BMW sinov drayveri va vodorod: ikkinchi qism

"Suv. BMW’ning toza dvigatellarining yagona yakuniy mahsuloti neft yoqilg‘isi o‘rniga suyuq vodoroddan foydalanish va barchaga yangi texnologiyalardan toza vijdon bilan bahramand bo‘lish imkonini beradi”.

BMW yo'li

Bu so'zlar bir necha yil oldin nemis kompaniyasining reklama kampaniyasidan iqtibosdir. Uzoq vaqt davomida hech kim "Bavariya" ning motor texnologiyasi haqida gap ketganda nima qilayotganini juda yaxshi bilishiga va bu sohada shubhasiz jahon yetakchilaridan biri ekanligiga shubha qilmadi. So'nggi yillarda sotuvlar o'sishini ko'rsatgan kompaniya noaniq kelajakka ega istiqbolli texnologiyalar uchun kam ma'lum bo'lgan reklamalarga bir tonna pul tashlaydi deb o'ylamaslik kerak.

Shu bilan birga, keltirilgan so'zlar Bavariya avtomobil ishlab chiqaruvchisi flagmanining 745 soatlik ekzotik vodorod versiyasini targ'ib qilish kampaniyasining bir qismidir. Ekzotik, chunki BMWning fikriga ko'ra, avtomobilsozlik sanoati boshidanoq oziqlantirib kelayotgan uglevodorod yoqilg'ilariga alternativalarga o'tish butun ishlab chiqarish infratuzilmasini o'zgartirishni talab qiladi. Ikkinchisi zarur, chunki Bavariyaliklar istiqbolli rivojlanish yo'lini keng reklama qilingan yonilg'i xujayralarida emas, balki ichki yonuv dvigatellarini vodorodda ishlashga aylantirishda ko'rishadi. BMW yangilanishni hal qilinadigan muammo deb hisoblaydi va dvigatelning ishonchli ishlashiga erishish va uning sof vodorod yordamida nazoratsiz yonish jarayonlariga moyilligini yo'q qilish bo'yicha asosiy muammoni hal qilishda allaqachon sezilarli muvaffaqiyatlarga erishdi. Ushbu yo'nalishdagi muvaffaqiyat dvigatel jarayonlarini elektron nazorat qilish sohasidagi vakolat va BMW patentlangan Valvetronic va Vanos moslashuvchan gaz taqsimlash tizimlaridan foydalanish imkoniyati bilan bog'liq bo'lib, ularsiz "vodorod dvigatellari" ning normal ishlashini ta'minlab bo'lmaydi. . Biroq, bu yo'nalishdagi dastlabki qadamlar 1820 yilda, dizayner Uilyam Sesil "vakuum printsipi" deb ataladigan narsada ishlaydigan vodorod yoqilg'isi dvigatelini yaratgandan so'ng boshlanadi - bu sxema keyinchalik ixtiro qilingan ichki dvigatelli dvigateldan juda farq qiladi. . yonayotgan. 60 yil o'tgach, o'zining birinchi ichki yonuv dvigatellarini ishlab chiqishda kashshof Otto vodorod miqdori taxminan 50% bo'lgan yuqorida aytib o'tilgan va ko'mirdan olingan sintetik gazdan foydalangan. Biroq, karbüratörün ixtiro qilinishi bilan benzindan foydalanish ancha amaliy va xavfsizroq bo'ldi va suyuq yoqilg'i hozirgacha mavjud bo'lgan barcha boshqa alternativalarni almashtirdi. Vodorodning yoqilg'i sifatidagi xususiyatlari ko'p yillar o'tgach, kosmik sanoat tomonidan qayta kashf qilindi, u tezda vodorod insoniyatga ma'lum bo'lgan har qanday yoqilg'ining eng yaxshi energiya / massa nisbatiga ega ekanligini aniqladi.

1998 yil iyul oyida Evropa avtomobilsozlik assotsiatsiyasi (ACEA) Evropa Ittifoqi oldida Ittifoqdagi yangi ro'yxatdan o'tgan avtotransport vositalaridan chiqadigan CO2008 chiqindilarini har kilometrga o'rtacha 2 grammga 140 ga kamaytirish majburiyatini oldi. Amalda bu 25 yilga nisbatan chiqindi gazlarining 1995 foizga kamayishini anglatar edi va yangi parkning o'rtacha yoqilg'i sarfi taxminan 6,0 l / 100 km ni tashkil etdi. Yaqin kelajakda 14 yilga kelib karbonat angidrid chiqindilarini 2012 foizga kamaytirishga qaratilgan qo'shimcha chora-tadbirlar kutilmoqda. Bu avtomobil ishlab chiqaruvchi kompaniyalar uchun vazifani nihoyatda qiyinlashtiradi va BMW mutaxassislarining fikriga ko'ra, kam uglerodli yoqilg'idan foydalanish yoki yoqilg'i tarkibidagi uglerodni butunlay chiqarib tashlash orqali hal qilish mumkin. Ushbu nazariyaga ko'ra vodorod avtoulov arenasida butun shon-shuhratida yana paydo bo'ladi.

Bavyera kompaniyasi vodorod bilan ishlaydigan vositalarni seriyali ishlab chiqaradigan birinchi avtomobil ishlab chiqaruvchisi bo'ldi. BMW kompaniyasi boshqaruvining yangi ishlanmalar uchun mas'ul a'zosi, professor Burkxard Geshelning "kompaniya vodorodli mashinalarni hozirgi 7 seriyasining amal qilish muddati tugashidan oldin sotadi" degan optimistik va ishonchli da'volari amalga oshdi. Uning so'nggi versiyasi bilan 7 ot kuchiga ega 2006 silindrli dvigatel bilan 12 yilda taqdim etilgan ettinchi seriyali Vodorod 260. bu xabar allaqachon haqiqatga aylandi. Niyat juda katta edi, ammo sababsiz emas edi. BMW 1978 yildan beri vodorodda ishlaydigan ichki yonish dvigatellari bilan tajriba o'tkazmoqda va 11 yil 2000 mayda ushbu alternativa imkoniyatlarini noyob namoyish etdi. O'n ikki silindrli vodorodli dvigatel bilan ishlaydigan haftaning oldingi avlodiga tegishli 15 750 hl rusumli transport vositalarining ta'sirchan parki 170 000 km masofadagi marafonni yakunlab, kompaniyaning muvaffaqiyati va yangi texnologiya va'dasini ta'kidladi. 2001 va 2002 yillarda ushbu transport vositalarining ba'zilari vodorod g'oyasini qo'llab-quvvatlovchi turli namoyishlarda qatnashishda davom etishdi. Keyinchalik 7 km / soat tezlikka ega bo'lgan zamonaviy 4,4 litrli V-212 dvigatelidan foydalangan holda keyingi 12 seriyasiga asoslangan yangi rivojlanish vaqti keldi, so'ngra XNUMX silindrli V-XNUMX bilan eng so'nggi rivojlanish. Kompaniyaning rasmiy fikriga ko'ra, BMW yonilg'i xujayralari o'rniga ushbu texnologiyani tanlaganining sabablari ham tijorat, ham psixologik. Birinchidan, agar ishlab chiqarish infratuzilmasi o'zgarsa, bu usul sezilarli darajada kam sarmoyalarni talab qiladi. Ikkinchidan, odamlar eski eski ichki yonish dvigateliga o'rganib qolganliklari sababli, ularga yoqadi va u bilan bo'lishish qiyin bo'ladi. Uchinchidan, shu orada, ushbu texnologiya yonilg'i xujayrasi texnologiyasidan tezroq rivojlanib borayotgani ma'lum bo'ldi.

BMW avtomobillarida vodorod nemis sovutgichlar guruhi Linde tomonidan ishlab chiqilgan yuqori texnologiyali termos shishasi kabi super izolyatsiyalangan kriogen idishda saqlanadi. Past saqlash haroratida yoqilg'i suyuq fazada bo'lib, oddiy yoqilg'i kabi dvigatelga kiradi.

Ushbu bosqichda Myunxen kompaniyasi dizaynerlari bilvosita yonilg'i quyishga e'tibor qaratdilar va aralashmaning sifati dvigatelning ish rejimiga bog'liq. Qisman yuk rejimida dvigatel dizel yoqilg'isiga o'xshash yog'siz aralashmalarda ishlaydi - o'zgarish faqat AOK qilingan yoqilg'i miqdorida amalga oshiriladi. Bu aralashmaning "sifat nazorati" deb ataladi, bunda dvigatel ortiqcha havo bilan ishlaydi, lekin yukning pastligi tufayli azot chiqindilarining paydo bo'lishi minimallashtiriladi. Qachonki, katta quvvatga ehtiyoj sezilsa, vosita benzinli dvigatel kabi ishlay boshlaydi, aralashmaning "miqdoriy boshqaruvi" deb ataladigan va oddiy (ozg'in bo'lmagan) aralashmalarga o'tadi. Ushbu o'zgarishlar, bir tomondan, dvigateldagi jarayonlarni elektron nazorat qilish tezligi tufayli, ikkinchi tomondan, gaz taqsimlash boshqaruv tizimlarining moslashuvchan ishlashi tufayli mumkin - "ikki" Vanos, ular bilan birgalikda ishlaydi. Valvetronik qabul qilishni nazorat qilish tizimi gaz kelebeğisiz. Shuni yodda tutish kerakki, BMW muhandislarining fikriga ko'ra, bu rivojlanishning ish sxemasi faqat texnologiya rivojlanishining oraliq bosqichi bo'lib, kelajakda dvigatellar silindrlarga to'g'ridan -to'g'ri vodorod quyish va turbo zaryadlashga o'tadi. Bu usullar benzinli dvigatelga qaraganda avtomobil dinamikasining yaxshilanishiga va ichki yonish dvigatelining umumiy samaradorligining 50%dan oshishiga olib kelishi kutilmoqda. Bu erda biz ataylab "yoqilg'i xujayralari" mavzusiga tegishdan tiyildik, chunki bu masala so'nggi paytlarda juda faol ishlatilmoqda. Shu bilan birga, biz ularni BMW-ning vodorod texnologiyasi nuqtai nazaridan eslatib o'tishimiz kerak, chunki Myunxenlik dizaynerlar avtomobillarning bortli elektr tarmog'ini quvvatlantirish uchun aynan shunday qurilmalardan foydalanishga qaror qilishdi, bu esa akkumulyator batareyasining an'anaviy quvvatini butunlay yo'q qilish edi. Bu harakat yoqilg‘ini qo‘shimcha tejash imkonini beradi, chunki vodorod dvigateli alternatorni boshqarishi shart emas, bortdagi elektr tizimi esa to‘liq avtonom bo‘lib, harakatlanish yo‘lidan mustaqil bo‘ladi – u dvigatel ishlamayotgan vaqtda ham elektr energiyasi ishlab chiqarishi, shuningdek, va energiya iste'moli to'liq optimallashtirishga yordam beradi. Hozirgi vaqtda suv nasoslari, moy nasoslari, tormoz kuchaytirgichlari va simli tizimlarni quvvatlantirish uchun kerak bo'lganda qancha elektr energiyasi ishlab chiqarilishi qo'shimcha tejashga olib keladi. Biroq, bu barcha yangiliklarga parallel ravishda, yonilg'i quyish tizimi (benzin) deyarli qimmat dizayn o'zgarishlariga duch kelmadi. 2002 yil iyun oyida vodorod texnologiyalarini ilgari surish maqsadida BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN kompaniyalari CleanEnergy hamkorlik dasturini tuzdilar, u suyultirilgan va siqilgan vodorodli yonilg'i quyish shoxobchalarini ishlab chiqish bilan boshlandi.

BMW yana bir qator qo'shma loyihalar tashabbuskori bo'lib, jumladan neft kompaniyalari bilan hamkorlikda bo'lib, ular orasida eng faol ishtirokchilar Aral, BP, Shell, Total hisoblanadi. Ushbu istiqbolli sohaga qiziqish tobora ortib bormoqda - keyingi o'n yil ichida faqat YeI vodorod texnologiyalarini ishlab chiqish va joriy etishni moliyalashtirish uchun mablag'larga 2,8 milliard yevro miqdorida to'g'ridan-to'g'ri moliyaviy badallar ajratadi. Xususiy kompaniyalarning ushbu davrda "vodorod" ni ishlab chiqishga kiritgan sarmoyalari hajmini oldindan aytish qiyin, ammo bu notijorat tashkilotlardan ajratmalardan ko'p marta oshib ketishi aniq.

Ichki yonish dvigatellarida vodorod

Shunisi qiziqki, vodorodning fizik-kimyoviy xossalari tufayli u benzinga qaraganda ancha yonuvchan. Amalda, bu vodorodda yonish jarayonini boshlash uchun ancha kam boshlang'ich energiya talab qilinishini anglatadi. Boshqa tomondan, juda ozg'in aralashmalar vodorod dvigatellarida osongina ishlatilishi mumkin - zamonaviy benzinli dvigatellar murakkab va qimmat texnologiyalar orqali erishadigan narsa.

Vodorod-havo aralashmasining zarralari orasidagi issiqlik kamroq tarqaladi va shu bilan birga, o'z-o'zidan yonish harorati va yonish jarayonlarining tezligi benzinnikiga qaraganda ancha yuqori. Vodorod past zichlikka va kuchli diffuzivlikka ega (zarrachalarning boshqa gazga kirishi ehtimoli - bu holda havo).

O'z-o'zidan yonish uchun zarur bo'lgan past faollik energiyasi vodorod dvigatellarida yonish jarayonlarini boshqarishdagi eng katta qiyinchiliklardan biridir, chunki aralashmaning yonish kamerasidagi issiqroq joylar bilan aloqa qilish va butunlay boshqarilmaydigan jarayonlar zanjiriga rioya qilish qarshilik tufayli osongina o'z-o'zidan alangalanishi mumkin. Ushbu xavfdan qochish vodorod dvigatellarini ishlab chiqishdagi eng katta qiyinchiliklardan biridir, ammo yuqori darajada tarqalgan yonish aralashmasi silindr devorlariga juda yaqin o'tishi va o'ta tor bo'shliqlardan o'tib ketishi oqibatlarini bartaraf etish oson emas. yopiq supaplar kabi, masalan ... Bu motorlarni loyihalashda bularning barchasini hisobga olish kerak.

Yuqori avtotransport harorati va yuqori oktan raqami (taxminan 130) dvigatelning siqilish koeffitsientini va shuning uchun uning samaradorligini oshirishga imkon beradi, ammo yana vodorodni issiqroq qism bilan aloqa qilish xavfi mavjud. silindrda. Vodorodning yuqori diffuziya qobiliyatining afzalligi havo bilan osonlikcha aralashish imkoniyatidir, bu esa tank buzilib ketganda yoqilg'ining tez va xavfsiz tarqalishini kafolatlaydi.

Yonish uchun ideal havo-vodorod aralashmasi taxminan 34:1 nisbatga ega (benzin uchun bu nisbat 14,7:1). Bu shuni anglatadiki, birinchi holatda vodorod va benzinning bir xil massasini birlashtirganda, ikki barobardan ko'proq havo talab qilinadi. Shu bilan birga, vodorod-havo aralashmasi sezilarli darajada ko'proq joy egallaydi, bu esa vodorod bilan ishlaydigan dvigatellarning kamroq quvvatga ega ekanligini tushuntiradi. Nisbatlar va hajmlarning sof raqamli tasviri juda tushunarli - yonish uchun tayyor vodorodning zichligi benzin bug'idan 56 baravar kam .... Shu bilan birga, shuni ta'kidlash kerakki, printsipial jihatdan vodorod dvigatellari 180: 1 gacha bo'lgan havo-vodorod aralashmalari bilan ham ishlashi mumkin (ya'ni juda "oriq" aralashmalar), bu esa o'z navbatida dvigatelni ishlatish mumkinligini anglatadi. gaz kelebeğisiz va dizel dvigatellari printsipidan foydalaning. Shuni ham ta'kidlash kerakki, vodorod energiya manbalari sifatida massasi bo'yicha vodorod va benzinni solishtirishda shubhasiz etakchi hisoblanadi - bir kilogramm vodorod bir kilogramm benzinga qaraganda deyarli uch barobar ko'p energiya talab qiladi.

Benzinli dvigatellarda bo'lgani kabi, suyultirilgan vodorod to'g'ridan-to'g'ri kollektorlardagi klapanlardan oldin yuborilishi mumkin, ammo eng yaxshi yechim to'g'ridan-to'g'ri siqish paytida in'ektsiyadir - bu holda quvvat shunga o'xshash benzinli dvigateldan 25% ga oshishi mumkin. Buning sababi shundaki, yoqilg'i (vodorod) benzin yoki dizel dvigatelidagi kabi havoni siqib chiqarmaydi, yonish kamerasini faqat havo (odatdagidan sezilarli darajada ko'proq) to'ldirishga imkon beradi. Bundan tashqari, benzinli dvigatellardan farqli o'laroq, vodorod dvigatellari strukturaviy aylanishga muhtoj emas, chunki vodorod bu chorasiz havo bilan etarlicha yaxshi tarqaladi. Tsilindrning turli qismlarida turli xil yonish tezligi tufayli ikkita shamni joylashtirish yaxshiroqdir va vodorodli dvigatellarda platina elektrodlaridan foydalanish amaliy emas, chunki platina past haroratlarda yoqilg'ining oksidlanishiga olib keladigan katalizatorga aylanadi.

H2R

H2R - bu BMW muhandislari tomonidan ishlab chiqarilgan va o'n ikki silindrli dvigatel bilan jihozlangan ishlaydigan supersport prototipi bo'lib, vodorod bilan ishlaganda maksimal quvvati 285 ot kuchiga etadi. Ularning yordami bilan eksperimental model olti soniyada 0 dan 100 km/soatgacha tezlashadi va 300 km/soat maksimal tezlikka erishadi.H2R dvigateli benzin 760i-da ishlatiladigan standart top-end blokiga asoslangan va bor-yo‘g‘i o‘nta yo‘l oldi. rivojlanish uchun oylar. O'z-o'zidan yonishning oldini olish uchun Bavariya mutaxassislari dvigatelning o'zgaruvchan valfli vaqt tizimlari tomonidan taqdim etilgan imkoniyatlardan foydalangan holda, yonish kamerasiga maxsus oqim aylanishi va in'ektsiya strategiyasini ishlab chiqdilar. Aralash tsilindrlarga kirmasdan oldin, ikkinchisi havo bilan sovutiladi va ateşleme faqat yuqori o'lik markazda amalga oshiriladi - vodorod yoqilg'isi bilan yuqori yonish tezligi tufayli, ateşleme avans talab qilinmaydi.

topilmalar

Toza vodorod energiyasiga o'tishning moliyaviy tahlili hali unchalik optimistik emas. Yengil gazni ishlab chiqarish, saqlash, tashish va etkazib berish hali ham energiya talab qiladigan jarayon bo'lib, insoniyat rivojlanishining hozirgi texnologik bosqichida bunday sxema samarali bo'lishi mumkin emas. Biroq, bu tadqiqot va echimlarni izlash davom etmaydi degani emas. Quyosh panellarining elektr energiyasidan foydalangan holda suvdan vodorod olish va uni katta idishlarda saqlash bo'yicha takliflar umidvor. Boshqa tomondan, Sahroi Kabirdagi gaz fazasida elektr energiyasi va vodorod hosil qilish, uni O'rta dengizga quvur orqali etkazish, suyultirish va kriyogen tankerlar orqali tashish, portlarga tushirish va nihoyat yuk mashinalarida tashish jarayoni hozirgi paytda biroz kulgili bo'lib tuyulmoqda ...

Yaqinda Norvegiyaning Shimoliy dengizdagi ishlab chiqarish maydonlarida tabiiy gazdan vodorod ishlab chiqarishni taklif qilgan Norvegiyaning "Norsk Hydro" neft kompaniyasi qiziq bir g'oyani taqdim etdi va qoldiq uglerod oksidi dengiz tubidagi tükenmiş konlarda saqlandi. Haqiqat o'rtada bir joyda yotadi va vodorod sanoatining rivojlanishi qaerga ketishini vaqt ko'rsatadi.

Mazda varianti

Yaponiyaning Mazda kompaniyasi ham vodorod dvigatelining o'z versiyasini - aylanma blokli sportkar RX-8 ko'rinishida namoyish etmoqda. Buning ajablanarli joyi yo'q, chunki Wankel dvigatelining dizayn xususiyatlari vodorodni yoqilg'i sifatida ishlatish uchun juda mos keladi. Gaz yuqori bosim ostida maxsus tankda saqlanadi va yoqilg'i to'g'ridan-to'g'ri yonish kameralariga AOK qilinadi. Aylanadigan dvigatellarda in'ektsiya va yonish sodir bo'ladigan joylar ajratilganligi va assimilyatsiya qismidagi harorat pastroq bo'lganligi sababli, nazoratsiz yonish ehtimoli muammosi sezilarli darajada kamayadi. Wankel dvigateli, shuningdek, ikkita injektor uchun etarli joyni taklif qiladi, bu vodorodning optimal miqdorini kiritish uchun juda muhimdir.