наверх

Реклама на сайте

5 июля 2021 г. 7:02

Определили жизнеспособность водородных двигателей

Водород до сих пор изо всех сил пытался выполнить свои ранние обещания в качестве альтернативного топлива для автомобильного транспорта, но до сих пор его популярность очень низка.

70

Использование водорода в топливных элементах для производства электроэнергии без вредных выбросов по-прежнему имеет огромный потенциал, но импульс для запуска двигателей внутреннего сгорания на нем уменьшился. Тем не менее интерес остается, примером является разработка Toyota водородного трехцилиндрового гоночного двигателя, взятого у GR Yaris и используемого для питания специально разработанной Corolla Sport, участвующей в гонке Fuji 24 Hours.

Хотя водород является чистым топливом по сравнению с бензином или дизельным топливом, он полностью исключает выбросы только при преобразовании в системе топливных элементов для выработки электроэнергии. При сгорании в двигателе это не совсем так. Хотя не образуются несгоревшие углеводороды (HC), окись углерода (CO) или CO2, образуются оксиды азота (NOx). Воздух на 78% состоит из азота, и при сгорании он окисляется, образуя токсичный NOx – но сколько именно, зависит от того, насколько горячими становятся предметы в камере сгорания, и именно в этом водородные двигатели могут иметь преимущество.

72

Водород гораздо менее требователен, чем бензин или дизельное топливо, смешивается и горит полностью и эффективно в гораздо более широком диапазоне соотношений воздуха и топлива. В результате водородный двигатель может работать очень экономно (больше воздуха, меньше топлива) и при этом производить гораздо более низкие уровни выбросов NOx на выходе из двигателя, чем бензин или дизель. Выбросы из выхлопной трубы могут быть уменьшены до минимального уровня с помощью существующей технологии выхлопных газов.

Эти привлекательные факты зависят от ряда вещей. Хотя водород несет большое количество энергии по массе, он гораздо менее плотный, чем жидкое топливо, поэтому двигатели с впрыском, в которых топливо впрыскивается во впускной коллектор и смешивается с воздухом вне цилиндров, вырабатывают значительно меньшую мощность, работающую на водороде чем на бензине. Непосредственный впрыск улучшает ситуацию и в сочетании с турбонаддувом с изменяемой геометрией делает водородные двигатели внутреннего сгорания более жизнеспособными.

Но все же есть компромисс. Современные водородные двигатели с турбонаддувом прямого впрыска могут производить больше энергии, чем эквивалентный бензиновый двигатель, увеличивая долю водорода в топливно-воздушной смеси, но уровень NOx увеличивается. В противном случае водородные двигатели по существу являются модифицированными бензиновыми двигателями, которые в производственной форме имели бы более прочные компоненты и системы прямого впрыска водорода. Водород можно хранить в тех же хорошо зарекомендовавших себя баках для сжатого газа на 700 бар, которые используются в транспортных средствах на топливных элементах.

71

Более поздние исследовательские программы предполагают, что существует реальная возможность запуска транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания, которые практически не загрязняют окружающую среду, используя технологию, которая подходит как для тяжелых транспортных средств, так и для легковых автомобилей. Грацский технологический университет совместно с компанией Bosch добился некоторых обнадеживающих результатов с 2,0-литровым двигателем с турбонаддувом с искровым зажиганием, а Рикардо возглавляет исследовательскую программу по водородным двигателям для тяжелых транспортных средств.

Учитывая близость к существующей технологии и производству, сжигание этого обильного газа легче воздуха может стать полезным шагом к полной электрификации, а также стимулировать развитие водородной сети, необходимой для транспортных средств на топливных элементах.