Одним из альтернативных моторов двигателям внутреннего сгорания, работающим на бензине и дизельном топливе является водородный двигатель. Пока есть топливо из «черного золота», альтернативные ДВС массово не усовершенствуются, но они являются перспективным вариантом на будущее.
Содержание статьи:
- Устройство водородного двигателя.
- Водород как топливо.
- Устройство и принцип работы.
- Модификации — гибриды.
- Эксплуатация водородного мотора.
- Вывод.
- Видео.
Водородный двигатель
Водородный транспорт — это такое транспортное средство, которое имеет в своей конструкции силовой агрегат, работающий на топливе водорода. Такие ТС могу быть или с ДВС, или с газотурбинным приводом, или водородными элементами.
Вопрос: можно ли использовать водород в обычном ДВС? Ответ: если доработать некоторые элементы, то да.
Но, при использовании в качестве топлива водород, вместо бензина, мощность мотора снизится до 65-82%. А, если немного доработать такой агрегат, например, изменить систему зажигания, то мощность возрастет до 117%. Обычные бензиновые ДВС без доработок плохо пригодны для работы на водороде, потому что, водород очень летуч, он может попадать в коллектор и там воспламеняться. Поэтому, наиболее подходящий мотор для работы на водороде — это роторный. В роторном двигателе расстояние между впускным и выпускным коллектором больше.
Плюсы и минусы водородного топлива
Работа агрегата на таком виде топлива имеет свои преимущества и недостатки.
К плюсам относятся:
- продуктом сгорания водорода является водяной пар, то есть нет загрязнения окружающей среде;
- из-за своих свойств, водород вступает в реакцию быстрее, чем бензин и солярка;
- из-за повышенной детонационной устойчивости можно увеличить степень сжатия в цилиндрах по сравнению с обычными ДВС;
- при сгорании водорода теплоотдача в 2,5 раза выше, чем при сгорании бензиново-воздушной смеси;
- довольно широкий диапазон вступления в реакцию. Чтобы водород (Н2) и кислород (О2) вступили в реакцию, достаточного всего лишь 4% водорода в этой смеси. Благодаря быстрой скорости взаимодействия этих веществ, можно настраивать режимы работы мотора, изменяя количество подачи вещества в цилиндр.
Минусы:
- как уже отмечалось выше, водород — это очень летучее вещество, поэтому он проникает в микрощели, зазоры между соприкасающимися деталями;
- сплавы обычного ДВС подвергаются разрушению, поэтому для увеличения износостойкости при контактировании с водородом, требуется использовать детали из сплавов повышенной прочности;
- водород разрушает обычное моторное масло, поэтому ресурс двигателя при использовании такого смазывающего вещества, не большой;
- требуется хранить водород в сжатом или жидком агрегатном состоянии. Если открыть крышку топливного бака, водород улетучится;
- взрывоопасность.
Именно по этим характеристикам водорода обычный дизельный или бензиновый ДВС не пригоден для работы на водороде.
Устройство и принцип работы
Главным отличием водородного двигателя от бензинового или дизельного в подаче топлива в агрегат и в способе возгорания смеси (водород+кислород).
Работа кривошипно-шатунного механизма (КШМ) такой же, как в обычном ДВС, но скорость движения и впрыска топлива отличается. Это связано с тем, что бензиновая или дизельная смесь воспламеняется дольше, поэтому горючая смесь подается в камеру сгорания намного раньше, чем поршень начнет подниматься в верхнюю мертвую точку (ВМТ). В то время как, водород должен подаваться в камеру сгорания когда поршень уже начинает движение в нижнюю мертвую точку (НМТ). Повышенного давления в топливной системе не требуется, достаточно давление в 4 атмосфер (0,4 МПа).
Модификации — гибриды
Рассмотрим мотор, который сконструировал В.С. Кащеев.
По его разработки, двигатель кроме впускного клапана (6), через который подается воздух и выпускного клапана (7) для вывода выхлопных газов, в головке блока цилиндров (ГБЦ) есть специальный клапан для подачи водорода (9) и свечи зажигания (10), которые расположены в предкамере (8). Последняя располагается выше уровня поршня, когда он находится в нижней мертвой точке.
После того, как поршень достигнет НМТ (в камеру сгорания уже затянулся воздух через впускные клапана), подается водород и происходит воспламенение смеси. В это время уже открываются выпускные клапана. Так как разница давления в камере сгорания и за клапанами большая, при открытии выпускных клапанов, отработанные газы улетают и образуется вакуум и поршень притягивается в ВМТ и за счет импульса (обратно действующая сила) поршень перемещается обратно в НМТ.
Гибридный двигатель — это промежуточное звено между топливным мотором, работающем на продуктах нефти и на чистом водороде. Гибридные автомобили могут эксплуатироваться как на бензине/дизеле, так и на водороде.
Модифицированная топливная система
За основу берется обычный бензиновый двигатель. Топливо остается то же — бензин. Но, через впускной клапан подается воздух с водородом. Топливно-воздушная смесь такого состава повышает увеличить степень сжатия и уменьшить токсичность выхлопных вредных веществ.
Трудности использования ДВС на водороде
Получение водородного топлива (Н2) — это трудоемкий процесс. К тому же, перевозка и хранение такого топлива также стоит дорого.
Вывод
Еще не скоро обновится мировой парк машин и поэтому, такие новинки будут еще много раз модифицироваться, улучшаться пока их стоимость и эксплуатация не станут доступны основному населению стран.
Водородные двигатели на свои модели устанавливали такие марки:
- БМВ — BMW 750i Hydrogen.
- Фольксваген.
- Тойота — Toyota Mirai.
- Дженерал Моторс.
- Даймлер.
- Хонда — Honda FSX.
- Мазда и другие.
Видео
Ответ по изобретению экспериментальному варианту водородного двигателя.
Hydrogen engine.