Vätgasmotor. Hur det fungerar och nackdelar

Förbränningsmotorer verkade inte dramatiskt som separata kraftaggregat. Snarare kom den klassiska motorn till som ett resultat av förfining och förbättring av värmemotorer. Läs om hur enheten, som vi är vana vid att se under bilhuven, gradvis uppträdde. i en separat artikel.

Men när den första bilen utrustad med en förbränningsmotor dök upp, fick mänskligheten ett självgående fordon som inte krävde konstant utfodring, som en häst. Många saker har förändrats i motorer sedan 1885, men en nackdel förblir oförändrad. Under förbränningen av en blandning av bensin (eller annat bränsle) och luft frigörs för många skadliga ämnen som förorenar miljön.

Om arkitekterna i de europeiska länderna före tillkomsten av självgående fordon fruktade att storstäderna skulle drunkna i hästgödsel, andas idag invånarna i megalopoliser smutsig luft.

En stramare miljöstandard för transport tvingar fordonstillverkare att utveckla en renare drivlinor. Så många företag blev intresserade av den tidigare skapade tekniken för Anjos Jedlik - en självgående vagn med elektrisk dragkraft, som dök upp 1828. Och idag har denna teknik blivit så etablerad i bilvärlden att du inte kommer att överraska någon med en elbil eller en hybrid.

Men det som verkligen är uppmuntrande är kraftverken, vars enda utsläpp är dricksvatten. Det är en vätgasmotor.

Vad är en vätgasmotor?

Detta är en typ av motor som använder väte som bränsle. Användningen av detta kemiska element kommer att minska uttömningen av kolväteresurser. Det andra skälet till intresset för sådana installationer är minskningen av miljöföroreningar.

Beroende på vilken typ av motor som ska användas vid transport, kommer dess funktion att skilja sig från den klassiska förbränningsmotorn eller vara identisk.

En kort historia

Vätgasförbränningsmotorer uppstod under samma period när ICE-principen utvecklades och förbättrades. En fransk ingenjör och uppfinnare designade sin egen version av en förbränningsmotor. Bränslet som han använde i sin utveckling är väte, som framträder som ett resultat av elektrolys av H₂A. 1807 uppträdde den första vätgasbilen.

Isaac De Rivaz inlämnade 1807 patent för utveckling av en traktor för militär utrustning. han föreslog att använda väte som en av kraftenheterna.

Kraftenheten var kolv och tändningen i den berodde på bildandet av en gnista i cylindern. Det är sant att den första skapelsen av uppfinnaren behövde manuell generering av gnistor. Efter bara två år slutförde han sitt arbete och det första självgående vätgasfordonet föddes.

Men vid den tiden fick utvecklingen inte betydelse, eftersom gas inte är lika lätt att få och lagra som bensin. Vätemotorer användes praktiskt taget i Leningrad under blockaden från andra hälften av 1941. Men vi måste erkänna att dessa inte uteslutande var väteenheter. Dessa var vanliga GAZ-förbränningsmotorer, bara det fanns inget bränsle för dem, men det fanns gott om gas vid den tiden, eftersom de drivs av ballonger.

Under första hälften av 80-talet åtog sig många länder, inte bara europeiska, utan också Amerika, Ryssland och Japan att experimentera med denna typ av installationer. 1982, med det gemensamma arbetet från Kvant-anläggningen och RAF-bilföretaget, uppstod en kombinerad motor som körde på en blandning av väte och luft och ett 5 kW / h-batteri användes som energikälla.

Sedan dess har olika länder gjort försök att införa "gröna" fordon i sina modelllinjer, men i de flesta fall förblev sådana fordon antingen i prototypkategorin eller hade en mycket begränsad upplaga.

Hur fungerar det?

Sedan idag finns det många drivmotorer i denna kategori, i varje enskilt fall kommer vätgasanläggningen att fungera enligt sin egen princip. Tänk på hur en modifiering fungerar som kan ersätta den klassiska förbränningsmotorn.

I en sådan motor kommer bränsleceller definitivt att användas. De är ett slags generatorer som aktiverar en elektrokemisk reaktion. Inuti enheten oxideras väte och resultatet av reaktionen är frisättningen av elektricitet, vattenånga och kväve. Koldioxid släpps inte ut i en sådan installation.

Ett fordon baserat på en liknande enhet är samma elfordon, bara batteriet i det är mycket mindre. Bränslecellen genererar tillräckligt med energi för att driva alla fordonssystem. Den enda varningen är att från början av processen till energiproduktion kan det ta cirka 2 minuter. Men installationens maximala effekt börjar efter att systemet värms upp, vilket tar från en kvart till 60 minuter.

Så att kraftverket inte fungerar förgäves, och det inte är nödvändigt att förbereda transporten för resan i förväg, är ett konventionellt batteri installerat i det. Under körning laddas den på grund av återhämtning och den behövs exklusivt för att starta en bil.

En sådan bil är utrustad med en cylinder med olika volymer, i vilka väte pumpas. Beroende på körläge, bilens storlek och elinstallationens kraft kan ett kilo bensin räcka för 100 kilometer körning.

Vätgasmotortyper

Även om det finns flera modifieringar av vätemotorer, faller de alla i två typer:

• Enhetstyp med bränslecell;
• Modifierad förbränningsmotor, anpassad för att arbeta med väte.

Låt oss överväga varje typ separat: vilka funktioner har de.

Kraftverk baserade på vätebränsleceller

Bränslecellen är baserad på principen om ett batteri, där en elektrokemisk process äger rum. Den enda skillnaden mellan väteanalogen är dess högre effektivitet (i vissa fall mer än 45 procent).

Bränslecellen är en enda kammare i vilken två element är placerade: katoden och anoden. Båda elektroderna är belagda med platina (eller palladium). Ett membran är placerat mellan dem. Det delar upp håligheten i två kamrar. Syre tillförs kaviteten med katoden och väte tillförs den andra.

Som ett resultat inträffar en kemisk reaktion, vars resultat är kombinationen av syre- och vätemolekyler med frisättning av elektricitet. En bieffekt av processen är att vatten och kväve frigörs. Bränslecellelektroderna är anslutna till bilens elektriska krets, inklusive elmotorn.

Väteförbränningsmotorer

I det här fallet, även om motorn kallas väte, har den samma struktur som en konventionell ICE. Den enda skillnaden är att det inte bränner bensin eller propan utan väte. Om du fyller en cylinder med väte är det ett problem - denna gas kommer att minska effektiviteten hos en konventionell enhet med cirka 60 procent.

Här är några andra problem med att byta till väte utan att uppgradera motorn:

• När HTS komprimeras kommer gasen att gå in i en kemisk reaktion med metallen från vilken förbränningskammaren och kolven är gjord, och ofta kan detta också hända med motorolja. På grund av detta bildas en annan förening i förbränningskammaren, som inte kännetecknas av en speciell förmåga att brinna väl;
• Avstånden i förbränningskammaren måste vara perfekta. Om någonstans bränslesystemet har åtminstone minimalt läckage antänds gasen lätt vid kontakt med heta föremål.

Motor för Honda Clarity

Av dessa skäl är det mer praktiskt att använda väte som bränsle i roterande motorer (vad är deras funktion, läs här). Insugnings- och avgasgrenrören till sådana enheter är placerade separat från varandra så att gasen vid inloppet inte värms upp. Hur som helst, medan motorerna moderniseras för att kringgå problemen med att använda billigare och mer miljövänligt bränsle.

Hur lång är bränslecellernas livslängd?

Över hela världen idag är sådana bilar mycket sällsynta, och de finns ännu inte i serien, det är svårt att säga vilken resurs en given energikälla har. Hantverkarna har ännu ingen erfarenhet av detta.

Det enda som kan sägas är att enligt Toyota -representanter kan bränslecellen i deras produktionsbil Mirai oavbrutet generera energi upp till 250 tusen kilometer. Efter denna milstolpe måste du övervaka enhetens effektivitet. Om dess prestanda har minskat märkbart ändras bränslecellen på ett auktoriserat servicecenter. Det är sant att man bör förvänta sig att företaget kommer att ta en anständig summa för detta förfarande.

Vilka företag tillverkar redan eller ska göra vätgasbilar?

Många företag deltar i utvecklingen av en miljövänlig kraftenhet. Här är bilmärkena, i designbyrån där det redan finns arbetsalternativ, redo att gå i serie:

• Mercedes-Benz är en GLC F-Cell crossover, vars försäljningsstart tillkännagavs 2018, men hittills har den förvärvats av endast ett fåtal företag och ministerier i Tyskland. En prototyp vätebränslecellstraktor, GenH2, presenterades nyligen;
• Hyundai - Nexo -prototyp introducerad för två år sedan;
• BMW är en prototyp av väteväte 7, som släpptes från löpande band. Ett parti med 100 kopior återstod i experimentstadiet, men detta är redan något.

Bland lagerbilarna som kan köpas både i Amerika och i Europa finns Mirai- och Clarity-modellerna från Toyota respektive Honda. För resten av företagen finns denna utveckling antingen i ritversionen eller som en icke-fungerande prototyp.

Toyota Mirai

Honda klarhet

Hur mycket kostar en vätgasdriven bil?

Kostnaden för en vätgasbil är anständig. Anledningen till detta är de ädla metaller som utgör elektroderna i bränsleceller (palladium eller platina). Dessutom är en modern bil utrustad med otaliga säkerhetssystem och stabilisering av driften av elektriska element, vilket också kräver materiella resurser.

Även om underhållet av en sådan bil (tills det att bränslecellerna byts ut) inte är mycket dyrare än en vanlig bil från de senaste generationerna. Det finns länder som sponsrar produktionen av vätgas, men även med detta måste du betala i genomsnitt 11 och en halv dollar per kilo gas. Beroende på motortyp kan det räcka till ett avstånd på cirka hundra kilometer.

Varför är vätgasbilar bättre än elbilar?

Om du tar en väteanläggning med bränsleceller, kommer en sådan bil att vara identisk med den elbil som vi är vana vid att se på vägarna. Den enda skillnaden är att elbilen laddas från nätverket eller från en terminal vid en bensinstation. Själva vätetransporten genererar el för sig själv.

När det gäller kostnaden för sådana bilar är de dyrare. Till exempel kommer Tesla-modeller i grundkonfigurationen att kosta från 45 tusen dollar. Väteanaloger från Japan kan köpas för 57 tusen enheter. Bayern, å andra sidan, säljer sina bilar på "grönt" bränsle till ett pris av $ 50.

Med tanke på det praktiska är det lättare att fylla bilen med bensin (det tar cirka fem minuter) än att vänta en halvtimme (med snabb laddning, vilket inte är tillåtet för alla typer av batterier) på parkeringen. Detta är plus av väteväxter.

Ett annat plus - bränsleceller behöver inte särskilt underhåll och deras livslängd är ganska stor. När det gäller elektriska fordon kommer deras enorma batteri att behöva bytas ut på ungefär fem år på grund av att det har många laddningsurladdningscykler. I frysa temperaturer laddas batteriet i elfordon ur mycket snabbare än på sommaren. Men elementet i reaktionen av väteoxidation lider inte av detta och producerar stabilt elektricitet.

Vilka är utsikterna för vätgasbilar och när kommer de att ses på vägen?

I Europa och USA finns vätgasbilen redan. Men de är fortfarande i nyfikenhetskategorin. Och idag finns det inte många utsikter.

Den främsta anledningen till att denna typ av transport inte snart kommer att fylla vägarna i alla länder är bristen på produktionskapacitet. För det första är det nödvändigt att etablera väteproduktion. Dessutom är det nödvändigt att nå en sådan nivå att det, förutom miljövänlighet, också är bränsle tillgängligt för de flesta bilister. Förutom produktionen av denna gas är det nödvändigt att organisera transporten (även om du säkert kan använda motorvägarna längs vilken metan transporteras) och också utrusta många tankstationer med lämpliga terminaler.

För det andra måste varje biltillverkare modernisera produktionslinjerna på allvar, vilket kräver stora investeringar. I en instabil ekonomi på grund av en global epidemi kommer få att ta sådana risker.

Om man tittar på utvecklingen av eltransporten, skedde populariseringsprocessen mycket snabbt. Anledningen till populariteten för elbilar är dock förmågan att spara på bränsle. Och det här är ofta den första anledningen till att de köps, och inte för att bevara miljön. När det gäller väte är det inte möjligt att spara pengar (åtminstone nu), eftersom mycket mer energi spenderas på produktionen.

Fördelar och största nackdelar med vätemotorer

Så låt oss sammanfatta. Fördelarna med vätgasdrivna motorer inkluderar följande faktorer:

• Miljövänligt utsläpp;
• Tyst drift av kraftenheten (elektrisk dragkraft);
• Vid användning av en bränslecell krävs inte frekvent underhåll;
• Snabb tankning;
• Jämfört med elfordon fungerar framdrivningssystemet och energikällan mer stabilt även i frysningstemperaturer.

Även om utvecklingen inte kan kallas en nyhet, har den ändå ett antal brister som får den genomsnittliga bilisten att se på den med försiktighet. Här är några av dem:

• För att väte ska antändas måste det vara i gasform. Detta skapar vissa svårigheter. Till exempel krävs speciella dyra kompressorer för att komprimera lätta gaser. Det finns också ett problem med korrekt lagring och transport av bränsle, eftersom det är mycket brandfarligt.
• Cylindern, som kommer att installeras på bilen, måste kontrolleras regelbundet. För att göra detta måste bilisten besöka ett specialiserat centrum, och detta är en extra kostnad.
• I en vätgasbil används inte ett stort batteri, men installationen väger fortfarande anständigt, vilket väsentligt påverkar fordonets dynamiska egenskaper;
• Väte - antänds vid minsta gnista, så en olycka med en sådan bil kommer att åtföljas av en allvarlig explosion. Med tanke på vissa chaufförers oansvariga inställning till deras egen säkerhet och andra trafikanters liv kan sådana fordon ännu inte släppas ut på vägarna.

Med tanke på mänsklighetens intresse för en renare miljö kan vi förvänta oss att ett genombrott kommer att göras i frågan om att slutföra den "gröna" transporten. Men när detta händer kommer bara tiden att visa.

Under tiden kan du titta på videorecensionen av Toyota Mirai:

Framtid på väte? Toyota Mirai - FULLSTÄNDIG REVISION och specifikationer | LiveFEED®

Frågor och svar:

Varför är en vätgasmotor farlig? Under förbränningen av väteblandningen värms motorn upp mer än vid förbränning av bensin. Som ett resultat finns det en hög sannolikhet för utbränning av kolvar, ventiler och överbelastning av enheten.

Hur tankar man en vätgasbil? En sådan bil drivs med väte i gasform (flytande eller komprimerad gas). För att lagra bränsle komprimeras det till 350-700 atmosfärer, och temperaturen kan nå -259 grader.

Hur fungerar en väteförbränningsmotor? Bilen är utrustad med ett slags batteri. Syre och väte passerar genom speciella plattor. Resultatet är en kemisk reaktion med utsläpp av vattenånga och elektricitet.