы, так и целый ряд определенных недостатков. Прежде всего, глобальной проблемой является токсичный выхлоп бензиновых и дизельных ДВС, а также постоянная потребность в нефтяном топливе. Не сильно меняется ситуация и после перевода автомобиля на газ, так как установка ГБО также не решает всех задач.

С учетом данных особенностей постоянно ведутся разработки альтернативных вариантов. Сегодня реальным конкурентом ДВС является электродвигатель. При этом относительно небольшой запас хода, высокая стоимость аккумуляторных батарей и всего электрокара (электромобиля) в целом, а также отсутствие развитой инфраструктуры по ремонту и обслуживанию таких машин закономерно тормозит их популяризацию.

По этой причине автопроизводители постоянно работают над тем, чтобы получить «безвредный» для окружающей среды и относительно дешевый в производстве силовой агрегат, который при этом не будет нуждаться в дорогом топливе.

Среди подобных двигателей следует отдельно выделить водородный ДВС, который вполне может заменить существующий на сегодня дизельный или бензиновый мотор, причем в обозримой перспективе. Давайте рассмотрим, как работает водородный двигатель, какую конструкцию имеет подобный мотор и в чем заключаются его особенности.

Содержание статьи

История создания водородного двигателя

Начнем с того, что идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Как видно, двигатель на водороде «родился» задолго до того, как был поднят ряд вопросов касательно окружающей среды и токсичности выхлопа.

Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде были предприняты не для защиты окружающей среды, а в целях банального использования водорода в качестве топлива. Спустя несколько десятков лет (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, который успешно работал на смеси воздуха и водорода.

Во времена Второй мировой войны, когда возникли сложности с поставками нефтяного топлива, техник из СССР Борис Исаакович Шелищ, который был родом из Украины, заложил основы российской водородной энергетики. Он также предложил использовать смесь водорода и воздуха в качестве горючего  для ДВС, после чего его идеи быстро нашли практическое применение. В результате появилось около полутысячи двигателей, работавших на водороде.

Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Затем об этом двигателе вспомнили только тогда, когда в 70-е годы XX века случился топливный кризис. В результате компания BMW в 1979 г. построила автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Агрегат работал относительно стабильно, не было взрывов и выбросов водяного пара.

Другие автопроизводители также начали работы в этой области, в результате чего к концу XX века появилось не только много прототипов, но и вполне успешно действующих образцов двигателей на водородном топливе (бензиновый и дизельный двигатель на водороде).

Однако после того как топливный кризис окончился, работы над водородными ДВС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже по причине серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете быстро сокращаются и на нефтепродукты закономерно растут цены.

Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород является вполне доступной альтернативой. На сегодняшний день над водородными ДВС ведут работы GM, BMW, Honda, корпорация Ford и т.д.

Работа двигателя на водороде: особенности водородного ДВС

Начнем с того, что двигатель внутреннего сгорания на водороде по своей конструкции не сильно отличается от обычного ДВС. Все те же цилиндры и поршни, камера сгорания и сложный кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно поступательного движения в полезную работу.

Единственное, в цилиндрах сгорает не бензин, газ или солярка, а смесь воздуха и водорода. Также нужно учитывать и то, что способ подачи водородного топлива, смесеобразование и воспламенение также несколько другой по сравнению с аналогичными процессами в традиционных аналогах.

Прежде всего, горение водорода по сравнению с нефтяным топливом отличается тем, что водород сгорает намного быстрее. В обычном двигателе смесь бензина или солярки с воздухом заполняет камеру сгорания тогда, когда поршень почти поднялся в ВМТ (верхняя мертвая точка), затем топливо какое-то время горит и уже после этого газы давят на поршень.

На водороде реакция протекает быстрее, что позволяет сдвинуть наполнение цилиндра на момент, когда поршень уже начинает движение в НМТ (нижняя мертвая точка). Также после того, как протекает реакция, результатом становится обычная вода вместо токсичных выхлопных газов. Как видно, на первый взгляд стандартный двигатель относительно легко подстроить под водородное топливо путем доработок впуска, выпуска и системы питания, однако это не так.

Первая проблема заключается в том, как получать необходимый водород. Как известно, водород находится в составе воды и является распространенным элементом, однако в чистом виде практически не встречается. По этой причине для максимальной автономности на транспортное средство нужно отдельно ставить водородные установки, чтобы «расщеплять» воду, позволяя мотору питаться необходимым топливом.

Идея кажется привлекательной. Более того, можно даже обойтись без наружного воздуха на впуске и создать закрытую топливную систему. Другими словами, после каждого раза, когда в камере сгорит заряд, в цилиндре будет оставаться водяной пар. Если этот пар пропустить через радиатор, произойдет конденсация, то есть снова образуется вода, из которой можно повторно получить водород.

Однако чтобы этого добиться, на автомобиле должна стоять установка для электролиза (электролизер), которая и будет отделять водород от воды, чтобы затем получить нужную реакцию с кислородом в камере сгорания. На практике установка получается сложной и дорогой, а создать такую закрытую систему довольно сложно.

Дело в том, что любой двигатель внутреннего сгорания независимо от типа топлива все равно нуждается в системе смазки, чтобы защитить нагруженные узлы и трущиеся пары. Если просто, без моторного масла никак не обойтись. При этом масло частично попадает в камеру сгорания и затем в выхлоп. Это значит, что полностью изолировать топливную систему на водороде (не использовать наружный воздух) практически нереализуемая задача.

По этой причине современные водородные двигатели внутреннего сгорания больше напоминают газовые двигатели, то есть агрегаты на газе пропане. Чтобы использовать водород вместо пропана, достаточно изменить настройки такого ДВС. Правда, КПД на водороде несколько снижается. Однако и водорода нужно меньше, чтобы получить необходимую отдачу от мотора. При этом никаких установок для автономного получения водорода не предполагается.

Что касается попытки подать водород в обычный бензиновый или дизельный двигатель, автоматически возникают риски и сложности. Прежде всего, высокие температуры и степень сжатия могут привести к тому, что водород будет вступать в реакцию с нагретыми элементами ДВС и моторным маслом.

Также даже небольшая утечка водорода может стать причиной того, что топливо попадет на разогретый выпускной коллектор, после чего может произойти взрыв или пожар. Чтобы этого не случилось, для работы на водороде чаще задействуют  роторные двигатели. Такой тип ДВС больше подходит для этой задачи, так как их конструкция предполагает увеличенное расстояние между впускным и выпускным коллектором.

Так или иначе, даже с учетом всех сложностей, ряд проблем удается обойти не только на роторных, но даже и на поршневых моторах, что позволяет водороду считаться достаточно перспективной альтернативой бензину, газу или солярке. Например, экспериментальная версия модели BMW 750hL, которую представили в 2000 году, имеет водородный двигатель на 12 цилиндров. Агрегат успешно работает на таком горючем и способен разогнать автомобиль до скорости около 140 км/час.

Правда, никаких отдельных установок для получения водорода из воды  на машине не имеется. Вместо этого стоит особый бак, который просто заправлен водородом. Запас хода  на полном баке водорода составляет около 300  км. После того, как водород закончится, двигатель в автоматическом режиме начинает работать на бензине.

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной).  Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода.  В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Такая реакция образует воду,  при этом электроны из камеры с анодом поступают в электрическую цепь. Указанная цепь подключена к двигателю. Простыми словами, образуется электричество, которое заставляет двигатель работать от такого водородного топливного элемента.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. Основным минусом является высокая стоимость топливных элементов по причине использования платины, палладия и других дорогих металлов. В результате конечная стоимость транспорта с таким двигателем сильно возрастает.

Водородный двигатель: дальнейшие перспективы

Сегодня над созданием экологичных двигателей трудятся многие компании. Некоторые идут по пути создания двигателей-гибридов, другие делают ставку на электромобили и т.д. Что касается водородных установок, в плане экологии и производительности данный вариант также может в ближайшее время составить конкуренцию ДВС на бензине, газе или дизтопливе.

Водородные двигатели показали себя несколько лучше, чем самые продвинутые электрокары. Например, японская модель Honda Clarity. Единственное, остался такой недостаток, как способы  и возможности заправки. Дело в том, что инфраструктура водородных заправочных станций не особенно развита, причем в мировом масштабе.

Также не особенно большим является и сам выбор водородных  легковых авто. Кроме Honda Clarity можно разве что упомянуть Mazda RX8 Hydrogen, а также BMW Hydrogen 7. Фактически это автомобили-гибриды, которые работают на жидком водороде и бензине. Еще можно добавить в список Mercedes GLC F-Cell. Эта модель имеет возможность подзарядки от бытовой сети электропитания и позволяет пройти до 500 км. на одном заряде.

Дополнительно стоит отметить модель Toyota Mirai. Автомобиль работает только на водороде, одного бака хватает на 600 км. Водородные двигатели еще встречаются на отечественной модели «Нива», а также устанавливаются корейцами на специальную версию внедорожника Hyundai Tucson.

Как видно, с двигателем на водороде активно экспериментируют многие производители, однако такое решение все равно имеет много недостатков. При этом некоторые минусы сильно мешают массовой популяризации.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель GDI. Из этой статьи вы узнаете об особенностях, принципах работы, а также преимуществах и недостатках моторов данного типа.

Прежде всего, это безопасность и сложность транспортировки такого топлива. Важно понимать, что водород  весьма горюч и взрывоопасен даже при относительно невысоких температурах. По этой причине его сложно хранить и перевозить. Получается, необходимо строить особые водородные резервуары для  авто с данным типом двигателя. Как результат, на практике водородных заправок очень мало.

К этому также можно добавить определенную сложность и высокие расходы на ремонт и обслуживание водородного агрегата, а также необходимость в подготовке и обучении большого количества высококвалифицированного персонала. Если же говорить о самом авто на водороде и его эксплуатационных характеристиках, наличие водородной установки делает машину более тяжелой, закономерно ухудшается управляемость.

Подведем итоги

Как видно, сегодня водородные автомобили и двигатель на воде можно считать вполне реальной альтернативой не только привычным ДВС, которые используют нефтяное топливо, но и электрокарам.

Прежде всего, такие установки менее токсичны, при этом они не нуждаются в дорогостоящем топливе на основе нефти. Также автомобили с водородным двигателем имеют приемлемый запас хода. В продаже имеются и гибридные модели, использующие как водород, так и бензин.

Что касается недостатков и сложностей, машина с водородным двигателем сегодня имеет высокую стоимость, а также могут возникать проблемы с заправкой топливом по причине недостаточного количества заправочных станций. Не стоит забывать и о том, что также не просто найти специалистов, которые способны качественно и профессионально обслужить водородную силовую установку. При этом обслуживание будет достаточно затратным.

Напоследок отметим, что активное строительство трубопроводов для перекачки газа метана обещает в дальнейшей перспективе возможность перекачки по этим же трубопроводам и водорода. Это значит, что в случае роста общего числа авто с водородными двигателями, также высока вероятность быстрого увеличения количества специализированных заправочных станций.

Читайте также

принцип работы машин на водородном топливе, плюсы и минусы

Водородный двигатель в последние годы всё чаще рассматривается многими производителями транспортных средств в качестве достойной альтернативы традиционным ДВС, работа которых обеспечивается «чёрным золотом». Перспектива использовать такой двигатель в будущих десятилетиях была оценена ещё во времена блокады Ленинграда, когда Борис Шелищ сумел разработать, а также внедрить метод перевода бензиновых двигателей на использование водородного топлива. Однако до настоящего времени предпочтение отдавалось исключительно конкурирующим технологиям, к числу которых можно отнести электромобиль и гибридный автомобиль.

Принцип работы

hidrodvig

Устройство водородных двигателей не отличается особой сложностью. Главным отличием является способ подачи и воспламенения смесей при полном сохранении основного принципа преобразования. При этом на фоне традиционного бензина и дизеля, водородное топливо обеспечивает мгновенную скорость реакции даже в условиях незначительного уровня давления внутри топливной системы. Для образования смеси участие воздуха не является необходимым, а остающийся в камере сгорания пар, после прохождения сквозь радиатор и конденсации, снова становится Н2О.

Безусловно, топливный элемент в данном варианте предполагает использование специального электролизера, обеспечивающего выделение достаточного количества водорода для участия в возобновлённом гидролизе с кислородом. Основная проблема состоит в том, что в современных реалиях данный вариант практически невыполним. Современные технологии не гарантируют стабильность функционирования и беспроблемный запуск мотора при отсутствии атмосферного воздуха.

Особенности гибридных конструкций

32260_largeХарактеристики, которыми обладает водородное топливо, активно использовались многими конструкторами с целью создания уникального гидродвигателя внутреннего сгорания. Например, разработанный В.С. Кащеевым метод – это принципиально иная установка, имеющая не только традиционный подающий воздух впускной клапан и выпускное устройство отвода выхлопных газов, но и отдельный клапанный механизм подачи водорода, а также свечу зажигания в головке блоков цилиндров.

Несмотря на некоторые принципиальные отличия, механизм работы остаётся неизменным, поэтому любые гибридные силовые агрегаты принято считать переходной стадией от применения дизеля и бензина к использованию водородного топлива. Благодаря высоким показателям КПД, лёгкое химическое вещество вводится в состав топливно-воздушных смесей, что значительно повышает степень сжатия, а также снижает токсичность выхлопов. Кроме этого, взаимодействие кислорода с водородом сопровождается выделением достаточного количества энергии, которая нужна автомобильным электродвигателям.

Водородные топливные элементы

toyota-mirai_10Водородный топливный элемент, с конструктивной точки зрения, является своеобразной аккумуляторной «батарейкой» с высокими показателями коэффициента полезного действия (порядка 50%). Внутри корпуса протекают физико-химических процессы с участием специальной мембраны, отвечающей за проведение протонов. Посредством такого мембранного элемента происходит деление корпуса на пару частей – резервуар с анодом и камеру с катодом.

Камера с анодом заполняется водородом, а в катодную часть поступает атмосферный кислород. В качестве покрытия электродов используются дорогостоящие редкоземельные металлы, включая платину. Особенности поверхности обеспечивают взаимодействие с водородными молекулами, в результате чего происходит потеря электронов. Одномоментно с этим процессом выполняется прохождение протонов сквозь мембрану к катоду. Благодаря такому воздействию катализатора протоны соединяются с поступившими извне электронами.

Результат произошедшей реакции – образование воды и поступление электронов из анодной камеры в электрическую цепь, подключённую к силовому агрегату. Таким образом, двигатель приводится в движение водородным топливным элементом и может проработать порядка 200-250 км. Тормозит применение такой технологии и серийный выпуск автомобилей с водородными двигателями необходимость использовать в конструкции элементов платину, палладий и другие дорогостоящие металлы.

Преимущества и недостатки

С практической точки зрения все плюсы и минусы водородных силовых агрегатов в условиях современного автомобилестроения очевидны и обусловлены их техническими характеристиками. К неоспоримым преимуществам относятся следующие факторы:

  • абсолютно бесшумная работа;
  • высокие показатели экологической чистоты;
  • очень достойный коэффициент полезного действия;
  • меньшее количество токсичных выбросов в атмосферу;
  • гарантированно высокая мощность и производительность;
  • конструктивная простота и отсутствие ненадёжных систем топливной подачи.

Среди значимых недостатков можно выделить сложность и дороговизну получения топлива в промышленных объёмах, отсутствие регламента хранения и транспортирования. Вес машины естественным образом заметно увеличится, что обусловлено необходимостью установки на транспортное средство тяжёлых токовых преобразователей и мощных аккумуляторных батарей.

Специалисты отмечают также высокую опасность использования водорода, связанную с риском появления взрыво- и пожароопасной ситуации при взаимодействии с разогретым выпускным коллектором и моторными маслами. Сегодня цена одного килограмма водорода составляет порядка 8-9 американских долларов, поэтому при расходе 1,2-1,3 кг на 100 км, средняя стоимость такой поездки вполне сопоставима с эксплуатацией традиционного бензинового автомобиля.

Модели с водородным двигателем

Работы по разработке и производству реально функционирующего прототипа инновационного автомобиля обходятся примерно в миллион долларов. Самые крупные автомобильные концерны располагают такими суммами, но крайне редко считают вложение средств в подобные проекты высокодоходным мероприятием.

Honda FCX Clarity

Модель имеет силовую установку в виде водородных топливных элементов. Лизинговые продажи стартовали в Америке 11 лет назад, а для заправки топливом разрабатывалась очень компактная по размерам энергетическая станция (Home Energy Station). Подсистема разгона и торможения в этом автомобиле оснащена эксклюзивным ионистором в виде супер-конденсатора без наличия традиционных «обкладок». Запас хода на одном заряде составляет 700 км. Розничная цена модели – почти 63 тысячи американских долларов.

Hyundai Tucson/ix35 FCEV

Внедорожник класса «К1» был запущен в серийное производство шесть лет назад. Модель, занявшая лидирующие позиции в области использования водородного топлива, отличается компактными размерами. Автомобиль оснащён силовой установкой, представленной двумя газовыми баллонами, которые заполняются сжатым водородом под давлением 700 атм. В динамике эта машина очень хороша, но оптимальный вариант – городской цикл езды.

Hyundai Nexo

Южнокорейская модель второго поколения водородных кроссоверов отличается не только новой платформой, но также лёгким кузовом, аккумуляторной батареей в багажнике и улучшенным строением топливных элементов. Объём трёх одинаковых по размерам баков составляет 52,2 л водорода. Модель была протестирована за Полярным кругом, где довольно легко подтвердила свою работоспособность в суровых климатических условиях.

Toyota Mirai FCV

scale_1200Японский водородный экомобиль – это новая эра автомобилестроения. Для четырёхдверного седана характерно наличие заметно улучшенной силовой установки, модернизированных и усовершенствованных агрегатов. В модели Тойота Мирай установлены высокоэффективные водородные топливные элементы FC stack и синхронный электрический двигатель переменного тока. Запас хода на одном заряде двух заправочных баллонов составляет 650 км.

Перспективы водородных ДВС

На данный момент к категории водородных моторов относятся как силовые агрегаты, которые функционируют на водороде, так и двигатели, использующие в работе водородные топливные ячейки. По мнению специалистов, водородные двигатели сегодня следует рассматривать, как единственно приемлемую с экологической точки зрения энергию.

Перед учёными в настоящее время стоит задача разработки наиболее приемлемой инфраструктуры, а также определения высокоэффективного способа добычи нестандартного вида топлива. Немаловажное значение придаётся подготовке документации, регламентирующей вопросы транспортирования, хранения и эксплуатации водорода.

что это, как работает, схема, фото, безопасность,

Водородный автомобиль считается самым экологичным транспортом наряду с электрокарами. Заправка авто на водородном топливе занимает считанные минуты, а «горючего» хватит на 400 км и более. А баллон водорода после использования оставляет после себя полведра чистой воды.

Почему же автомобильные концерны неохотно переходят на этот альтернативный источник энергии? Вопрос в стоимости и производстве этого газа.

В автомобилях с водородным двигателем применяются специальные топливные ячейки. Называются такие авто FCEV, что расшифровывается как Fuel Cell Electric Vehicles — электрокары с топливным элементом вместе батареи. Самая известная модель – это Toyota Mirai. А вообще многие модели есть только в виде концепта, серийно пока выпускается немного экземпляров.

водородный автомобиль groveводородный автомобиль grove

В статье расскажу что это такое — водородный автомобиль, принцип работы и устройство, что такое водородный двигатель, плюсы и минусы авто на водороде, список моделей, ждёт ли будущее эта технология. Обещаю, будет интересно!

Немного истории

Впервые двигатель внутреннего сгорания придумал Франсуа Исаак де Риваз в 1806 г. Этот изобретатель извлёк чистый водород при помощи такой технологии, как электролиз воды. Он изобрёл поршневой двигатель, который назвали в его честь — машина де Риваза. Через пару лет изобретатель сконструировал передвижное устройство с настоящим водородным двигателем. Таким образом, первый водородный автомобиль появился гораздо раньше, чем думают многие.

автомобили на водородном топливеавтомобили на водородном топливеРиваз и его машина

А самые первые водородные топливные элементы создал в 1863 году английский учёный Вильям Гроув. При помощи опыта он выявил, что при разложении воды на кислород и водород высвобождается энергия. В дальнейшем он создал водородные ячейки, которые стали называть Fuel Cell. Их можно было объединить для получения необходимого количества энергии для автомобиля.

водородный автомобиль grove ценаводородный автомобиль grove цена

Во время блокады Ленинграда был высокий дефицит бензина, а вот водорода было немало. Техник Б. Шелищ предложил вместо стандартного топлива применять смесь воздуха и водорода для двигателей. Таким образом, в городе работало на водороде более 500 автомобилей ГАЗ-АА.

как работает водородный двигатель на автомобилекак работает водородный двигатель на автомобиле

Первый водородный автомобиль на топливных ячейках создала компания General Motors в 1966, и назывался он GM Electrovan. Гораздо позже, в 1980-х годах, одновременно во многих развитых странах (Япония, США, Канада, Германия и СССР) запустили эксперимент по созданию автомобилей, которые использовали в качестве топлива водород, а также его смеси с бензином и природным газом.

водородный двигатель для автомобиля принципводородный двигатель для автомобиля принципФото GM Electrovan

После этих экспериментов в 2000-х годах крупные автоконцерны стали разрабатывать коммерческие автомобили на водородном двигателе. Самым продвинутым и популярным автомобилем стал Toyota Mirai, в котором находится многоячеистый топливный генератор.

На данный момент создание автомобиля на водородном топливе – это дорогое удовольствие, поэтому многие производители ищут способы для снижения этих расходов.

А что значит водородное топливо на самом деле?

Что такое водородное топливо?

Водородное топливо поставляется на заправки в газообразном или жидком состоянии. Водород в этом виде уменьшается в объёме более чем в 800 раз. Примерное время одной заправки составляет не более 3-5 минут. Для сравнения – заправка бензином занимает примерно то же самое время.

На чём ездит водородный автомобиль? На водороде – экологически чистом источнике энергии.

Водород для топлива добывают следующими способами:

  1. Электролиз воды. Это выделение водорода из воды с помощью электричества. Такой метод применяется в тех регионах, где стоимость электроэнергии дешёвая, в том числе и в России. Чистота выхода водорода при помощи электролиза – около 100%! Но здесь присутствует повышенное загрязнение окружающей среды. Предсказывают, что когда-нибудь будут созданы множество солнечных и ветряных электростанций, которые будут производить топливо без отрицательного воздействия на окружающую среду.водородные автомобили принцип работыводородные автомобили принцип работы
  2. Паровая конверсия метана. Этот природный газ нагревают до температуры 1000 градусов по Цельсию и смешивают с катализатором. Этот метод будет работать до тех пор, пока метан не закончатся в недрах земли. Реформированный водород – самый популярный и дешёвый метод создания.водородная ячейка на автомобильводородная ячейка на автомобиль
  3. Газификация биомассы. Это извлечение водорода в реакторе из отходов животных и сельского хозяйства, а также сточных вод. Сейчас существуют огромные территории с биомассой, потенциал которой не оценён и тратится впустую.как работает водородный автомобилькак работает водородный автомобиль

В чём преимущество этого альтернативного источника энергии?

  • Топливные элементы не выделяют вредных выбросов.
  • Огромный потенциал и возможные прибыли.
  • Моментальная заправка автомобилей (3 минуты).
  • Топливные ячейки на 80% эффективнее бензина, а также дёшево стоят.

Автомобиль на водороде не оставляет так называемого «углеродного следа», который загрязняет окружающую среду. Например, Toyota Mirai за 100 км пробега выделяет 5 л воды и больше ничего, никаких выбросов в атмосферу. Но, к сожалению, на Земле слишком не существует месторождений чистого водорода, а вот нефти и газа – хоть отбавляй. Зато водорода полным-полно в атмосфере, но в виде соединений, которые надо разрушить, чтобы извлечь желанный элемент. А для этого надо затратить немалую энергию, по сравнению с той, которую мы получим при прямом расходовании водорода.

Плюсы и минусы водородной установки для автомобиля

Расскажу про плюсы и минусы топлива, которым заправляют водородный автомобиль.

водородный двигатель для автомобиля сссрводородный двигатель для автомобиля ссср

Недостатки водородного топлива:

  • Нет эффективного способа добычи газа, к тому же производство загрязняет окружающую среду.
  • Для создания сети водородных заправок требуются внушительные средства (около 2 млн. долл. на одну среднюю заправку). Поэтому очень сложно найти заправки, их практически нет.
  • Высокая стоимость автомобиля.
  • Передвигаться можно лишь в тех местах, где имеются заправки.
  • Стоимость заправки будет стоить столько же, как и бензин. В этом смысле электрокар гораздо выгоднее.
  • Водородный автомобиль тяжёлый из-за сложной конструкции: много топливных ячеек, аккумулятор, электропреобразователь, большие баллоны для водорода, где давление целых 700 атм. В электромобиле всё проще – требуется только место под большой АКБ.

Плюсы водородного топлива:

  • Нет вредных выбросов в атмосферу.
  • Водородные двигатели практически не шумят.
  • Быстрая заправка – менее 5 минут.
  • Есть большой потенциал для развития.
  • Водород даёт в 3 раза больше энергии, чем бензин.
  • Высокий крутящий момент при начале движения.
  • Водорода очень много на планете – 1% от массы Земли. При сгорании он просто превращается в воду, поэтому – это неиссякаемый источник энергии по сравнению с другим ископаемым топливом.
  • Водород безопаснее бензина, он воспламеняется в 15 раз меньше. Но если на водород попадёт искра, то он моментально воспламенится.
  • Хороший запас хода водородного авто – 400-1000 км.

Опасен ли водород для человека?

Водород очень летуч, а также это легковоспламеняющийся газ, который хранить и перевозить следует предельно аккуратно. Сгорает он тоже довольно быстро. Например, газ в дирижабле «Гинденбург» полностью сгорел за полминуты, поэтому погибло только треть пассажиров.

водородное топливо для автомобилей что этоводородное топливо для автомобилей что это

Когда на дорогах появится большое количество водородных автомобилей, то надо будет ввести новые меры безопасности. Ведь при пробитии бака с водородом и наличием искр рядом газ может загореться. Поэтому в водородных автомобилях баки делают очень прочные, которые даже могут выдержать выстрел из крупнокалиберного пистолета. Поэтому при соблюдении правил безопасности, авто на водороде не опаснее бензиновых и дизельных моделей.

Чем водородные авто лучше электромобилей?

Этот вопрос не совсем правильный, поскольку автомобили на водородных ячейках и электробатарее считаются электромобилями. Всё зависит от того, чем заправляют машину – водородом или электричеством.

Водород в автомобиле применяют в двух вариантах: сжигание топлива в цилиндрах или подзарядка топливных элементов.

Главное отличие водородных топливных ячеек от батарей в том, что они служат очень много лет и не нуждаются в обслуживании. А батарея в электромобиле выходит из строя уже через 5 лет.

принцип работы водородного двигателя автомобиля groveпринцип работы водородного двигателя автомобиля groveКак выглядит батарея в электрокаре

На холоде водородное транспортное средство включится без проблем, а аккумулятор электрического авто может полностью потерять заряд. Стоимость электрокаров дешевле, чем водородного: Toyota Mirai стоит 57 тыс. долл., а Tesla – от 45 тыс. долл. Водородные машины заправляются за считанные минуты, а электрокары – пару часов.

Теперь перейдём к устройству и принципу работы водородного авто, как он обеспечивает работу двигателя?

Как работает водородный автомобиль

Расскажу про то, как устроен автомобиль на примере популярной модели Toyota Mirai.

Не так давно, в 2013 году Тойота представила миру первый в мире серийный водородный автомобиль Mirai, который сам вырабатывает для себя электричество. В нём находится электрический двигатель, который имеет мощность 154 л. с. В Mirai находятся 370 топливных элементов, постоянный ток которых преобразуется в переменный, а напряжение при этом повышается до 650 В. Максимальная скорость Toyota Mirai 175 км/ч. Дополнительный аккумулятор собирает лишнюю энергию, который может при необходимости обеспечить питание небольшого дома. Запас хода этого автомобиля 500 км, а по факту – примерно 350 км. Для сравнения — электрокар Tesla Model S может пройти на одном заряде целых 540 км, но, к сожалению, зарядка занимает целых 1,5 часа.

водородный автомобиль на чем ездитводородный автомобиль на чем ездит

Попов Андрей ГеннадьевичПопов Андрей Геннадьевич

Попов Андрей Геннадьевич

Автослесарь, стаж работы 19 лет

Задать вопрос

За несколько км пробега автомобиль Mirai вырабатывает стакан дистиллированной воды, которая вполне пригодна к употреблению (она с лёгким привкусом пластика).

А как работает топливный элемент, простыми словами? Автомобиль заправляется водородом. Он смешивается с платиновым катализатором и кислородом в электрохимической системе. В результате этой реакции вырабатывается электрический ток, который питает двигатель и аккумуляторную батарею. В результате реакции образуется вода или пар.

автомобили с водородным двигателем в россииавтомобили с водородным двигателем в россии

 

Мелехов Алексей ВикторовичМелехов Алексей Викторович

Мелехов Алексей Викторович

Автоэлектрик , стаж работы 9 лет

Задать вопрос

Топливные ячейки с протонообменными мембранами сразу же производят энергию, обеспечивают очень высокую мощность и мало нагреваются. Максимальный срок службы водородных ячеек 250 тыс. км пробега, которые при необходимости можно заменить.

А какое устройство и принцип работы водородного двигателя? Для работы применяют роторные ДВС, потому что стандартные поршневые двигатели быстро выходят из строя из-за влияния водорода на смазку и детали ДВС. Из-за высокой разницы между бензином и водородом перевести обычный двигатель непросто, особенно если это делать своими руками. Водород при горении вызывает перегрев клапанов, масла, поршней. Если нагрузку сделать очень высокую, то возникает детонация.

Решили эту задачу заменой чистого водорода на его смесь с бензином. Подача газа уменьшается при повышении крутящего момента, чтобы предотвратить перегрев деталей силового агрегата. Это применяется в таких моделях, как Mazda RX-8 Hydrogen RE и BMW Hydrogen 7, который был выпущен всего в 100 экземплярах. Здесь переключение между 2 типами топлива происходит автоматически. Но, несмотря на успешность эксперимента, всё равно имелись проблемы: сильно падала мощность авто, запаса водорода хватало всего на 200 км, а также из-за наличия бензина автомобиль не был признан экологически чистым.

электро или водородные автомобилиэлектро или водородные автомобилиMazda RX-8 Hydrogen RE

Зачем в водородных автомобилях платина? Этот дорогой металл использовался в качестве катализатора, цена которого очень высока, что не может не отражаться на стоимости автомобиля. Хотя американские учёные уже создали катализатор на основе углеродных трубок, который стоит в 650 дешевле платины.

Таким образом, механизм работы водородного автомобиля похож на работу электромобилей. Всё дело только в источнике энергии.

Где заправляют водородные автомобили?

К сожалению, заправочных водородных станций в мире совсем мало. В 2018 г. их около 300, половина которых находится в Северной Америке, а другие – в Японии, Германии и Китае.

Кроме этого, существуют домашние и мобильные заправки. Они могут производить около тонны чистого водорода в год. Этого вполне хватит для заправки нескольких автомобилей в день. Топливо производится при помощи гидролиза воды, установку запускают только ночью, чтобы не нагружать электрическую сеть.

чем заправляется водородный автомобильчем заправляется водородный автомобиль

Автозаправки бывают 3 типов:

  1. Малые. Они производят около 20 кг водорода в 24 часа. Хватит для полной заправки 5 легковых автомобилей.
  2. Средние. Вырабатывают от 50 до 1250 кг топлива в сутки. Могут в день заправлять 250 стандартных машин или 25 грузовиков.
  3. Промышленные. Производят более 2500 кг чистого водорода. Могут заправлять больше 500 легковушек в сутки.

водородные батареи для автомобиляводородные батареи для автомобиля

Заправка состоит из компрессора, диспенсера, системы очистки, электрического лизёра, система хранения водорода. Топливо может производиться как при помощи электролиза воды, так и с помощью паровой конверсии метана.

Для того, чтобы заменить большую сеть бензиновых заправок на водородные, понадобится примерно 1,5 трлн. долларов. А стоимость одной водородной станции обойдётся в 2-3 млн. долл., но окупаемость её быстрее, чем для электрической станции из-за быстрой зарядки.

Список автомобилей на водородном топливе

Существует ли автомобиль на водородном топливе? Да, причём их количество не такое уж и малое. Расскажу про самые популярные модели.

Honda Clarity

как работает водородный двигатель на автомобиле groveкак работает водородный двигатель на автомобиле grove

Автомобиль продавали в Японии и Калифорнии до 2014 года. Запас хода около 600 км, что больше, чем у любого электрокара. Заправляется Honda Clarity за считанные минуты.

Затем автоконцерн Honda выпустил конкурента Toyota Mirai, цена которого 72 тыс. долл. под названием Clarity Fuel Cell. На полной заправке можно было проехать до 700 км. Мотор имеет мощность 174 л.с. Автомобиль 5-местный.

Toyota Mirai

что значит водородный автомобильчто значит водородный автомобиль

Это японский автомобиль, который создали после несколько десятков лет разработок. Автомобиль сначала выпустили для японского рынка, а затем и для американского.

Запас хода автомобиля на одной заправке 502 км, максимальная скорость – 178 км/ч., мощность – 153 л.с. В авто встроена система, которая видит препятствия и автоматически включает тормоз. В машине есть сенсорные экраны, при помощи которых осуществляется управление навигацией и микроклиматом.

Ford Airstream

водород автомобильводород автомобиль

Это гибридный автомобиль с электрическим мотором и водородными ячейками. Поэтому кроме водорода автомобиль может применять для движения аккумуляторы, которые подзаряжаются от водородных элементов.

На аккумуляторе Ford Airstream может проехать около 40 км (это половина заряда), а затем активируется водородное топливо. Запас хода чуть более 450 км, а максимальная скорость — 135 км/ч.

Mercedes-Benz GLC F-CELL

стоимость водородного топлива для автомобилястоимость водородного топлива для автомобиля

Это первый серийный автомобиль, который сочетает в себе аккумулятор и водородные топливные ячейки. На электричестве он может проехать 50 км, а на водороде – около 430 км. Отмечу, что аккумулятор можно зарядить от обычной электрической розетки.

Автомобиль можно использовать как в качестве электрокара на небольшие расстояния, так и в качестве водородного авто для длительных поездок.

Pininfarina h3 Speed

водородные элементы для автомобиляводородные элементы для автомобиля

Это итальянский автомобиль, который способен разгоняться до 100 км/ч всего за 3,4 секунд. Максимально автомобиль может разгоняться до 299 км/ч. Запасы чистого водорода в баке – чуть более 6 кг. Кроме этого Pininfarina имеет мощный аккумулятор и электромоторы. Цена этого продвинутого автомобиля составляет 2,5 млн. долл.

BMW Hydrogen 7

существует ли автомобиль на водородном топливесуществует ли автомобиль на водородном топливе

Авто создано на базе стандартной BMW 7. Он работает как на бензине, так и на жидком водороде. В BMW Hydrogen 7 имеется бензиновый бак на 74 литра и большой водородный баллон весом целых 8 кг. Таким образом, максимальный запас хода в этой машине 780 км.

Автомобиль автоматически переключается между двумя типами топлива. Мощность двигателя на водороде – 228 л.с., а на бензине – больше на 32 л.с. Максимальная скорость 229 км/ч, разгон до 100 км/ч осуществляется чуть меньше, чем за 10 секунд.

Hyundai Nexo

как устроен водородный автомобилькак устроен водородный автомобиль

Этот автомобильный концерн также стал одним из первых производить серийные водородные автомобили. Мощность двигателя Hyundai Nexo составляет 161 л.с., запас хода – 600 км. Разгоняется авто до 100 км/ч за 10 секунд. Цена автомобиля от 70 тыс. долл.

Grove Obsidian

устройство водородного автомобиляустройство водородного автомобиля

Это водородный китайский автомобиль нового поколения, у которого запас хода составляет впечатляющие 1000 км. Он экономно расходует топливо за счёт облегчённого корпуса из углеродного материала и невысокому аэродинамическому сопротивлению. Заправка бака происходит всего за 3 минуты, а сам топливный бак очень прочен. А если бак будет повреждён, то водород из него вытечет в жидком виде и сгорит менее чем за 2 минуты.

Серийно автомобили станут выпускать с 2020 года, а к 2030 планируется создать 1 миллион экземпляров.

Другие авто

Ограниченно выпускают:

  • Audi A7 h-tron quattro;
  • Hyundai Tucson FCEV;
  • Mazda RX-8 Hydrogen RE;
  • Автобус Ford E-450;
  • Низкопольные автобусы MAN Lion City Bus.

Испытывают:

  • Focus FCV;
  • Honda FCX;
  • Nissan X-TRAIL FCV;
  • Toyota Highlander FCHV;
  • Volkswagen — space up!;
  • Mercedes-Benz A-Class и Mercedes-Benz Citaro;
  • Irisbus;
  • Toyota FCHV-BUS;
  • единичные модели в Чехии, Китае и Бразилии.

Есть ли будущее у автомобилей на водородном топливе

В настоящее время имеется множество препятствий для того, чтобы перевести большую часть автомобилей на водородное топливо:

Высокая цена водорода. Примерная цена 9 долларов на 100 км пробега. Гибридный автомобиль (Toyota Prius) проедет те же сто км за 2,8 долларов, а Tesla Model S – за 3 бакса. А снижение цены на водород до уровня цен на бензин не прогнозируют даже сами производители автомобилей. Поэтому здесь не получится никакой экономии как при покупке транспорта, так и при заправках.

Производство водорода — вредно для экологии. Сейчас водород производится при помощи паровой конверсии метана, либо частичного окисления. После производства чистого водорода в атмосферу оксид углерода (углекислый газ, CO2), против которого борются многие страны при помощи альтернативных источников энергии для автомобилей. Поэтому здесь получается замкнутый круг.

Отсутствие развития водородных заправок. Для открытия средней водородной заправочной станции требуется не очень большие средства. Все станции можно пересчитать по пальцам, поэтому на водородном автомобиле далеко не уедешь. Придётся осуществлять поездки только в тех местах, где имеются эти самые водородные станции.

Высокая цена на водородные автомобили. Цена на Toyota Mirai на данный момент составляет от 58 тыс. долларов, а на самом деле его продают почти по себестоимости. Из-за таких цен многие не спешат с покупкой таких автомобилей.

Отсутствие преимуществ перед электрокарами. Запас хода, цена заправки, безопасность, мощность и разгон – везде выигрывают электрические автомобили по сравнению с водородными машинами. Единственный плюс у водородных авто – это очень быстрая заправка – 3-5 минут, тогда как электромобили заправляются за 30 минут и более. В любом случае можно в электрокарах можно быстро поменять батарею и через пару минут ехать на «полном баке». Да и когда изобретут более быстрый метод заправок электрических автомобилей, то водородные авто отойдут на 2 план.

Для чего тогда автоконцерны производят и разрабатывают автомобили? Во-первых, это вложение, вдруг через несколько лет именно эта технология окажется наиболее перспективной. Во-вторых, между фирмами идёт соперничество. В-третьих, в некоторых штатах законодательство так поменялось, что сделать водородное авто в 5 раз выгоднее, чем электрокар, плюс государство даёт постоянные гранты и вливания на развитие заправок. Если появится большое количество заводов по производству водорода, то цена автомобилей и водорода будет более интересная.

Видео: Автогиганты бьют по ТЕСЛА: ВОДОРОДНЫЕ автомобили будущего!

Водородный автомобиль – это авто будущего, к переходу на которые могут перейти в недалёком будущем. Сейчас самый популярный авто на водороде – это Toyota Mirai, стоимость которого сравнима с ценой электрокаров. Обеспечивается работа автомобилей при помощи специальных топливных ячеек или элементов, число которых достигает несколько сотен.

Если бы цена на газ была меньше, а заправок было бы больше, то авто с водородными двигателями получили бы не меньшую популярность, чем электромобили. Посмотрим, что покажет будущее.

Сколько раз прочитали статью:
1 465

Есть свое мнение или вопрос по теме статьи? Напиши свой комментарий ниже!

Водородный двигатель: типы,устройство,принцип работы,фото,видео | АВТОМАШИНЫ

Первым разработчиком, представившим водородный двигатель для автомобиля широкой публике, был концерн «Тойота». Ещё в 1997 году ими был презентован внедорожник FCHV, который тогда так и не запустили в серийное производство

Сегодня ведут исследования и другие компании, среди них:

  • Honda Motor,
  • Volkswagen,
  • General Motors,
  • Daimler AG,
  • Ford Motor,
  • BMW и так далее.

Содержание статьи

История создания водородного двигателя

Начнем с того, что идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Как видно, двигатель на водороде «родился» задолго до того, как был поднят ряд вопросов касательно окружающей среды и токсичности выхлопа.

Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде были предприняты не для защиты окружающей среды, а в целях банального использования водорода в качестве топлива. Спустя несколько десятков лет (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, который успешно работал на смеси воздуха и водорода.

Во времена Второй мировой войны, когда возникли сложности с поставками нефтяного топлива, техник из СССР Борис Исаакович Шелищ, который был родом из Украины, заложил основы российской водородной энергетики. Он также предложил использовать смесь водорода и воздуха в качестве горючего  для ДВС, после чего его идеи быстро нашли практическое применение. В результате появилось около полутысячи двигателей, работавших на водороде.

Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Затем об этом двигателе вспомнили только тогда, когда в 70-е годы XX века случился топливный кризис. В результате компания BMW в 1979 г. построила автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Агрегат работал относительно стабильно, не было взрывов и выбросов водяного пара.

Другие автопроизводители также начали работы в этой области, в результате чего к концу XX века появилось не только много прототипов, но и вполне успешно действующих образцов двигателей на водородном топливе (бензиновый и дизельный двигатель на водороде).

Однако после того как топливный кризис окончился, работы над водородными ДВС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже по причине серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете быстро сокращаются и на нефтепродукты закономерно растут цены.

Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород является вполне доступной альтернативой. На сегодняшний день над водородными ДВС ведут работы GM, BMW, Honda, корпорация Ford и т.д.

ТИПЫ ВОДОРОДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Наука непрерывно развивается. Каждый день придумываются новые концепты. Но только лучшие из них воплощаются в жизнь. Сейчас существует всего два типа водородных двигателей, которые могут быть рентабельными и производительными.

Первый тип водородного двигателя работает на топливных элементах. К сожалению, водородные двигатели данного типа до сих пор имеют высокую стоимость. Дело в том, что в конструкции содержаться дорогие материалы вроде платины.

Ко второму типу относятся водородные двигатели внутреннего сгорания. Принцип работы таких устройств сильно напоминает пропановые модели. Именно поэтому их часто перенастраивают для работы под водород. К сожалению, КПД подобных устройств на порядок ниже тех, что функционируют на топливных элементах.

На данный момент тяжело сказать, какая из двух технологий по созданию водородных двигателей победит. У каждой есть свои плюсы и минусы. В любом случае работы в данном направлении не прекращаются. Поэтому, вполне возможно, что к 2030 году машину с водородным двигателем можно будет купить в любом автосалоне.

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.

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.

Рекомендации по созданию водородного двигателя своими руками

В обычных условиях выделить гидроген из воды практически невозможно. Для успешного протекания процесса необходимо использование специальных катализаторов. На сегодняшний день применяются такие их разновидности:

  1. достаточно простая конструкция, управляемая весьма примитивным механизмом, выполняется в виде цилиндрических банок. К сожалению, элементарное устройство данного катализатора негативно отразилось на производительности водородного двигателя. Её максимальная величина характеризуется показателем 0,7 л газа, выделяемого за одну минуту. Такой вид катализатора подходит для ДВС на водороде с небольшой ёмкостью, а именно до 1,5 литров. Увеличение количества банок способствует возможности эксплуатации силового агрегата большего объёма;
  2. наилучшей эффективностью обладает катализатор, представленный обособленными ячейками. Такая система характеризуется максимальным коэффициентом полезного действия;
  3. на долгосрочную эксплуатацию рассчитаны открытые пластины или сухой катализатор. Благодаря свободному доступу воздуха из окружающей среды создаётся возможность наиболее эффективного охлаждения. Из перечисленных разновидностей система имеет средний показатель производительности, выражающийся величиной, колеблющейся в пределах 1-2 л газа, выделяемого из воды на протяжении одной минуты.

Конструкторские бюро и исследовательские институты не прекращают изыскания по разработке водородных двигателей, обладающих приемлемой производительностью при максимальном КПД. Уже сегодня практикуется применение гибридных устройств, в которых успешно сочетаются различные источники питания. Оптимальной считается комбинация водорода с бензином. Также учёные продолжают поиски идеального катализатора, способного обеспечить наибольшую производительность.

Формирование водородного агрегата

Для начала надлежит обеспечить устройство трубопровода с добавочными ёмкостями Датчик уровня жидкости, закреплённый в центре крышки, препятствует ложному срабатыванию во время движения вверх-вниз. Этим прибором управляется система автоматической подпитки.

Датчик давления регулирует подкачку воды, включая т отключая её при показателях соответственно 40 и 45 psi. При достижении нагрузки в 50 psi приводится в действие предохранитель, в конструкции которого предусмотрены две функционально значимые части:

  • вентиль аварийного сброса используется в экстремальных ситуациях;
  • разрывной диск, принцип работы которого заключается в активации при показателе давления в 60 psi, обеспечивая сохранность системы.

 

Особое внимание следует уделить качественному отводу тепла. Для этой цели подбирается наиболее холодная свеча.

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной).  Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода.  В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Такая реакция образует воду,  при этом электроны из камеры с анодом поступают в электрическую цепь. Указанная цепь подключена к двигателю. Простыми словами, образуется электричество, которое заставляет двигатель работать от такого водородного топливного элемента.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. Основным минусом является высокая стоимость топливных элементов по причине использования платины, палладия и других дорогих металлов. В результате конечная стоимость транспорта с таким двигателем сильно возрастает.

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.

Дифференциал Torsen: устройство,виды и принцип работы
Что выбрать: гидроусилитель или электроусилитель руля?
Датчик дроссельной заслонки: предназначение,типы,виды,неисправности,фото
Датчик холостого хода: принцип действия,устройство,виды,фото,назначение
Автомобильные стекла: что это такое и какие виды бывают?

Водородный двигатель для автомобиля, как избавиться от нефтяной зависимости

Запасы нефти подходят к концу, что вынуждает человечество искать альтернативные источники энергии, способные заменить «черное золото». Одним из решений является применение водородного двигателя, отличающегося меньшей токсичностью и большим КПД. Главное то, что запас сырья для производства горючего почти неограничен.

Когда появился водородный двигатель для автомобиля? В чем особенности его устройства, и каков принцип действия? Где применяется такая технология? Реально ли сделать такой мотор своими руками? Эти и другие вопросы рассмотрим ниже.

Когда появился водородный двигатель, основные компании, ведущие его разработку

Интерес к применению водорода появился еще в 70-х годах в период острого дефицита топлива. Первым современным разработчиком, который представил двигатель для автомобиля работающий на водороде, стал концерн Toyota. Именно он в 1997 году выставил на всеобщее обозрение внедорожник FCHV, который так и не пошел в серийное производство.

Несмотря на первую неудачу, многие компании продолжают исследования и даже производство таких автомобилей. Наибольших успехов добились концерны Тойота, Хендай и Хонда. Разработки ведут и другие компании — Фольксваген, Дженерал Моторз, БМВ, Ниссан, Форд.

В 2016 году появился первый поезд на водородном топливе, являющийся детищем немецкой компании Alstom. Планируется, что новый состав Coranda iLint начнет движение в конце 2017 года по маршруту из Букстехуде в Куксхавен (Нижняя Саксония).

В будущем планируется заменить такими поездами 4000 дизельных составов Германии, перемещающихся по участкам дорог без электрификации.

Интерес к покупке Coranda iLint уже проявила Норвегия, Дания и другие страны.

Особенности водорода как топлива для двигателя

В ДВС бензин смешивается с воздухом, после чего подается в цилиндры и сгорает, в результате чего происходит перемещение поршней и движение транспортного средства.

Применение водорода в виде топлива имеет ряд нюансов:

  • После сжигания топливной смеси на выходе образуется только пар.
  • Реакция воспламенения происходит быстрее, чем в случае с дизельным топливом или бензином.
  • Благодаря детонационной устойчивости, удается поднять степень сжатия.
  • Теплоотдача водорода на 250% выше, чем у топливно-воздушной смеси.
  • Водород — летучий газ, поэтому он попадает в мельчайшие зазоры и полости. По этой причине немногие металлы способны перенести его разрушительное влияние.
  • Хранение такого топлива происходит в жидкой или сжатой форме. В случае пробоя бака водород испаряется.
  • Нижний уровень пропорции газа для вхождения в реакцию с кислородом составляет 4%. Благодаря этой особенности, удается настроить режимы работы мотора путем дозирования консистенции.

С учетом перечисленных нюансов применять H2 в чистом виде для двигателя внутреннего сгорания нельзя. Требуется внесение конструктивных изменений в ДВС и установка дополнительного оборудования.

Устройство водородного двигателя

Автомобили с двигателем работающем на водороде делятся на несколько групп:

  • Машины с 2-мя энергоносителями. Они обладают экономичным мотором, способным работать на чистом водороде или бензиновой смеси. КПД двигателя такого типа достигает 90-95 процентов. Для сравнения дизельный мотор имеет коэффициент полезного действия на уровне 50%, а обычный ДВС — 35%. Такие транспортные средства соответствуют стандарту Евро-4.
  • Автомобиль со встроенным электродвигателем, питающим водородный элемент на борту транспортного средства. Сегодня удалось создать моторы, имеющие КПД от 75% и более.
  • Обычные транспортные средства, работающие на чистом водороде или топливно-воздушной смеси. Особенность таких двигателей заключается в чистом выхлопе и увеличении КПД еще на 20%.

Как отмечалось выше, конструкция мотора, работающего на H2, почти не отличается от ДВС за исключением некоторых аспектов.

Главной особенностью является способ подачи горючего в камеру сгорания и его воспламенения. Что касается преобразования полученной энергии в движение КШМ, процесс аналогичен.

Принцип работы

Принцип работы водородных двигателей стоит рассмотреть применительно к двум видам таких установок:

  1. Моторы внутреннего сгорания;
  2. Двигатели на водородных элементах.

Водородные моторы внутреннего сгорания

В ДВС из-за того, что горение бензиновой смеси осуществляется медленнее, топливо попадает в камеру сгорания раньше достижения поршнем своей верхней точки.

В водородном двигателе, благодаря мгновенному воспламенению газа, удается сместить время впрыска до момента, пока поршень начнет возвратное движение. При этом для нормальной работы мотора достаточно небольшого давления в топливной системе (до 4-х атмосфер).

В оптимальных условиях водородный мотор способен работать с питающей системой закрытого вида. Это значит, что в процессе образования смеси атмосферный воздух не применяется.

После завершения такта сжатия в цилиндре остается пар, который направляется в радиатор, конденсируется и становится водой.

Реализация варианта возможна в случае, если на машине смонтирован электролизер — устройство, обеспечивающее отделение водорода от H2O для последующей реакции с O2.

Воплотить в реальность описанную систему пока не удается, ведь для нормальной работы двигателя и снижения силы трения применяется масло.

Последнее испаряется и является частью отработавших газов. Так что применение атмосферного воздуха при работе водородного двигателя пока необходимо.

Двигатели на водородных элементах

Принцип действия таких устройств построен на протекании химических реакций. Кожух элемента имеет мембрану (проводит только протоны) и электродную камеру (в ней находится катод и анод).

В анодную секцию подается H2, а в катодную камеру — O2. На электроды наносится специальное напыление, выполняющее функцию катализатора (как правило, платина).

Под действием каталитического вещества происходит потеря водородом электронов. Далее протоны подводятся через мембрану к катоду, и под влиянием катализатора формируется вода.

Из анодной камеры электроны выходят в электрическую цепь, подключенную к мотору. Так формируется ток для питания двигателя.

Где использовались водородные топливные элементы?

Особенность топливных элементов водородного типа —способность производить энергию для электрического мотора. Как результат, система заменяет ДВС или становится источником бортового питания на транспортном средстве.

Впервые топливные элементы были использованы в 1959 году компанией из США.

Если говорить в целом, топливные элементы применяются:

  • НА АВТОМОБИЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ. В отличие от КПД стандартного двигателя, они показывают лучшие результаты. На испытании первого автобуса топливные элементы показали КПД в 57%. Сегодня такие устройства тестируются многими производителями автомобилей — Хонда, Форд, Ниссан, Фольксваген и другими.
  • НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ. На современном этапе больше 60% транспорта на ж/д — тепловозы. Сегодня водородные поезда разрабатываются во многих странах — Японии, Дании, США и Германии.
  • НА МОРСКОМ ТРАНСПОРТЕ. Водородные топливные элементы наиболее востребованы на подводных лодках. Активные работы в этом направлении ведутся в Германии и Испании, а в роли заказчиков выступают другие страны, среди которых Италия, Греция, Израиль.
  • В АВИАЦИИ. Первые самолеты на водородном двигателе появились еще в 80-х годах прошлого века. На современном этапе новый вид топлива применяется для создания беспилотных летательных аппаратов (в том числе вертолетов).

Также водородные топливные элементы нашли применение на вилочных погрузчиках, велосипедах, скутерах, мотоциклах, тракторах, автомобилях для гольфа и другой технике.

Преимущества и недостатки

Чтобы понять особенности и перспективы водородного двигателя в автомобиле, стоит знать его плюсы и минусы. Рассмотрим их подробнее.

Плюсы:

  • ЭКОЛОГИЧНОСТЬ. Внедрение водородного двигателя — возможность забыть о проблеме загрязнения окружающей среды. При глобальном переходе на этот вид топлива удастся снизить парниковый эффект и, возможно, спасти планету. Экологичность новых разработок подтверждена компанией Тойота. Работники концерна доказали, что выхлоп из машины безопасен для здоровья. Более того, выходящую воду можно пить, ведь она дистиллирована и очищена от примесей.
  • ОПЫТ РАЗРАБОТОК. Известно, что водородный двигатель создан давно, поэтому с его применением на автомобилях проблем быть не должно. Если углубится в историю, первое подобие мотора на водороде в начале XIX века удалось создать Франсуа Исаак де Ривазу — конструктору из Франции. Кроме того, в период блокады Ленинграда на новый вид топлива было переведено почти 500 машин.
  • ДОСТУПНОСТЬ. Не менее важный фактор в пользу H2 — отсутствие дефицита. При желании этот вид топлива можно получать даже из сточных вод.
  • ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ В РАЗНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВКАХ. Существует мнение, что водород используется только в ДВС. Это не так. Новая технология задействована при создании топливного элемента, с помощью которого удается получить электрический ток и запитать электромотор транспортного средства. Преимущества заключаются в безопасности и отсутствии ископаемых элементов, что исключает загрязнение окружающей среды. На современном этапе такая схема считается наиболее безопасной и пользуется наибольшим спросом у разработчиков.

Также к плюсам стоит отнести:

  • Минимальный уровень шума;
  • Улучшение мощности, приемистости и других параметров двигателя;
  • Большой запас хода;
  • Низкий расход горючего;
  • Простота обслуживания;
  • Высокий потенциал применения в виде альтернативного топлива.

Недостатки водородного двигателя:

  • СЛОЖНОСТЬ ИЗВЛЕЧЕНИЯ H2 ИЗ ВОДЫ. Как отмечалось, данный газ считается наиболее распространенным элементом на планете, но в чистом виде его почти нет. Этот газ имеет минимальный вес, поэтому он поднимается и удерживается в верхних слоях атмосферы. Атомы H2 быстро связываются с другими элементами, в результате чего образуется вода, метан и другие вещества. Вот почему для применения водорода его необходимо извлечь, а для этого требуются большие объемы энергии. На текущий момент такое производство нерентабельно, что тормозит процесс внедрения водородных двигателей. По приблизительным расчетам цена литра, сжиженного H2 равна от 2 до 8 евро. Итоговые расходы во многом зависят от способа добычи топлива.
  • ОТСУТСТВИЕ НЕОБХОДИМОГО ЧИСЛА ЗАПРАВОК. Не меньшая проблема — дефицит АЗС, готовых заправлять машины водородным топливом. Проблема заключается в высокой стоимости оборудования для таких автозаправочных станций (если сравнивать с обычной АЗС). Сегодня разработано множество проектов станций для заправок водородом — от крупных до небольших заправок, но из-за дороговизны и отсутствия массового применения водородных двигателей на автомобилях процесс внедрения идеи может растянуться на десятилетия.
  • НЕОБХОДИМА ДОРОГОСТОЯЩАЯ МОДЕРНИЗАЦИЯ ДВС. Как отмечалось, водородное топливо теоретически может использоваться для заправки ДВС. Но для применения H2 в качестве основного топлива требуются конструктивные изменения. Если ничего не менять, мощность мотора падает на 20-35%, а ресурс силового узла значительно снижается. Но и это не главный недостаток. Опасность в том, что такой механизм проработает недолго и быстро выйдет из строя. Сгорая, водородная смесь выделяет большее тепло, что приводит к перегреву поршневой и клапанной системы, а мотор работает в режиме повышенных нагрузок. Кроме того, высокие температуры негативно влияют на материалы, из которых сделан силовой узел, и смазывающие вещества. В результате рабочие элементы двигателя быстро износятся. Это значит, что без модернизации ДВС применение H2 невозможно.
  • ДОРОГОВИЗНА МАТЕРИАЛОВ. Главным «камнем преткновения» в вопросе развития водородных технологий является высокая стоимость материалов. В качестве катализатора используется платина, цена которой для рядового автовладельца очень высока. Проще потратить деньги и подарить дорогое кольцо жене, чем отдавать их для установки новой детали. Надежда остается на ученых, которые ищут альтернативы для дорогостоящего катализатора. Проводятся тестирования элементов, способных заменить драгоценный металл.

Кроме уже рассмотренных выше, стоит выделить еще ряд недостатков:

  • Опасность пожара или взрыва.
  • Риски для планеты, ведь увеличение объема водорода может привести к непоправимым последствиям для озонового слоя.
  • Увеличение веса машины из-за применения мощных АКБ и преобразователей.
  • Наличие проблем с хранением водородного топлива — под высоким давлением или в сжиженном виде. Исследователи еще не пришли к единому выводу, какой из вариантов лучше.

Опасность водородного топлива

В рассмотренных выше недостатках упоминалось об опасности применения водородного топлива для двигателя. Это главный минус новой технологии.

В сочетании с окислителем (кислородом) возрастает риск воспламенения водорода или даже взрыва. Проведенные исследования показали, что для воспламенения H2 достаточно 1/10 части энергии, необходимой для зажигания бензиновой смеси. Другими словами, для вспыхивания водорода хватит и статической искры.

Еще одна опасность заключается в невидимости водородного пламени. При горении вещества огонь почти незаметен, что усложняет процесс борьбы с ним. Кроме того, чрезмерное количество H2 приводит к появлению удушья.

Опасность в том, что распознать данный газ крайне сложно, ведь у него нет запаха и он полностью невидим для человеческого глаза.

Кроме того, сжиженный H2 имеет низкую температуру, поэтому в случае утечки с открытыми частями тела высок риск серьезного обморожения. Находится данный газ должен в специальных хранилищах.

Из рассмотренного выше напрашивается вывод, то водородный двигатель опасен, и использовать его крайне рискованно.

На самом деле, газообразный водород имеет небольшой вес и в случае утечки он рассеивается в воздухе. Это значит, что риск его воспламенения минимален.

В случае с удушьем такая ситуация возможна, но только при нахождении в замкнутом помещении. В ином случае утечка водородного топлива опасности для жизни не несет. В оправдание стоит отметить, что выхлопные газы ДВС (а именно угарный газ) также несут смертельный риск.

Современные автомобили с водородными двигателями

Возможность применения двигателей на водородном топливе заинтересовала многих производителей. В результате в автомобильной индустрии появляется все больше машин, работающих на данном газе.

К наиболее востребованным моделям стоит отнести:

  • Компания Тойота выпустила автомобиль Fuel Cell Sedan. Для устранения проблем с дефицитом пространства в салоне и багажном отсеке емкости с водородным топливом размещены на полу транспортного средства. Fuel Cell Sedan предназначен для перевозки людей, а его стоимость составляет 67.5 тысяч долларов.
  • Концерн БМВ представил свой вариант автомобиля Hydrogen Новая модель протестирована известными деятелями культуры, бизнесменами, политиками и другими популярными личностями. Испытания показали, что переход на новое топливо не влияет на комфортабельность, безопасность и динамику транспортного средства. При необходимости виды горючего можно переключать с одного на другой. Скорость Hydrogen7 — до 229 км/час.
  • Honda Clarity — автомобиль от концерна Хонда, который поражает запасом хода. Он составляет 589 км, чем не может похвастаться ни одно транспортное средство с низким уровнем выбросов. На дозаправку уходит от трех до пяти минут.
  • «Монстр» от Дженерал Моторс показан в октябре 2016 года. Особенность автомобиля заключается в невероятной надежности, что подтверждено проведенными исследованиями армией США. Во время испытаний транспортное средство прошло больше 3 миллионов километров.
  • Концерн Тойота выпустил на рынок водородную модель Mirai. Продажи начались еще в 2014 году на территории Японии, а в США — с октября 2015 года. Время на заправку Mirai составляет пять минут, а запас хода на одной заправке 502 км. ФОТО 21 22 Недавно представители концерна заявили, что планируют внедрять данную технологию не только в легковой транспорт, но и в вилочные погрузчики и даже грузовики. 18 колесный грузовик уже тестируется в Лос-Анжелесе.
  • Производитель Лексус планирует свой вариант автомобиля с водородным двигателем в 2020 году, поэтому о транспортном средстве известно мало подробностей.
  • Компания Ауди представила концепт H-tron Quattro в Детройте. По заверению производителя машина может проехать на одном баке около 600 км, а набрать скорость до 100 км/час удается за 7,1 секунду. Машина имеет «виртуальную» кабину, заменяющую стандартную приборную панель.
  • БМВ в сотрудничестве с Тойотой планирует выпуск своего водородного транспортного средства к 2020 году. Производитель заверяет, что запас хода новой модели составляет больше 480 км, а дозаправка будет занимать до 5 минут.
  • В 2013 году в компании Форд заявили, что активное производство водородных двигателей начнется уже к концу 2017 года при сотрудничестве с Ниссан и Мерседес-Бенц. Но реализовать задуманное на практике пока не удается — работники концерна находятся на этапе разработки.
  • Мерседес-Бенц на Франкфуртском автосалоне представил внедорожник GLC, который появится на рынке в конце 2019 года. Авто комплектуется аккумулятором на 9,3 кВт*ч, а запас хода составляет 436 км. Максимальная скорость ограничивается электроникой на уровне 159 км/час.
  • Nikola Motor представила грузовой автомобиль с водородным двигателем, имеющий запас хода от 1287 до 1931 км. Стоимость нового автомобиля составит 5-7 тысяч долларов за аренду в месяц. Выпуск планируется начать с 2020 года.
  • Производитель Хендай создал новую линейку Tucson. На сегодняшний день произведено и реализовано 140 машин. Бренд Hyundai Genesis представил свой автомобиль с водородным двигателем GV Впервые транспортное средство было представлено в Нью-Йорке, но его производство пока не планируется.
  • Великобритания тоже не отстает в плане новых технологий. В стране уже можно арендовать водородный автомобиль Riversimple Rasa на три или шесть месяцев. Машина весит чуть больше 500 кг и способна проехать на одной заправке около 500 км.
  • Дизайнерский дом Pininfarina создал машину на водородном топливе h3 Speed. Особенность авто заключается в способности ускорятся до сотни всего за 3,4 секунды, а максимальная скорость — 300 км/час. Время на заправку составляет всего три минуты. Стоимость новой модели достигает 2,5 млн. долларов.

Трудности в эксплуатации водородных ДВС

Главным препятствием для внедрения новой технологии является чрезмерные расходы на получение водородного топлива, а также на приобретение комплектующих материалов.

Возникают проблемы и с хранением H2. Так, для удерживания газа в требуемом состоянии требуется температура на уровне -253 градусов Цельсия.

Простейший способ получения водорода — электролиз воды. Если производство H2 требуется в промышленных масштабах, не обойтись без высоких энергетических затрат.

Чтобы повысить рентабельность производства, требуется применение возможностей ядерной энергетики. Чтобы избежать рисков, ученые пытаются найти альтернативы такому варианту.

Перемещение и хранение требует применения дорогих материалов и механизмов высокого качества.

Нельзя забывать и о других сложностях, с которыми приходится сталкиваться в процессе эксплуатации:

  • Взрывоопасность. При утечке газа в закрытом помещении и наличии небольшой энергии для протекания реакции возможен взрыв. Если воздух чрезмерно нагрет, это только усугубляет ситуацию. Высокая проникаемость H2 приводит к тому, что газ попадает в выхлопной коллектор. Вот почему применение роторного мотора считается более предпочтительным.
  • При хранении водорода применяются емкости, имеющей большой объем, а также системы, исключающие улетучивание газа. Кроме того, используются устройства, исключающие механическое повреждение емкостей. Если для грузовых машин, водного или пассажирского транспорта эта особенность не имеет большого значения, легковая машина теряет ценные кубометры.
  • При больших нагрузках и высокой температуре H2 провоцирует разрушение элементов ЦПГ (цилиндропоршневой группы) и смазки в двигателе. Использование специальных сплавов и смазочных материалов приводит к повышению стоимости производства водородных двигателей.

Будущее водородных двигателей

Применение H2 открывает большие перспективы и не только в автомобильной сфере. Водородные двигатели активно применяются на ж/д транспорте, на самолетах и вертолетах. Также они устанавливаются на вспомогательной технике.

Интерес к разработке таких моторов проявляют многие концерны, о которых уже упоминалось выше — Тойота, БМВ, Фольксваген, Дженерал Моторс и другие.

Уже сегодня на дорогах встречаются реальные автомобили, которые работают на водороде. Многие из них рассмотрены выше — БМВ 750i Hydrogen, Хонда FSX, Тойота Mirai и другие.

К работе подключились почти все крупные концерны, которые пытаются найти свою нишу на рынке.

Главным недостатком остается высокая цена H2, нехватка АЗС, а также дефицит квалифицированных работников, способных обслуживать такую технику. Если имеющиеся проблемы удастся решить, машины с водородными двигателями обязательно появятся на наших дорогах.

Конкурирующие технологии

Внимание к моторам на водороде развеивается по той причине, что у технологии имеются конкуренты.

Вот только некоторые из них:

  • ГИБРИДНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА — автомобили, способные работать от нескольких источников энергии. Многие концерны объединяют обычный двигатель внутреннего сгорания и электрический мотор. Еще один вариант гибридной машины — совмещение ДВС, а также силового узла, использующего в качестве топлива сжатый воздух.
  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АВТОМОБИЛИ (ЭЛЕКТРОМОБИЛИ) — транспортные средства, которые приводятся в движение с помощью одного или группы электрических моторов, питающихся от АКБ или топливных элементов. В таких машинах ДВС не применяется. Электромобили не стоит путать с авто, имеющими электрическую подачу, а также с электрическим общественным транспортом (троллейбусами и трамваями).
  • АВТОМОБИЛИ НА ЖИДКОМ АЗОТЕ. Источником энергии, как уже понятно по названию, является жидкий азот (находится в специальных емкостях). Мотор работает следующим образом. Топливо нагревается в специальном механизме, после чего испаряется и преобразуется в газ высокого давления. Далее оно направляется в мотор, где действует на ротор или поршень, передавая таким способом имеющуюся энергию. Машины на жидком азоте были представлены публике, но на современном этапе они не получили широкого применения. Один из таких автомобилей «сыграл» в фильме «Жидкий воздух» в 1902 году. Разработчики уверяют, что такое транспортное средство способно проехать больше 100 км на одном баке.
  • АВТОМОБИЛЬ НА СЖАТОМ ВОЗДУХЕ. Особенность транспортного средства заключается в применении пневмодвигателя, благодаря которому и перемещается транспортное средство. Специальный привод называется пневматическим. Вместо топливовоздушной смеси источником энергии является сжатый воздух. Как отмечалось выше, такая технология входит в состав гибридных машин.

Можно ли сделать своими руками?

Технология работы двигателя на газ известна давно, и многие концерны достигли успехов в вопросе внедрения водородных двигателей. Над совершенствованием классического ДВС задумались и народные умельцы.

Суть заключается в подаче в камеру сгорания специального газа. Такое устройство носит название системы Брауна. При этом бензин также подается в двигатель, но смешивается с газом, что обеспечивает лучшее горение.

В результате появляется водяной пар, очищающий клапана и поршни двигателя от нагара, улучшающий характеристики мотора и повышающий его ресурс.

Чтобы своими руками разложить воду на газ, требуется катализатор, дистиллят, электроды и электричество.

Конструкция собирается из подручных материалов. Допускается применение одной банки, но лучше использовать шесть.

После вырезаются пластинки и объединяются по принципу крест-накрест. Далее они обматываются проволокой и крепятся на крышке. Важно, чтобы электроды не замыкались между собой.

На последнем этапе банки заполняются электролитом и катализатором. Такая схема может работать на любом автомобиле.

Если же говорить о полноценном водородном двигателе, то в гаражных условиях сделать его конечно же не получится из-за сложности технологии.

Водородный двигатель: устройство и принцип работы

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.

Видео о том как работает водородный двигатель

Водородный двигатель: принцип работы и устройство

Водородный двигатель: принцип работы и устройство

Как известно, поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет как плюсы, так и целый ряд определенных недостатков. Прежде всего, глобальной проблемой является токсичный выхлоп бензиновых и дизельных ДВС, а также постоянная потребность в нефтяном топливе. Не сильно меняется ситуация и после перевода автомобиля на газ, так как установка ГБО также не решает всех задач.

С учетом данных особенностей постоянно ведутся разработки альтернативных вариантов. Сегодня реальным конкурентом ДВС является электродвигатель. При этом относительно небольшой запас хода, высокая стоимость аккумуляторных батарей и всего электрокара (электромобиля) в целом, а также отсутствие развитой инфраструктуры по ремонту и обслуживанию таких машин закономерно тормозит их популяризацию.

По этой причине автопроизводители постоянно работают над тем, чтобы получить «безвредный» для окружающей среды и относительно дешевый в производстве силовой агрегат, который при этом не будет нуждаться в дорогом топливе.

Среди подобных двигателей следует отдельно выделить водородный ДВС, который вполне может заменить существующий на сегодня дизельный или бензиновый мотор, причем в обозримой перспективе. Давайте рассмотрим, как работает водородный двигатель, какую конструкцию имеет подобный мотор и в чем заключаются его особенности.

История создания водородного двигателя

Содержание статьи:

Водородный двигатель: принцип работы и устройство

Начнем с того, что идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Как видно, двигатель на водороде «родился» задолго до того, как был поднят ряд вопросов касательно окружающей среды и токсичности выхлопа.

Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде были предприняты не для защиты окружающей среды, а в целях банального использования водорода в качестве топлива. Спустя несколько десятков лет (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, который успешно работал на смеси воздуха и водорода.

Во времена Второй мировой войны, когда возникли сложности с поставками нефтяного топлива, техник из СССР Борис Исаакович Шелищ, который был родом из Украины, заложил основы российской водородной энергетики. Он также предложил использовать смесь водорода и воздуха в качестве горючего  для ДВС, после чего его идеи быстро нашли практическое применение. В результате появилось около полутысячи двигателей, работавших на водороде.

Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Затем об этом двигателе вспомнили только тогда, когда в 70-е годы XX века случился топливный кризис. В результате компания BMW в 1979 г. построила автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Агрегат работал относительно стабильно, не было взрывов и выбросов водяного пара.

Другие автопроизводители также начали работы в этой области, в результате чего к концу XX века появилось не только много прототипов, но и вполне успешно действующих образцов двигателей на водородном топливе (бензиновый и дизельный двигатель на водороде).

Однако после того как топливный кризис окончился, работы над водородными ДВС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже по причине серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете быстро сокращаются и на нефтепродукты закономерно растут цены.

Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород является вполне доступной альтернативой. На сегодняшний день над водородными ДВС ведут работы GM, BMW, Honda, корпорация Ford и т.д.

Работа двигателя на водороде: особенности водородного ДВС

Водородный двигатель: принцип работы и устройство

Начнем с того, что двигатель внутреннего сгорания на водороде по своей конструкции не сильно отличается от обычного ДВС. Все те же цилиндры и поршни, камера сгорания и сложный кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно поступательного движения в полезную работу.

Единственное, в цилиндрах сгорает не бензин, газ или солярка, а смесь воздуха и водорода. Также нужно учитывать и то, что способ подачи водородного топлива, смесеобразование и воспламенение также несколько другой по сравнению с аналогичными процессами в традиционных аналогах.

Прежде всего, горение водорода по сравнению с нефтяным топливом отличается тем, что водород сгорает намного быстрее. В обычном двигателе смесь бензина или солярки с воздухом заполняет камеру сгорания тогда, когда поршень почти поднялся в ВМТ (верхняя мертвая точка), затем топливо какое-то время горит и уже после этого газы давят на поршень.

На водороде реакция протекает быстрее, что позволяет сдвинуть наполнение цилиндра на момент, когда поршень уже начинает движение в НМТ (нижняя мертвая точка). Также после того, как протекает реакция, результатом становится обычная вода вместо токсичных выхлопных газов. Как видно, на первый взгляд стандартный двигатель относительно легко подстроить под водородное топливо путем доработок впуска, выпуска и системы питания, однако это не так.

Первая проблема заключается в том, как получать необходимый водород. Как известно, водород находится в составе воды и является распространенным элементом, однако в чистом виде практически не встречается. По этой причине для максимальной автономности на транспортное средство нужно отдельно ставить водородные установки, чтобы «расщеплять» воду, позволяя мотору питаться необходимым топливом.

Идея кажется привлекательной. Более того, можно даже обойтись без наружного воздуха на впуске и создать закрытую топливную систему. Другими словами, после каждого раза, когда в камере сгорит заряд, в цилиндре будет оставаться водяной пар. Если этот пар пропустить через радиатор, произойдет конденсация, то есть снова образуется вода, из которой можно повторно получить водород.

Однако чтобы этого добиться, на автомобиле должна стоять установка для электролиза (электролизер), которая и будет отделять водород от воды, чтобы затем получить нужную реакцию с кислородом в камере сгорания. На практике установка получается сложной и дорогой, а создать такую закрытую систему довольно сложно.

Дело в том, что любой двигатель внутреннего сгорания независимо от типа топлива все равно нуждается в системе смазки, чтобы защитить нагруженные узлы и трущиеся пары. Если просто, без моторного масла никак не обойтись. При этом масло частично попадает в камеру сгорания и затем в выхлоп. Это значит, что полностью изолировать топливную систему на водороде (не использовать наружный воздух) практически нереализуемая задача.

По этой причине современные водородные двигатели внутреннего сгорания больше напоминают газовые двигатели, то есть агрегаты на газе пропане. Чтобы использовать водород вместо пропана, достаточно изменить настройки такого ДВС. Правда, КПД на водороде несколько снижается. Однако и водорода нужно меньше, чтобы получить необходимую отдачу от мотора. При этом никаких установок для автономного получения водорода не предполагается.

Что касается попытки подать водород в обычный бензиновый или дизельный двигатель, автоматически возникают риски и сложности. Прежде всего, высокие температуры и степень сжатия могут привести к тому, что водород будет вступать в реакцию с нагретыми элементами ДВС и моторным маслом.

Также даже небольшая утечка водорода может стать причиной того, что топливо попадет на разогретый выпускной коллектор, после чего может произойти взрыв или пожар. Чтобы этого не случилось, для работы на водороде чаще задействуют  роторные двигатели. Такой тип ДВС больше подходит для этой задачи, так как их конструкция предполагает увеличенное расстояние между впускным и выпускным коллектором.

Так или иначе, даже с учетом всех сложностей, ряд проблем удается обойти не только на роторных, но даже и на поршневых моторах, что позволяет водороду считаться достаточно перспективной альтернативой бензину, газу или солярке. Например, экспериментальная версия модели BMW 750hL, которую представили в 2000 году, имеет водородный двигатель на 12 цилиндров. Агрегат успешно работает на таком горючем и способен разогнать автомобиль до скорости около 140 км/час.

Сейчас читают

Правда, никаких отдельных установок для получения водорода из воды  на машине не имеется. Вместо этого стоит особый бак, который просто заправлен водородом. Запас хода  на полном баке водорода составляет около 300  км. После того, как водород закончится, двигатель в автоматическом режиме начинает работать на бензине.

Двигатель на водородных топливных элементах

Водородный двигатель: принцип работы и устройство

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной).  Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода.  В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Такая реакция образует воду,  при этом электроны из камеры с анодом поступают в электрическую цепь. Указанная цепь подключена к двигателю. Простыми словами, образуется электричество, которое заставляет двигатель работать от такого водородного топливного элемента.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. Основным минусом является высокая стоимость топливных элементов по причине использования платины, палладия и других дорогих металлов. В результате конечная стоимость транспорта с таким двигателем сильно возрастает.

Водородный двигатель: дальнейшие перспективы

Водородный двигатель: принцип работы и устройство

Сегодня над созданием экологичных двигателей трудятся многие компании. Некоторые идут по пути создания двигателей-гибридов, другие делают ставку на электромобили и т.д. Что касается водородных установок, в плане экологии и производительности данный вариант также может в ближайшее время составить конкуренцию ДВС на бензине, газе или дизтопливе.

Водородные двигатели показали себя несколько лучше, чем самые продвинутые электрокары. Например, японская модель Honda Clarity. Единственное, остался такой недостаток, как способы  и возможности заправки. Дело в том, что инфраструктура водородных заправочных станций не особенно развита, причем в мировом масштабе.

Также не особенно большим является и сам выбор водородных  легковых авто. Кроме Honda Clarity можно разве что упомянуть Mazda RX8 Hydrogen, а также BMW Hydrogen 7. Фактически это автомобили-гибриды, которые работают на жидком водороде и бензине. Еще можно добавить в список Mercedes GLC F-Cell. Эта модель имеет возможность подзарядки от бытовой сети электропитания и позволяет пройти до 500 км. на одном заряде.

Дополнительно стоит отметить модель Toyota Mirai. Автомобиль работает только на водороде, одного бака хватает на 600 км. Водородные двигатели еще встречаются на отечественной модели «Нива», а также устанавливаются корейцами на специальную версию внедорожника Hyundai Tucson.

Как видно, с двигателем на водороде активно экспериментируют многие производители, однако такое решение все равно имеет много недостатков. При этом некоторые минусы сильно мешают массовой популяризации.

Водородный двигатель: принцип работы и устройство

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель GDI. Из этой статьи вы узнаете об особенностях, принципах работы, а также преимуществах и недостатках моторов данного типа.

Прежде всего, это безопасность и сложность транспортировки такого топлива. Важно понимать, что водород  весьма горюч и взрывоопасен даже при относительно невысоких температурах. По этой причине его сложно хранить и перевозить. Получается, необходимо строить особые водородные резервуары для  авто с данным типом двигателя. Как результат, на практике водородных заправок очень мало.

К этому также можно добавить определенную сложность и высокие расходы на ремонт и обслуживание водородного агрегата, а также необходимость в подготовке и обучении большого количества высококвалифицированного персонала. Если же говорить о самом авто на водороде и его эксплуатационных характеристиках, наличие водородной установки делает машину более тяжелой, закономерно ухудшается управляемость.

Подведем итоги

Как видно, сегодня водородные автомобили и двигатель на воде можно считать вполне реальной альтернативой не только привычным ДВС, которые используют нефтяное топливо, но и электрокарам.

Водородный двигатель: принцип работы и устройство

Рекомендуем также прочитать статью о том, что нужно знать о двигателях Range Rover на вторичном рынке авто. Из этой статьи вы узнаете, какие нюансы и особенности касательно ДВС следует учитывать при покупке Рендж Ровер б/у, а также какой подержанный Рейндж Ровер лучше выбрать и с каким мотором.

Прежде всего, такие установки менее токсичны, при этом они не нуждаются в дорогостоящем топливе на основе нефти. Также автомобили с водородным двигателем имеют приемлемый запас хода. В продаже имеются и гибридные модели, использующие как водород, так и бензин.

Что касается недостатков и сложностей, машина с водородным двигателем сегодня имеет высокую стоимость, а также могут возникать проблемы с заправкой топливом по причине недостаточного количества заправочных станций. Не стоит забывать и о том, что также не просто найти специалистов, которые способны качественно и профессионально обслужить водородную силовую установку. При этом обслуживание будет достаточно затратным.

Напоследок отметим, что активное строительство трубопроводов для перекачки газа метана обещает в дальнейшей перспективе возможность перекачки по этим же трубопроводам и водорода. Это значит, что в случае роста общего числа авто с водородными двигателями, также высока вероятность быстрого увеличения количества специализированных заправочных станций.

  • Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Двигатель без коленвала: миф или реальность

    Усовершенствание конструкции поршневого двигателя, отказ от КШМ: бесшатунный двигатель, а также двигатель без коленвала. Особенности и перспективы. Читать далее

  • Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    GDI двигатель: что это такое?

    Конструктивные особенности двигателей GDI с непосредственным впрыском от моторов с распределенным впрыском топлива. Режимы работы, неисправности GDI. Читать далее

  • Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    FSI двигатель: что это такое, недостатки и преимущества

    Двигатель семейства FSI: отличия, особенности, плюсы и минусы силового агрегата данного типа. Распространенные проблемы двигателей FSI, обслуживание мотора. Читать далее

  • Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Какие бывают двигатели внутреннего сгорания: виды…

    Виды двигателей внутреннего сгорания, отличия различных типов ДВС. Особенности компоновки, объем двигателя, мощность, крутящий момент и другие параметры. Читать далее

  • Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    TDI двигатель: что это такое?

    Дизельный мотор TDI. Отличительные особенности двигателя данного типа. Преимущества и недостатки, ресурс, особенности турбонаддува. советы по эксплуатации. Читать далее

  • Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Водородный двигатель: принцип работы и устройство

    Двигатель Рендж Ровер: полезная информация

    Что нужно знать о моторах на Рендж Ровер перед покупкой такого автомобиля б/у. С каким двигателем лучше взять данный автомобиль и почему. Читать далее

Источник

% PDF-1.6
%
3220 0 объект
>
endobj

Xref
3220 530
0000000016 00000 н.
0000014228 00000 п.
0000014617 00000 п.
0000014671 00000 п.
0000014818 00000 п.
0000020635 00000 п.
0000020674 00000 п.
0000020725 00000 п.
0000020776 00000 п.
0000020827 00000 н.
0000020906 00000 н.
0000021789 00000 п.
0000022436 00000 п.
0000023008 00000 п.
0000023437 00000 п.
0000023869 00000 п.
0000024303 00000 п.
0000024740 00000 п.
0000025482 00000 п.
0000033824 00000 п.
0000034519 00000 п.
0000037214 00000 п.
0000037771 00000 п.
0000037962 00000 п.
0000038159 00000 п.
0000040286 00000 п.
0000042601 00000 п.
0000044939 00000 п.
0000045446 00000 п.
0000047582 00000 п.
0000047764 00000 п.
0000050149 00000 п.
0000050441 00000 п.
0000083440 00000 п.
0000085779 00000 п.
0000087346 00000 п.
0000089478 00000 п.
0000090926 00000 п.
0000093231 00000 п.
0000095261 00000 п.
0000096882 00000 п.
0000099260 00000 н.
0000101165 00000 н.
0000102796 00000 н.
0000105012 00000 н.
0000107134 00000 п.
0000108650 00000 н.
0000110803 00000 п.
0000112520 00000 н.
0000114446 00000 н.
0000116138 00000 н.
0000118228 00000 п.
0000120344 00000 н.
0000122218 00000 н.
0000124302 00000 н.
0000126504 00000 н.
0000128774 00000 н.
0000131068 00000 н.
0000133221 00000 н.
0000135350 00000 н.
0000137646 00000 н.
0000139855 00000 н.
0000142117 00000 н.
0000144397 00000 н.
0000146361 00000 п.
0000148467 00000 н.
0000150662 00000 н.
0000152845 00000 н.
0000154956 00000 н.
0000156910 00000 н.
0000159094 00000 н.
0000161296 00000 н.
0000163342 00000 н.
0000165631 00000 н.
0000167922 00000 н.
0000170200 00000 н.
0000172367 00000 н.
0000174435 00000 н.
0000176491 00000 н.
0000178767 00000 н.
0000181058 00000 н.
0000183207 00000 н.
0000185603 00000 н.
0000187964 00000 н.
0000190079 00000 н.
0000192396 00000 н.
0000194688 00000 н.
0000196907 00000 н.
0000199175 00000 н.
0000201563 00000 н.
0000203841 00000 н.
0000206014 00000 н.
0000208350 00000 н.
0000210620 00000 н.
0000212945 00000 н.
0000215268 00000 н.
0000217425 00000 н.
0000219496 00000 н.
0000221841 00000 н.
0000224228 00000 н.
0000226557 00000 н.
0000228673 00000 н.
0000231040 00000 н.
0000233463 00000 н.
0000235676 00000 н.
0000238048 00000 н.
0000240398 00000 н.
0000242496 00000 н.
0000244867 00000 н.
0000247190 00000 н.
0000249281 00000 н.
0000251629 00000 н.
0000254021 00000 н.
0000256183 00000 п.
0000258496 00000 н.
0000260792 00000 н.
0000263095 00000 н.
0000265243 00000 п.
0000267605 00000 н.
0000270024 00000 н.
0000272165 00000 н.
0000274444 00000 н.
0000276751 00000 н.
0000279112 00000 н.
0000281169 00000 н.
0000283347 00000 н.
0000285590 00000 н.
0000287869 00000 н.
0000290238 00000 н.
0000292669 00000 н.
0000294945 00000 н.
0000297396 00000 н.
0000299824 00000 н.
0000302036 00000 н.
0000304422 00000 н.
0000306503 00000 н.
0000308970 00000 н.
0000311174 00000 н.
0000313491 00000 п.
0000315633 00000 н.
0000318037 00000 н.
0000320288 00000 н.
0000322354 00000 н.
0000324638 00000 н.
0000326934 00000 н.
0000329079 00000 н.
0000331187 00000 н.
0000333538 00000 н.
0000335749 00000 н.
0000337826 00000 н.
0000340138 00000 н.
0000342444 00000 н.
0000344571 00000 н.
0000346926 00000 н.
0000349326 00000 н.
0000351454 00000 н.
0000353820 00000 н.
0000355995 00000 н.
0000358109 00000 н.
0000360167 00000 н.
0000362203 00000 н.
0000364376 00000 н.
0000366480 00000 н.
0000368574 00000 н.
0000370771 00000 н.
0000373135 00000 н.
0000375256 00000 н.
0000377628 00000 н.
0000379823 00000 н.
0000382058 00000 н.
0000384402 00000 н.
0000386598 00000 н.
0000388865 00000 н.
0000391034 00000 н.
0000393387 00000 н.
0000395702 00000 н.
0000397907 00000 н.
0000400291 00000 п.
0000402504 00000 н.
0000404731 00000 н.
0000406916 00000 н.
0000409245 00000 н.
0000411511 00000 н.
0000413727 00000 н.
0000416071 00000 н.
0000418319 00000 п.
0000420631 00000 н.
0000423002 00000 п.
0000425110 00000 н.
0000427496 00000 н.
0000429826 00000 н.
0000431945 00000 н.
0000434278 00000 н.
0000436665 00000 н.
0000438723 00000 п.
0000440921 00000 п.
0000443173 00000 н.
0000445470 00000 н.
0000447734 00000 н.
0000449793 00000 н.
0000451991 00000 н.
0000454185 00000 п.
0000456199 00000 н.
0000458400 00000 н.
0000460759 00000 п.
0000463073 00000 н.
0000465398 00000 н.
0000467482 00000 н.
0000469658 00000 н.
0000471963 00000 н.
0000474205 00000 н.
0000476284 00000 н.
0000478542 00000 н.
0000480721 00000 н.
0000483044 00000 н.
0000485396 00000 н.
0000487549 00000 н.
0000489914 00000 н.
0000492233 00000 н.
0000494387 00000 н.
0000496668 00000 н.
0000498956 00000 н.
0000501025 00000 н.
0000503281 00000 н.
0000505670 00000 н.
0000507800 00000 н.
0000510109 00000 н.
0000512237 00000 н.
0000514421 00000 н.
0000516732 00000 н.
0000518895 00000 н.
0000521238 00000 н.
0000523524 00000 н.
0000525607 00000 н.
0000527855 00000 н.
0000530161 00000 п.
0000532326 00000 н.
0000534449 00000 н.
0000536752 00000 н.
0000539077 00000 н.
0000541258 00000 н.
0000543649 00000 н.
0000545997 00000 н.
0000548321 00000 н.
0000550425 00000 н.
0000552622 00000 н.
0000554961 00000 н.
0000557055 00000 п.
0000559442 00000 н.
0000561739 00000 п.
0000564048 00000 н.
0000566197 00000 н.
0000568580 00000 н.
0000570926 00000 н.
0000573044 00000 н.
0000575354 00000 н.
0000577450 00000 н.
0000579815 00000 н.
0000582129 00000 н.
0000584240 00000 н.
0000586595 00000 н.
0000589018 00000 н.
0000591153 00000 н.
0000593513 00000 н.
0000595807 00000 н.
0000597911 00000 н.
0000600204 00000 н.
0000602570 00000 н.
0000604637 00000 н.
0000606959 00000 н.
0000609066 00000 н.
0000611396 00000 п.
0000613803 00000 н.
0000615963 00000 н.
0000618257 00000 н.
0000620553 00000 н.
0000622765 00000 н.
0000625104 00000 п.
0000627220 00000 н.
0000629599 00000 н.
0000631854 00000 н.
0000633918 00000 п.
0000636227 00000 п.
0000638309 00000 п.
0000640611 00000 п.
0000642810 00000 н.
0000644948 00000 н.
0000647274 00000 н.
0000649702 00000 н.
0000651832 00000 н.
0000654226 00000 н.
0000656474 00000 н.
0000658528 00000 н.
0000660809 00000 н.
0000663110 00000 н.
0000665262 00000 п.
0000667417 00000 н.
0000669714 00000 н.
0000671993 00000 н.
0000674212 00000 н.
0000676592 00000 н.
0000678916 00000 н.
0000681054 00000 н.
0000683390 00000 н.
0000684956 00000 н.
0000687336 00000 н.
0000689023 00000 н.
0000691143 00000 н.
0000692868 00000 н.
0000694453 00000 п.
0000696811 00000 н.
0000698580 00000 н.
0000700742 00000 н.
0000702488 00000 н.
0000704780 00000 н.
0000706429 00000 н.
0000708796 00000 н.
0000710592 00000 н.
0000712744 00000 н.
0000714577 00000 н.
0000716896 00000 н.
0000718616 00000 н.
0000720954 00000 н.
0000723329 00000 н.
0000725507 00000 н.
0000727876 00000 н.
0000730135 00000 н.
0000732338 00000 н.
0000734702 00000 н.
0000736943 00000 н.
0000739286 00000 н.
0000741487 00000 н.
0000743747 00000 н.
0000746088 00000 н.
0000748289 00000 н.
0000750504 00000 н.
0000752863 00000 н.
0000755175 00000 н.
0000757306 00000 н.
0000759648 00000 н.
0000762060 00000 н.
0000764205 00000 н.
0000766495 00000 н.
0000768790 00000 н.
0000770567 00000 н.
0000772626 00000 н.
0000774434 00000 н.
0000776667 00000 н.
0000778379 00000 н.
0000780105 00000 п.
0000782365 00000 н.
0000784211 00000 п.
0000786435 00000 н.
0000788229 00000 н.
0000790519 00000 н.
0000792700 00000 н.
0000794541 00000 п.
0000796637 00000 п.
0000798496 00000 п.
0000800788 00000 н.
0000802539 00000 н.
0000804816 00000 н.
0000806633 00000 н.
0000808997 00000 н.
0000811220 00000 н.
0000813544 00000 н.
0000815838 00000 н.
0000818018 00000 п.
0000820149 00000 н.
0000820653 00000 н.
0000826943 00000 н.
0001152526 00000 п.
0001152667 00000 п.
0001175009 00000 пн
0001177369 00000 п.
0001179474 00000 п.
0001181835 00000 п.
0001184057 00000 п.
0001186117 00000 п.
0001188425 00000 п.
0001190728 00000 п.
0001192860 00000 п.
0001194777 00000 п.
0001197201 00000 п.
0001199065 00000 п.
0001201433 00000 н.
0001203340 00000 п.
0001205343 00000 п.
0001207292 00000 п.
0001209164 00000 п.
0001211176 00000 п.
0001213182 00000 п.
0001215085 00000 п.
0001217121 00000 п.
0001217196 00000 п.
0001217327 00000 п.
0001217412 00000 п.
0001217457 00000 п.
0001217578 00000 п.
0001217623 00000 п.
0001217758 00000 пн
0001217803 00000 п.
0001217947 00000 пн
0001217992 00000 н.
0001218103 00000 п.
0001218148 00000 п.
0001218259 00000 п.
0001218304 00000 п.
0001218442 00000 п.
0001218487 00000 п.
0001218669 00000 пн
0001218714 00000 п.
0001218850 00000 п.
0001218895 00000 п.
0001219049 00000 п.
0001219094 00000 п.
0001219208 00000 п.
0001219253 00000 п.
0001219375 00000 п.
0001219420 00000 n
0001219521 00000 п.
0001219566 00000 п.
0001219674 00000 п.
0001219719 00000 п.
0001219840 00000 пн
0001219885 00000 п.
0001220008 00000 пн
0001220053 00000 п.
0001220167 00000 п.
0001220212 00000 п.
0001220346 00000 п.
0001220391 00000 п.
0001220513 00000 н.
0001220558 00000 п.
0001220672 00000 н.
0001220717 00000 п.
0001220821 00000 п.
0001220866 00000 н.
0001221016 00000 п.
0001221061 00000 п.
0001221185 00000 п.
0001221230 00000 п.
0001221372 00000 п.
0001221417 00000 п.
0001221537 00000 п.
0001221582 00000 п.
0001221768 00000 п.
0001221813 00000 п.
0001221926 00000 п.
0001221971 00000 п.
0001222072 00000 п.
0001222117 00000 п.
0001222230 00000 п.
0001222275 00000 п.
0001222390 00000 п.
0001222435 00000 п.
0001222568 00000 п.
0001222613 00000 п.
0001222735 00000 п.
0001222780 00000 п.
0001222927 00000 п.
0001222972 00000 п.
0001223103 00000 п.
0001223148 ​​00000 п.
0001223261 00000 п.
0001223306 00000 п.
0001223424 00000 п.
0001223469 00000 п.
0001223592 00000 п.
0001223637 00000 п.
0001223748 00000 п.
0001223793 00000 п.
0001223902 00000 п.
0001223947 00000 п.
0001224068 00000 п.
0001224113 00000 п.
0001224261 00000 п.
0001224306 00000 п.
0001224433 00000 п.
0001224478 00000 п.
0001224579 00000 п.
0001224624 00000 п.
0001224731 00000 п.
0001224776 00000 п.
0001224882 00000 п.
0001224927 00000 н.
0001225030 00000 п.
0001225075 00000 п.
0001225179 00000 п.
0001225224 00000 п.
0001225381 00000 п.
0001225426 00000 п.
0001225553 00000 п.
0001225598 00000 п.
0001225738 00000 п.
0001225783 00000 п.
0001225931 00000 п.
0001225976 00000 п.
0001226106 00000 п.
0001226151 00000 п.
0001226294 00000 п.
0001226339 00000 п.
0001226456 00000 п.
0001226500 00000 п.
0001226628 00000 п.
0001226672 00000 н.
0001226773 00000 п.
0001226817 00000 п.
0001226922 00000 п.
0001226966 00000 п.
0001227068 00000 п.
0001227112 00000 п.
0001227245 00000 п.
0001227289 00000 п.
0001227421 00000 н.
0001227465 00000 n
0001227597 00000 п.
0001227641 00000 п.
0001227772 00000 н.
0001227816 00000 п.
0001227926 00000 п.
0001227970 00000 n
0001228094 00000 п.
0001228138 00000 п.
0001228232 00000 п.
0001228275 00000 п.
0001228414 00000 п.
0001228457 00000 п.
0000013995 00000 п.
0000011121 00000 п.
прицеп
] >>
startxref
0
%% EOF

3749 0 объект
> поток
xW {XT_ {3d (| E / 6ȠR «Q &} * O0G ٚ 1 Jtz7gG # U צ 4 S3 / Y & 眙 A | 0gZ [מ

.

Военные гиперзвуковые водородные истребители шестого поколения

Пожертвовать

Military Hypersonic Hydrogen-Powered Fighters of the Sixth Generation

Преодоление звукового барьера

Автор Александр Артамонов ; Первоначально появлялся на zvezdaweekly.ru ; Переведено AlexD специально для SouthFront

Россия готова к прорыву в переходе на технологии шестого поколения

В настоящее время развитие традиционного военного самолетостроения вышло на естественный уровень используемых технологий.Трудно представить себе что-то принципиально новое, не укладывающееся в сотни раз отработанные основные направления создания платформ для истребителей и других боевых самолетов. Объявленный переход с пятого поколения ВВС на шестое должен ознаменоваться еще более совершенной авионикой и системами вооружения, а также другими уровнями активной / пассивной защиты бортов… Разумеется, использованием искусственного интеллекта и новых композитных материалов. может поднять бизнес по созданию инновационных инициатив на ранее недоступную высоту.

Однако, если сравнивать этот вид инженерного творения с неожиданным, но вроде бы хорошо подготовленным прорывом, совершенным россиянами в области ракетостроения (речь идет об «Авангарде», «Кинжале» и других системах) становится очевидным, что в авиастроении ХХI века нет ничего принципиально нового. Выведение БТР (летно-технических характеристик) и боевых характеристик на немыслимую высоту не позволит изменить стратегию их использования, поскольку в самой конструкции закономерно заложены предельно допустимые значения по скорости, скрытности, применению (т. Е. , динамичный и практичный потолок машины).

Military Hypersonic Hydrogen-Powered Fighters of the Sixth Generation

Система «Авангард»

Для достижения качественно другого результата и перехода на технологию шестого поколения необходимо было решить проблему кардинальных изменений силового агрегата новой модели. Интересно, что в данный момент свое веское слово в этой сфере снова готова сказать Россия.

Шаг вперед — создание нового двигателя для ВВС

Традиционно боевые самолеты используют только один тип силовой установки — атмосферную двигательную установку, в которой в качестве топлива используется керосин.В ракетостроении, будь то космическое или боевое, используются прямоточные двигатели, которые позволяют совершать космические путешествия за пределы земной атмосферы. В области применения истребителей неоднократно возникал вопрос о конструкции, которая могла бы быть столь же успешной в безвоздушном космосе на орбите Земли, как и при нормальном полете в атмосфере.

Совершенно очевидно, что для достижения таких результатов необходимо придумать некий гибрид ракетных и авиационных двигателей. И, в принципе, такое устройство придумали и изготовили у нас на родине.

Можно с уверенностью сказать, что криогенная авиация «родилась» в СССР в семидесятых и восьмидесятых годах прошлого века. После долгой теоретической работы удалось доказать, а затем практически обосновать возможность массового использования водородного топлива в авиации. В те годы на мировом рынке произошел неожиданный рост цен на ископаемое топливо, из-за чего с новой силой поднималась проблема перехода на другие источники энергии.

Military Hypersonic Hydrogen-Powered Fighters of the Sixth Generation

Турбореактивный двухконтурный авиадвигатель АЛ-31Ф

Российский прототип водородного самолета — первый в мире

Итак, 15 апреля 1988 года в ТЭК им. Громова был проведен цикл летных испытаний на борту. опытный Ту-155, на котором был установлен двигатель НК-88, работал на водородном топливе.Изделие стало результатом многолетней работы моторного коллектива под руководством академика Н.Д. Кузнецова. Вся конструкция самолета была модифицирована для использования под новый силовой агрегат. На борту был установлен резервуар для хранения сжиженного водорода при температуре -253 градуса Цельсия. Кроме того, для нормальной работы изделия необходимо было сначала разработать практически с нуля, а затем применить гелиевую систему для управления силовыми агрегатами, а затем азотную систему в качестве меры предосторожности на случай утечки водорода.

После успешных испытаний самолет вылетел из Москвы в Братиславу в Ниццу и из Москвы в Ганновер. Этот прототип установил 14 мировых рекордов. Собственно, можно считать, что именно тогда родилась так называемая программа «Холод», а затем «Холод-1».

Результатом предстоящих на тот момент исследований должен был стать воздушно-космический полет Ту-2000. В те годы реформаторы резко остановили столь успешную эпическую сагу о разработке нового, для авиации, вида топлива.

Однако результаты не прошли даром. Они легли в основу новых исследований. Так родился гиперзвуковой водородный двигатель, испытанный в России в 1992 году. По сути, этот агрегат не имеет прямого отношения к НК-88, когда-то устанавливался вместо штатного двигателя на опытном Ту-155. Эта старая разработка Н.Д. Кузнецова все еще была двухконтурным авиадвигателем, который, хотя и работал на необычном топливе, был рассчитан на работу на тех же высотах, что и его классические аналоги, летящие на керосине.Но именно благодаря НК-88 удалось доказать, что аэродромное обслуживание таких самолетов не проблема, а сам водород при соблюдении элементарных мер безопасности не более опасен, чем другие горючие вещества.

Military Hypersonic Hydrogen-Powered Fighters of the Sixth Generation

Летающая лаборатория Ту-155 с двигателем НК-88

Последний аргумент, до сих пор не имеющий положительного решения по объективным экономическим причинам, — это стоимость производственного процесса электролиза, за счет которого получают необходимый водород. ,По технико-экономическим расчетам оказывается, что использование водорода в гражданских целях невыгодно, так как общие затраты на его производство, хранение и транспортировку превышают положительный экономический эффект. Базовые модели, которыми любят оперировать противники криогенной авиации, показывают, что на 1 джоуль энергии, получаемой от сгорания этого вида топлива, необходимо будет затратить от 4 до 12 джоулей энергии для обеспечения производственного цикла. В настоящее время не решена проблема повышения энергоемкости производства водорода.

Выход из гравитационного «колодца» нашей планеты

Но то, что стало приговором для гражданской сферы, по сути, никак не повлияло на возможный военный аспект «водородного» проекта. Для истребителя соотношение затрат и экономической эффективности, выраженное в денежных единицах, играет лишь второстепенную роль.

Так, в 1992 году, через четыре года после полета Ту-155, на полигоне прошел испытания гиперзвукового водородного двигателя, что стало принципиально новым словом для массового вывода истребителей (и не только) из гравитационной «скважины». »Нашей планеты.

Предварительные стендовые испытания прототипа «Гиперзвуковая летающая лаборатория» проводились в Центральном институте авиационного моторостроения. В те годы В.А. Сосунов, Р.И.Курзинер, Д.А. Огородников руководил работой. Имейте в виду, ребенок был действительно оригинальным. Двигатель работал в штатном режиме прямоточно со скоростью от 3 до 5 Маха. При превышении этого порога автоматика меняла места подачи топлива в камеру сгорания, и агрегат превращался в гиперзвуковой.Всего за эти годы было выполнено 7 полетов с очень обнадеживающими результатами — стабильной скоростью 5,6 Маха.

В связи с этим в 2005 году на МАКС на одном из российских стендов была представлена ​​модель гиперзвукового самолета «Игла».

Military Hypersonic Hydrogen-Powered Fighters of the Sixth Generation

Модель гиперзвукового самолета «Игла»

По заявленным характеристикам такая машина с экипажем на борту или в режиме дрона развивает скорость 14 Маха за 50 секунд! Следует, однако, отметить, что пока, то есть через 14 лет, специалисты все еще считают цифру в 5-7 Маха более реалистичной.Такой аппарат вполне может стать низкоорбитальным истребителем, способным работать в режиме «атмосфера — околоземный космос».

Водородный истребитель шестого поколения

Таким образом, получается, что именно водородное топливо, на котором работает российский прототип двигателя, позволяет развивать экстремальную скорость и вплотную приближаться к созданию нового класса машин шестого поколения. , По предварительным оценкам некоторых экспертов, не исключено, что в 2025 году мы увидим в металле боевую машину нового типа, работающую на чистом криогенном топливе.

Между прочим

Стратегия использования таких космических истребителей была разработана еще во времена Третьего рейха. Еще до конца нацистской империи в Берлине умели делать цельнометаллический реактивный самолет (проект Junkers Ju-287) и даже с обратной стреловидностью крыла. Следующим шагом, по замыслу нацистских стратегов, должен был стать аппарат, способный работать на суборбитальных высотах. Недостижимый для противовоздушной обороны, он мог достичь отдаленных точек земного шара и нанести страшные удары ядерным оружием.

В нашу эру дронов боевое применение машин, работающих в ближнем космосе, может состоять из «роей» дронов, подчиняющихся рой искусственного интеллекта.

Гражданские применения криогенной авиации

Интересно, что Россия не скрывает свои исследования и работы над проектом бок о бок с европейским сообществом, по крайней мере, в значительной степени, запланированные к обязательной работе. Проект гиперзвуковой летающей лаборатории HEXAFLY-INT (High-Speed ​​Experimental Fly Vehicles — International) разрабатывает международная корпорация RUMBLE, созданная совместно Россией и Францией.В команду входят специалисты Dassault Aviation, КБ Туполева, Центрального института аэрогидродинамики и Московского авиационного института.

Military Hypersonic Hydrogen-Powered Fighters of the Sixth Generation

Гиперзвуковая летающая лаборатория Проект HEXAFLY-INT

Важно отметить, что все участники единогласно определили водородный двигатель в качестве силовой установки. Скорее всего, это станет обновленная версия того же гиперзвукового водородного двигателя, испытанного в далеком 1992 году.

В настоящее время инженеры решают важнейший вопрос преодоления звукового барьера при сохранении энергоэффективности устройства с обязательной снижение акустического эффекта.Но все же, и, скорее всего, HEXAFLY представляет собой гражданское направление исследований, которое развивается параллельно с концепцией защиты.

Кстати, можно отметить, что в ОКБ Сухого 13 лет назад инженеры спецотдела, работающие над проблемой гиперзвуковых конструкций, рассказали, что соответствующая аэродинамическая модель уже рассчитана. То есть почти полтора десятилетия назад Россия уже смогла минимизировать акустический эффект для гражданского использования.Ведь именно страшный «гром с неба» помешал дальнейшей эксплуатации франко-британского «Конкорда» (хотя он летел в основном в Нью-Йорк, то есть через Атлантику) и его российского аналога Ту-144.

Military Hypersonic Hydrogen-Powered Fighters of the Sixth Generation

Ту-144 — советский сверхзвуковой пассажирский самолет.

И в Австралии, которая озабочена борьбой за чистую окружающую среду, и в США есть аналогичные проекты «электрических» самолетов с водородными ячейками, гораздо ближе к первому прототипу Туполева, чем гиперзвуковая лаборатория с ее экстремальными характеристиками. скорость.

Дело в том, что даже в развитой части мира спрос на экологически чистые двигатели, способные перевозить пассажиров на малых скоростях из пункта в пункт, достаточно высок. Так, собственно, и родился американский проект Element One. Его цель — создать недорогой, экологически чистый пассажирский и грузовой самолет, обслуживающий второстепенные направления. Почему-то речь идет об аналоге Ан-2 (или более нового Ан-3), который любят россияне.

Кажется, что век чистых водородных энергоблоков наконец-то наступил на планете и, прежде всего, в ВВС развитых стран.Некоторое время они будут соседствовать с традиционными двигателями, как лошади, которые ездили на первых двигателях внутреннего сгорания. Но будущее уже предопределено.

Пожертвовать

.

I.C. на водородном топливе Двигатель — Скачать PDF

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВС)

INTERNAL COMBUSTION (IC) ENGINES
ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВС) В двигателе внутреннего сгорания передача тепла рабочей жидкости происходит внутри самого двигателя, обычно за счет сгорания топлива с кислородом воздуха.Во внешнем

Дополнительная информация

ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ В ДВИГАТЕЛЯХ CI

COMBUSTION PROCESS IN CI ENGINES
ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ В ДВИГАТЕЛЯХ CI В двигателе SI подается однородная смесь A:: F, но в двигателе CI A:: F смесь неоднородна, и топливо остается в жидких частицах, поэтому количество подаваемого воздуха

Дополнительная информация

А.Паннирсельвам *, М.Рамаджаям, В.Гурумани, С.Арулсельван и Г.Картикеян * (Кафедра машиностроения, Аннамалайский университет)

A.Pannirselvam*, M.Ramajayam, V.Gurumani, S.Arulselvan and G.Karthikeyan *(Department of Mechanical Engineering, Annamalai University)
А.Паннирсельвам, М.Рамаджаям, В.Гурумани, С.Арулсельван, Г.Картикеян / International Journal of Vol. 2, выпуск 2, март-апрель 212 г., стр. 19-27 Экспериментальные исследования рабочих характеристик и характеристик выбросов

Дополнительная информация

Загрязнение от двухтактных двигателей

Pollution by 2-Stroke Engines
Загрязнение от 2-тактных двигателей по Engr.Национальный автомобильный совет Амину Джалала на нигерийской конференции по чистому воздуху, чистому топливу и транспортным средствам, Абуджа, 2-3 мая 2006 г. Знакомство с 2-тактным двигателем

Дополнительная информация

Принципы работы двигателя

Principles of Engine Operation
Двигатели внутреннего сгорания ME 422 Yeditepe Üniversitesi Принципы работы двигателей Проф. Джем Сорушбай Информация Проф. Cem Soruşbay İstanbul Teknik Üniversitesi Makina Fakültesi Otomotiv Laboratuvarı

Дополнительная информация

E — ТЕОРИЯ / ОПЕРАЦИЯ

E - THEORY/OPERATION
E — ТЕОРИЯ / ЭКСПЛУАТАЦИЯ 1995 Volvo 850 1995 ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ Volvo — Теория и работа 850 ВВЕДЕНИЕ В этой статье дается базовое описание и принцип работы систем и компонентов, связанных с характеристиками двигателя.

Дополнительная информация

Тяжелый флот США — Экономия топлива

US Heavy Duty Fleets - Fuel Economy
Сверхмощные автопарки США — экономия топлива 22 февраля 2006 г. Энтони Греслер, вице-президент по передовым разработкам, VOLVO POWERTRAIN CORPORATION Драйверы FE в дизельном топливе высокой четкости Ожидается нехватка масла Быстрый рост цен на нефть

Дополнительная информация

Цикл двигателя Огунмуйва

The Ogunmuyiwa Engine Cycle
Цикл двигателя Огунмуива Дапо Огунмуива М.Sc Председатель / генеральный директор VDI Тел .: (+49) 162 961 04 50 Эл. Почта: [email protected] Ogunmuyiwa Motorentechnik GmbH Technologie- und Gruenderzentrum (TGZ) Am Roemerturm

Дополнительная информация

Электронное управление дизельным двигателем EDC 16

Electronic Diesel Control EDC 16
Обслуживание. Программа самообучения 304 Электронная система управления дизельным двигателем EDC 16 Конструкция и принцип действия Новая система управления двигателем EDC 16 от Bosch впервые используется в двигателях V10-TDI и R5-TDI.Растущие потребности

Дополнительная информация

Блок 8. Системы преобразования

Unit 8. Conversion Systems
Раздел 8. Системы преобразования Цели: После завершения этого раздела студенты должны уметь: 1. Описывать базовые системы преобразования 2. Описывать основные типы комплектов преобразования. 3. Опишите, как работает CNG

Дополнительная информация

МЕТОД 511.4 ВЗРЫВНАЯ АТМОСФЕРА.

METHOD 511.4 EXPLOSIVE ATMOSPHERE
ВЗРЫВООПАСНАЯ АТМОСФЕРА ПРИМЕЧАНИЕ. Важен индивидуальный подход.Выберите методы, процедуры и уровни параметров на основе процесса адаптации, описанного в параграфе 4.2.2 части первой и приложении C. Примените общий

Дополнительная информация

Характеристики горения СПГ

Combustion characteristics of LNG
Характеристики сгорания СПГ LNG Fuel Forum, Стокгольм 21 сентября 2011 г. Ойвинд Бухауг, главный инженер по топливу и технологии двигателей, Statoil Составы СПГ на мировом рынке СПГ

Дополнительная информация

Двигатель внутреннего сгорания

Internal Combustion Engines
Лекция 18, подготовленная в рамках проекта QIP-CD Cell Двигатели внутреннего сгорания Уджвал К. Саха, Ph.D. Кафедра машиностроения Индийский технологический институт Гувахати 1 Сгорание в двигателе CI

Дополнительная информация

Трение и смазка двигателя

Engine Friction and Lubrication
Трение двигателя и смазка Терминология трения двигателя Потери при накачивании Потери на трение при трении Двигатель Трение: терминология Работа насоса: W p Работа за цикл для перемещения рабочей жидкости через двигатель

Дополнительная информация

Природный газ и транспорт

Natural Gas and Transportation
1 М.J. Bradley & Associates. Потенциал использования природного газа в качестве автомобильного топлива. Природный газ и варианты транспортировки для эффективного управления ресурсами. Дана Лоуэлл, старший консультант Круглый стол по низкому содержанию серы и альтернативе

Дополнительная информация

Прямой впрыск топлива

Direct fuel injection
Типы схем впрыска топлива Прямой впрыск (цилиндр) Впрыск через порт Впрыск в стояк GDI (Прямой впрыск бензина) Прямой впрыск топлива через впускной канал и впрыск в стояк коллектора Эти термины

Дополнительная информация

Почему и как мы используем контроль мощностей

Why and How we Use Capacity Control
Почему и как мы используем управление производительностью В холодильных установках и системах кондиционирования воздуха, где нагрузка может варьироваться в широких пределах из-за освещения, загруженности, загрузки продукта, изменений окружающей погоды,

Дополнительная информация

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

CHAPTER 3 EXPERIMENTAL SET UP
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА 3.1 ВВЕДЕНИЕ Испытания на выбросы проводились на испытательном стенде для четырехтактного 4-цилиндрового бензинового двигателя Izusu с гидравлической динамометрической системой нагружения. Технические характеристики

Дополнительная информация

Бортовые диагностические коды неисправностей

ON-Board Diagnostic Trouble Codes
Бортовые диагностические коды неисправностей В приведенном ниже списке содержатся стандартные диагностические коды неисправностей (DTC), которые используются некоторыми производителями для выявления проблем автомобиля. Приведенные ниже коды являются общими

Дополнительная информация

— Сервисный бюллетень — Поршни.

- Service Bulletin - Pistons.
Нормальное горение: плавное, даже от свечи зажигания через верх камеры. 1 2 3 Возникает искра Горение плавно перемещается по камере Сгорание и питание завершено Предварительное зажигание: происходит

Дополнительная информация

БЛОК 3 АВТОМОБИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

UNIT 3 AUTOMOBILE ELECTRICAL SYSTEMS
БЛОК 3 АВТОМОБИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Электрическая конструкция автомобиля 3.1 Введение Цели 3.2 Система зажигания 3.3 Требования к системе зажигания 3.4 Типы зажигания 3.4.1 Зажигание от батареи или катушки

Дополнительная информация

Lotus Service Notes Section EMR

Lotus Service Notes Section EMR
РАЗДЕЛ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ Подраздел EMR Страница Список диагностических кодов неисправностей EMR.1 3 Компонент Функция EMR.2 7 Расположение компонентов EMR.3 9 Руководство по диагностике EMR.4 11 Диагностика шины CAN; Lotus TechCentre

Дополнительная информация

Использование СНГ в двухтопливном двигателе

Use of LPG in A Dual Fuel Engine
Том2, выпуск 6, ноябрь-дек. 2012 pp-4629-4633 ISSN: 2249-6645 Использование СНГ в двухтопливном двигателе А. Кумарасвами, 1 Д-р Б. Дурга Прасад 2 1 (факультет мехатроники, Университет Бхарата, Селайюр,

Дополнительная информация

04 2014 Позиционный документ CIMAC

04 2014 CIMAC Position Paper
04 Позиционный документ CIMAC 2014 г. Выбросы метана и формальдегида из газовых двигателей, подготовленный Рабочей группой CIMAC 17, Газовые двигатели Эта публикация предназначена для руководства и дает обзор относительно метана и формальдегида

Дополнительная информация

Диагностика поршня: приблизительное руководство

Piston Diagnosis A rough Guide
Диагностика поршней. Примерное руководство. Процесс проверки бывших в употреблении поршней может дать нам много полезной информации о состоянии двигателя.При отказе двигателя поршень скорее всего примет

Дополнительная информация

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР

CATALYTIC CONVERTER TESTS
ИСПЫТАНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА 1. ИСПЫТАНИЕ НА РУКОЯТКУ Обычно в атмосфере присутствует небольшое количество CO 2 (от 390 до 400 PPM на уровне моря). CO 2 является продуктом горения. Следовательно, любые выбросы диоксида углерода

Дополнительная информация

Системы управления двигателем автомобиля

Vehicle Engine Management Systems
Раздел 11: Системы управления двигателем транспортного средства Уровень NQF 3: Часы обучения: 60 Тезисы национального подразделения BTEC Современные автомобили продолжают использовать быстрые достижения в области электронных технологий

Дополнительная информация

,

Принципы работы двигателя — Скачать PDF бесплатно

Транскрипция

1 Двигатели внутреннего сгорания ME 422 Yeditepe Üniversitesi Принципы работы двигателя Проф. Джем Сорушбай Информация Проф. Cem Soruşbay İstanbul Teknik Üniversitesi Makina Fakültesi Otomotiv Laboratuvarı Ayazağa Yerleşkesi, Maslak İstanbul Тел.

Cem Soruşbay Information Prof.Dr.

2 План курса Принципы работы двигателя SI и CI, 2-тактные двигатели, 4-тактные двигатели Идеальные стандартные циклы, термический КПД, сравнение, отклонения Классификация моторных топлив Реальные ходы двигателя, ход впуска, объемный КПД Ход сжатия, горение в SI двигатели и влияющие параметры Ненормальное сгорание, параметры, влияющие на детонацию и преждевременное воспламенение. Сгорание в двигателях с непрерывным зажиганием, параметры, влияющие на задержку зажигания. Такты выхлопа и выхлопа, выбросы выхлопных газов.Ссылки Учебное пособие Пулкрабек В.В., Основы инженерии двигателя внутреннего сгорания, Прентис Холл, Нью-Джерси, 1997 г. Сорушбай, К., Двигатель IC, Конспект лекций (Power Point) Другие ссылки Сорушбай, К. и др., Ичтен Янмали Моторлар, Бирсен Яйневи, Стамбул, Хейвуд, Дж. Б., Основы двигателей внутреннего сгорания, McGraw Hill Book Company, Нью-Йорк, Стоун, Р., Введение в двигатели внутреннего сгорания, Макмиллан, Лондон, Другие ссылки, приведенные в списке (см. Веб-страницу) 2

Combustion in CI engines, parameters influencing ignition delay Expension and exhaust strokes, exhaust emissions Mixture preparation in SI engines Mixture preparation in CI engines, injection pumps,

3 Двигатели внутреннего сгорания ME422 Принципы работы двигателя внутреннего сгорания Введение Принципы работы Классификация двигателей Четырехтактные и двухтактные двигатели Двигатели внутреннего сгорания, двигатели внутреннего сгорания Введение Двигатели внутреннего сгорания (двигатели внутреннего сгорания) вырабатывают механическую энергию из химической энергии, содержащейся в топливе в результате процесса сгорания, происходящего внутри двигателя, двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию, которая обычно поступает на вращающийся выходной вал.Химическая энергия топлива сначала преобразуется в тепловую посредством сгорания или окисления воздухом внутри двигателя, повышая T и p газов в камере сгорания. Затем газ под высоким давлением расширяется и с помощью механических механизмов вращает коленчатый вал, который является выходной мощностью двигателя. Коленчатый вал соединен с трансмиссией / силовой передачей для передачи вращающейся механической энергии для движения транспортного средства. Двигатели с искровым зажиганием (SI) Двигатели Otto или бензиновые двигатели Двигатели с воспламенением от сжатия (CI) Дизельные двигатели 3

chemical energy of the fuel into mechanical energy, usually made available on a rotating output shaft.

4 Введение Большинство двигателей внутреннего сгорания — это поршневые двигатели с поршнем, который совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре.Процесс сгорания происходит в цилиндре. Существуют также роторные двигатели. В двигателях внешнего сгорания процесс сгорания происходит вне системы механических двигателей. Ранняя история Атмосферные двигатели. Самые ранние двигатели внутреннего сгорания 17 и 18 веков классифицируются как атмосферные двигатели. Это большие двигатели с одним открытым с одной стороны цилиндром. Горение начинается в открытом цилиндре, и сразу после сгорания цилиндр будет заполнен горячими газами при атмосферном давлении.В это время конец цилиндра закрыт, и захваченным газам дают остыть. По мере охлаждения газов внутри цилиндра создается вакуум, вызывающий перепад давления на поршне (атмосферное давление с одной стороны и вакуум с другой стороны). Таким образом, поршень перемещается из-за этой разницы давлений, выполняя работу. 4

and 18th centuries are classified as atmospheric engines. These are large engines with a single cylinder which is open on one end.

5 Ранняя история Ранняя история Гюйгенс (1673) Hautefeuille (1676) Папен (1695) Современные двигатели разработали поршневой механизм, первая концепция двигателя внутреннего сгорания, впервые использующая пар в поршневом механизме с использованием тех же принципов работы, что и существующие двигатели, ранее не использовавшие цикл сжатия Ленуар ( 1860), приводящий в движение поршень за счет расширения продуктов горения — первый практический двигатель, 0.5 л.с. позже двигатели мощностью 4,5 кВт с механической эффективностью до 5% Была предложена четырехтактная концепция Rochas (1862 г.) Отто Ланген (1867 г.) произвел различные двигатели с повышенным КПД до 11%. Отто (1876 г.) Построен прототип четырехтактного двигателя, 8 л.с. запатентован Кларк (1878 г.) Разработан двухтактный двигатель Дизель (1892 г.) Одноцилиндровый двигатель с воспламенением от сжатия Daimler / Maybach (1882 г.) Двигатель внутреннего сгорания в автомобиле 5

5 HP later 4.

6 Введение V C V D V T зазор объем рабочий объем общий объем D L ход поршня ВМТ НМТ верхняя мертвая точка нижняя мертвая точка Введение Одноцилиндровый 4-тактный двигатель 6

stroke TDC BDC top dead center bottom dead

7 Введение Введение Дизельный двигатель 7

stroke TDC BDC top dead center bottom dead

8 Введение Введение 8

stroke TDC BDC top dead center bottom dead

9 Классификация двигателей По применению мотоциклы, скутеры, кВт, SI, 2- и 4-тактные легковые автомобили, кВт, SI и CI, 4-тактные легкие коммерческие автомобили, кВт, SI и CI, 4-тактные тяжелые грузовые автомобили, кВт, Дизель, 4 локомотива zamanlı, кВт, CI, 4-тактные корабли, кВт, CI, 2- и 4-тактные самолеты, кВт, SI, 4-тактные стационарные двигатели, кВт, CI, 2- и 4-тактная классификация двигателей Базовая конструкция двигателя Поршневые двигатели, разделенные по расположению цилиндров Роторные двигатели 9

heavy commercial vehicles, 120 400 kw, Diesel, 4 zamanlı locomotives, 400 3 000 kw, CI, 4-stroke ships, 3 500 22 000 kw, CI, 2- and

10 Классификация двигателей Испытательный одноцилиндровый двигатель Классификация двигателей Рядный двигатель 10

test engine Engines

11 Классификация двигателей Двигатель с оппозитным поршнем Классификация двигателей V — двигатель 11

piston engine

12 Классификация двигателей V-образный двигатель Ferrari V8 90 o двигатель 360 Modena 3586 куб.см Диаметр цилиндра / ход поршня 85/79 мм 294 кВт (об / мин об / мин Классификация двигателей Ferrari V8 90 o двигатель 360 Modena 3586 куб.см 12

(400 hp) @ 8500 rpm 373 Nm @ 4750 rpm Classification

13 Классификация двигателей V-образный двигатель Двигатель Ferrari V12 65 o 375 кВт (об / мин 550 Barchetta Pininfarina об / мин Диаметр цилиндра / ход поршня 86/75 мм 5474 см3 Классификация двигателей Радиальный двигатель 13

Pininfarina 568.

14 Роторные двигатели Двигатель Ванкеля Феликс Ванкель, прототип в 1929 г., запатентованный двойной ротор в 1934 г. Роторные двигатели 14

prototype in 1929, patented

15 Роторные двигатели Двигатель Mazda Rx л.с. Трехроторный двигатель по классификации двигателей Mazda Рабочий цикл, четырехтактный цикл, полный цикл в 720 ° C, без наддува, с наддувом, двухтактный цикл с турбонаддувом, полный цикл в 360 ° CA, картер с продувкой, с наддувом , с турбонаддувом 15

in 720 O CA naturally aspirated, supercharged, turbocharged two-stroke

16 Классификация двигателей Метод зажигания Двигатели SI, смесь однородная (обычные двигатели), смесь неоднородная (двигатели со слоистым зарядом), зажигание осуществляется приложением внешней энергии (к свече зажигания), двигатели CI, зажигание путем сжатия в обычный двигатель (дизельный двигатель), предварительный впрыск топлива в газовых двигателях (например, двухтопливных двигателях, работающих на природном газе и дизельном топливе) Классификация двигателей Частота вращения двигателя низкооборотных двигателей, r.вечера. (оборотов в секунду) корабли, стационарные двигатели среднеоборотные двигатели, об / мин в целом Дизельные двигатели, малые судовые установки, стационарные двигатели, высокоскоростные двигатели землеройных машин, об / мин легковые автомобили 16

natural gas and diesel fuel dual fuel engines) Classification of Engines Engine speed low speed engines, 100 600 r.p.m.

17 Классификация двигателей Способ охлаждения, двигатели с жидкостным охлаждением, двигатели с водяным охлаждением Двигатели с воздушным охлаждением Классификация двигателей Процесс впуска воздуха, безнаддувные двигатели Двигатели с наддувом двигатели с турбонаддувом Картер сжатый 17

Engines Air intake process, naturally aspirated engines

18 Турбокомпрессор с системой рециркуляции отработавших газов Двигатели с турбонаддувом Воздушный фильтр Впускной коллектор Двигатель Выпускной коллектор Воздух / воздух Интеркулер Клапан рециркуляции отработавших газов Охладитель рециркуляции отработавших газов Уловитель твердых частиц Датчик NOx p Классификация двигателей Используемое топливо, бензиновые двигатели дизельные двигатели природный газ (КПГ и СПГ), метан, СНГ двигатели спиртовые двигатели водородные двигатели 18

200026-06 NOx sensor p sensor Classification of Engines Fuel used, gasoline engines

19 Классификация двигателей Двигатели на природном газе Классификация двигателей Двигатели на природном газе 19

engines engines 19

20 Четырехтактные двигатели SI Такт впуска Начинается с движения поршня из ВМТ в НМТ при всасывании свежего заряда (воздух + топливная смесь) в цилиндр через открытый впускной клапан.Для увеличения всасываемой массы впускной клапан открывается на период O CA. Четырехтактные двигатели SI. Такт сжатия, когда оба клапана закрыты, смесь внутри цилиндра сжимается до небольшой части своего первоначального объема движением поршня. (12: 1) Ближе к концу такта сжатия сгорание инициируется искрой на свече зажигания, и давление в цилиндре быстро возрастает. В конце сжатия температура газа составляет около K, а давление — МПа 20

To increase the mass inducted, inlet valve opens for a period of 220 260 O CA Four-stroke SI-Engines Compression stroke when both valves are closed, the mixture inside the

21 Четырехтактные двигатели SI Мощность и такт расширения Сгорание начинается с воспламенения смеси, обычно до ВМТ.Во время процесса сгорания высокая температура, газы под высоким давлением толкают поршень в направлении НМТ и заставляют кривошипно вращаться. В баллоне достигается максимальная температура К и давление 3-7 МПа. Четырехтактные двигатели SI Такт выпуска Сгоревшие газы выходят из цилиндра через открытый выпускной клапан, сначала из-за разницы давлений, а затем уносятся движением поршня из НМТ в ВМТ. Выпускной клапан закрывается после ВМТ (остается открытым для O CA) В конце такта выхлопа температура газа составляет K, а давление газа МПа 21

22 Четырехтактный цикл ЗАКРЫТЫЙ ДИАГРАММА ХОД ВПУСКА (1) ХОД СЖАТИЯ (2) ХОД РАСШИРЕНИЯ (3) ХОД ВЫПУСКА (4) Сгорание в SI- Двигатели ОТКРЫТАЯ ДИАГРАММА 22

23 Четырехтактные двигатели CI Ход впуска Начинается с перемещения поршня из ВМТ в НМТ, при этом в цилиндр через открытый впускной клапан втягивается только воздух.Давление в цилиндре составляет МПа. Для увеличения всасываемой массы впускной клапан открывается на время O CA Ход сжатия. Когда оба клапана закрыты, содержимое цилиндра сжимается (14: 1 24: 1). В конце сжатия температура газа составляет около K, а давление составляет МПа. Четырехтактные двигатели CI Мощность и ход расширения Сгорание начинается с впрыска топливного спрея в камеру сгорания, обычно до ВМТ с определенным опережением впрыска. Перед началом горения есть задержка зажигания.Во время процесса сгорания высокая температура, газы под высоким давлением толкают поршень в направлении НМТ и заставляют кривошипно вращаться. В цилиндре достигается максимальная температура К и давление 4 8 МПа (двигатели IDI) и 7 10 МПа (двигатели DI). Такт выпуска Выпускной клапан открывается, и продукты сгорания выходят из цилиндра. Пребывание открыто для O CA. Температура газа составляет около K, а давление — МПа. 23

24 Сгорание в двигателях CI Двухтактный ХОД КОМПРЕССИИ (1) СИЛОВОЙ ХОД РАСШИРЕНИЯ (2) 24

25 Двухтактный двигатель 25

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о