Vodorodli dvigatel. Qanday ishlaydi va kamchiliklari

Ichki yonish dvigatellari alohida quvvat bloklari sifatida keskin ko'rinmadi. Aksincha, klassik dvigatel issiqlik dvigatellarini takomillashtirish va takomillashtirish natijasida paydo bo'ldi. Biz avtoulovlar kapoti ostida ko'rishga odatlanib qolgan birlik asta-sekin qanday paydo bo'lganligi haqida o'qing. alohida maqolada.

Biroq, ichki yonish dvigateli bilan jihozlangan birinchi mashina paydo bo'lganda, insoniyat ot kabi doimiy ovqatlanishni talab qilmaydigan o'ziyurar vositani oldi. 1885 yildan buyon motorlarda ko'p narsalar o'zgargan, ammo bitta kamchilik o'zgarishsiz qolmoqda. Benzin (yoki boshqa yoqilg'i) va havo aralashmasi yonishi paytida atrof muhitni ifloslantiradigan juda ko'p zararli moddalar ajralib chiqadi.

Agar o'ziyurar transport vositalarining paydo bo'lishidan oldin Evropa mamlakatlari me'morlari yirik shaharlar ot go'ngida g'arq bo'lishidan qo'rqsalar, bugungi kunda megapolislar aholisi iflos havodan nafas olishmoqda.

Tashish uchun qattiq ekologik standartlar transport vositalarini ishlab chiqaruvchilarni toza elektr energiyasini ishlab chiqarishga majbur qilmoqda. Shunday qilib, ko'plab kompaniyalar ilgari yaratilgan Anjos Jedlik texnologiyasiga qiziqish bildirdilar - 1828 yilda paydo bo'lgan elektr tortish bo'yicha o'ziyurar arava. Va bugungi kunda ushbu texnologiya avtomobillar dunyosida shu qadar mustahkam o'rnashganki, siz elektromobil yoki gibrid bilan hech kimni ajablantirmaysiz.

Ammo chindan ham dalda beradigan narsa bu yagona ichimlik suvi bo'lgan elektr stantsiyalari. Bu vodorodli dvigatel.

Vodorodli dvigatel nima?

Bu vodorodni yoqilg'i sifatida ishlatadigan vosita turi. Ushbu kimyoviy elementdan foydalanish uglevodorod resurslarining kamayishini kamaytiradi. Bunday qurilmalarga qiziqishning ikkinchi sababi atrof-muhit ifloslanishini kamaytirishdir.

Transportda qaysi turdagi dvigatel ishlatilishiga qarab, uning ishlashi klassik ichki yonish dvigatelidan farq qiladi yoki bir xil bo'ladi.

Qisqa tarix

Vodorodning ichki yonish dvigatellari ICE printsipi ishlab chiqilgan va takomillashtirilgan davrda paydo bo'lgan. Frantsuz muhandisi va ixtirochisi ichki yonuv dvigatelining o'z versiyasini yaratdi. Uning rivojlanishida ishlatgan yoqilg'i vodorod bo'lib, u H ning elektrolizi natijasida paydo bo'ladi₂A. 1807 yilda birinchi vodorod avtomobili paydo bo'ldi.

Isaak De Rivaz 1807 yilda harbiy texnika uchun traktor ishlab chiqarishga patent oldi. quvvat bloklaridan biri sifatida u vodoroddan foydalanishni taklif qildi.

Quvvat bloki piston edi va undagi tutashuv silindrda uchqun paydo bo'lishiga bog'liq edi. To'g'ri, ixtirochining birinchi ijodi uchqunni qo'lda yaratishga muhtoj edi. Faqat ikki yil o'tgach, u o'z ishini yakunladi va birinchi o'ziyurar vodorod vositasi tug'ildi.

Biroq, o'sha paytda rivojlanishga ahamiyat berilmagan, chunki benzin olish va saqlash benzin kabi oson emas. Vodorodli dvigatellar 1941 yil ikkinchi yarmidan boshlab blokadada Leningradda deyarli qo'llanilgan. Shunga qaramay, ular faqat vodorod birliklari emasligini tan olishimiz kerak. Bu oddiy GAZ ichki yonish dvigatellari edi, faqat ular uchun yoqilg'i yo'q edi, ammo o'sha paytda gaz juda ko'p edi, chunki ular sharlar bilan ta'minlangan edi.

80-yillarning birinchi yarmida ko'plab mamlakatlar, nafaqat Evropa, balki Amerika, Rossiya va Yaponiya ham ushbu turdagi qurilmalarda tajriba o'tkazishni o'z zimmalariga oldilar. Shunday qilib, 1982 yilda Kvant zavodi va RAF avtomobilsozlik korxonasining birgalikdagi ishi bilan vodorod va havo aralashmasi bilan ishlaydigan birlashgan dvigatel paydo bo'ldi va energiya manbai sifatida 5 kVt / s akkumulyator ishlatildi.

O'shandan beri turli mamlakatlar tomonidan "yashil" transport vositalarini o'zlarining namunaviy qatorlariga kiritishga urinishlar bo'lgan, ammo aksariyat hollarda bunday mashinalar prototiplar toifasida qolgan yoki juda cheklangan nashrga ega bo'lgan.

Qanday ishlaydi

Bugungi kunda ushbu toifadagi ko'plab ishlaydigan motorlar mavjud bo'lganligi sababli, har bir alohida holatda vodorod zavodi o'z printsipiga muvofiq ishlaydi. Klassik ichki yonish dvigatelining o'rnini bosadigan bitta modifikatsiyaning qanday ishlashini ko'rib chiqing.

Bunday dvigatelda yonilg'i xujayralari albatta ishlatiladi. Ular elektrokimyoviy reaktsiyani faollashtiradigan bir xil generatorlardir. Qurilma ichida vodorod oksidlanib, reaktsiya natijasida elektr, suv bug'lari va azot ajralib chiqadi. Bunday o'rnatishda karbonat angidrid chiqmaydi.

Shunga o'xshash qurilmaga asoslangan transport vositasi bir xil elektr transport vositasidir, faqat uning ichidagi akkumulyator juda kichikdir. Yoqilg'i xujayrasi barcha avtomobil tizimlarini boshqarish uchun etarli energiya ishlab chiqaradi. Faqatgina ogohlantirish - bu jarayon boshlangandan energiya ishlab chiqarishga qadar taxminan 2 daqiqa vaqt ketishi mumkin. Ammo o'rnatishning maksimal chiqishi tizim qiziganidan keyin boshlanadi, bu soatiga to'rtdan 60 daqiqagacha davom etadi.

Shunday qilib, elektr stantsiyasi behuda ishlamaydi va transportni oldindan sayohat uchun tayyorlash kerak emas, unda odatdagi akkumulyator o'rnatilgan. Haydash paytida u sog'ayib ketganligi sababli qayta quvvatlanadi va u faqat avtomobilni yoqish uchun kerak bo'ladi.

Bunday mashina turli hajmdagi silindr bilan jihozlangan bo'lib, unga vodorod quyiladi. Haydash rejimiga, avtomobilning o'lchamiga va elektr inshootining kuchiga qarab, bir kilogramm gaz 100 kilometrlik sayohat uchun etarli bo'lishi mumkin.

Vodorodli dvigatel turlari

Vodorod dvigatellarining bir nechta modifikatsiyalari mavjud bo'lsa-da, ularning barchasi ikki turga bo'linadi:

• Yoqilg'i xujayrasi bo'lgan birlik turi;
• Vodorod ustida ishlashga moslashtirilgan o'zgartirilgan ichki yonish dvigateli.

Keling, har bir turni alohida ko'rib chiqamiz: ularning xususiyatlari qanday.

Vodorod yonilg'i xujayralariga asoslangan elektr stantsiyalari

Yoqilg'i xujayrasi akkumulyator printsipiga asoslanadi, unda elektrokimyoviy jarayon amalga oshiriladi. Vodorod analogining yagona farqi uning yuqori samaradorligi (ba'zi hollarda 45 foizdan ko'p).

Yoqilg'i xujayrasi - bu bitta element bo'lib, unda ikkita element joylashtirilgan: katod va anod. Ikkala elektrod ham platina (yoki paladyum) bilan qoplangan. Ularning o'rtasida membrana joylashgan. U bo'shliqni ikkita kameraga ajratadi. Bo'shliqqa katod bilan kislorod, ikkinchisiga esa vodorod beriladi.

Natijada, kimyoviy reaktsiya paydo bo'ladi, natijada kislorod va vodorod molekulalarining elektr energiyasini chiqarishi bilan birikmasi. Jarayonning yon ta'siri suv va azot ajralib chiqadi. Yoqilg'i xujayrasi elektrodlari avtomobilning elektr zanjiriga, shu jumladan elektr motoriga ulangan.

Vodorod ichki yonish dvigatellari

Bunday holda, dvigatel vodorod deb nomlangan bo'lsa-da, an'anaviy ICE bilan bir xil tuzilishga ega. Faqatgina farq shundaki, u benzin yoki propan emas, balki vodorod yonadi. Agar siz silindrni vodorod bilan to'ldirsangiz, unda bitta muammo bor - bu gaz an'anaviy birlik samaradorligini taxminan 60 foizga kamaytiradi.

Dvigatelni yangilamasdan vodorodga o'tish bilan bog'liq yana bir nechta muammolar:

• HTS siqilganida, gaz yonish kamerasi va pistoni ishlab chiqarilgan metall bilan kimyoviy reaktsiyaga kirishadi va ko'pincha bu motor moyi bilan ham sodir bo'lishi mumkin. Shu sababli, yonish kamerasida yana bir birikma hosil bo'ladi, bu yaxshi yoqish uchun maxsus qobiliyat bilan farq qilmaydi;
• Yonish kamerasidagi bo'shliqlar mukammal bo'lishi kerak. Agar biror joyda yonilg'i tizimida kamida minimal miqdordagi qochqin bo'lsa, issiq narsalar bilan aloqa qilganda gaz osongina yonadi.

Honda Clarity uchun dvigatel

Shu sabablarga ko'ra aylanadigan dvigatellarda vodorodni yoqilg'i sifatida ishlatish ancha amaliy (ularning xususiyati nimada, o'qing) shu yerda). Bunday agregatlarni qabul qilish va chiqarish kollektorlari bir-biridan alohida joylashgan, shuning uchun kirish joyidagi gaz qizib ketmaydi. Dvigatellar modernizatsiya qilinayotganda, arzonroq va ekologik toza yoqilg'idan foydalanish muammolarini bartaraf etish uchun imkon qadar bo'ling.

Yoqilg'i xujayralarining ishlash muddati qancha?

Bugungi kunda butun dunyoda bunday mashinalar juda kam uchraydi va ular hali seriyada yo'q, ma'lum energiya manbai qanday manbaga ega ekanligini aytish qiyin. Hunarmandlarning bu borada hali tajribasi yo'q.

Aytish mumkin bo'lgan yagona narsa shundaki, Toyota vakillarining so'zlariga ko'ra, ularning ishlab chiqaradigan Mirai avtomobilining yonilg'i kamerasi 250 ming kilometrgacha uzluksiz energiya ishlab chiqarishga qodir. Ushbu bosqichdan so'ng siz qurilmaning samaradorligini kuzatib borishingiz kerak. Agar uning ishlashi sezilarli darajada pasaygan bo'lsa, yonilg'i kamerasi vakolatli xizmat ko'rsatish markazida o'zgartiriladi. To'g'ri, kompaniya ushbu protsedura uchun munosib miqdor oladi deb kutish kerak.

Qaysi kompaniyalar allaqachon vodorodli avtomobillarni ishlab chiqarishmoqda yoki ishlab chiqarishni rejalashtirishmoqda?

Ko'pgina kompaniyalar ekologik toza energiya blokini ishlab chiqarish bilan shug'ullanadilar. Dizayn byurosida allaqachon ishlaydigan variantlar mavjud bo'lgan ketma-ket ketishga tayyor bo'lgan avtomobil markalari:

• Mercedes-Benz-bu GLC F-Cell krossoveridir, uning sotilishi 2018 yilda e'lon qilingan, biroq hozircha uni Germaniyaning sanoqli korxonalari va vazirliklari sotib olgan. Yaqinda GenH2 vodorodli yonilg'i xujayralari traktor birligining prototipi namoyish etildi;
• Hyundai - Nexo prototipi ikki yil oldin taqdim etilgan;
• BMW - bu vodorod 7 vodorodining prototipi, u konveyerdan chiqarilgan. 100 nusxadagi partiya eksperimental bosqichda qoldi, lekin bu allaqachon nimadir.

Amerikada va Evropada sotib olinadigan birja mashinalari orasida navbati bilan Toyota va Honda-dan Mirai va Clarity modellari mavjud. Qolgan kompaniyalar uchun ushbu rivojlanish hali chizilgan versiyada yoki ishlamaydigan prototip sifatida.

toyota mirai

Honda aniqligi

Vodorod bilan ishlaydigan mashina qancha turadi?

Vodorodli mashinaning narxi yaxshi. Buning sababi yoqilg'i xujayralari (paladyum yoki platina) elektrodlari tarkibiga kiradigan qimmatbaho metallardir. Shuningdek, zamonaviy avtoulov behisob xavfsizlik tizimlari va elektr elementlarining ishlashini barqarorlashtirish bilan jihozlangan, bu ham moddiy resurslarni talab qiladi.

Garchi bunday avtoulovga texnik xizmat ko'rsatish (yonilg'i xujayralari almashtirilgunga qadar) so'nggi avlodlarning oddiy mashinasidan ancha qimmat bo'lmasa ham. Vodorod ishlab chiqarishga homiylik qiladigan davlatlar mavjud, ammo bunga qaramay, siz har bir kilogramm gaz uchun o'rtacha 11 yarim dollar to'lashingiz kerak bo'ladi. Dvigatel turiga qarab, bu taxminan yuz kilometr masofaga etarlidir.

Nega vodorodli mashinalar elektromobillardan yaxshiroq?

Agar siz yonilg'i xujayralari bilan vodorod zavodini olsangiz, unda bunday mashina biz yo'llarda ko'rishga odatlanib qolgan elektromobil bilan bir xil bo'ladi. Faqatgina farq shundaki, elektromobil tarmoqdan yoki yoqilg'i quyish shoxobchasidagi terminaldan quvvatlanadi. Vodorod transportining o'zi o'zi uchun elektr energiyasini ishlab chiqaradi.

Bunday mashinalarning narxiga kelsak, ular qimmatroq. Masalan, asosiy Tesla modellari 45 ming dollardan turadi. Yaponiyadagi vodorod analoglarini 57 ming donaga sotib olish mumkin. Bavariyaliklar esa o'z mashinalarini "yashil" yoqilg'ida 50 ming dollarga sotishadi.

Agar amaliylikni hisobga olsak, avtoulovni to'xtash joyida yarim soat kutish (barcha turdagi akkumulyatorlarga ruxsat berilmagan tez zaryadlash bilan) kutishdan ko'ra, gazni yonilg'i bilan to'ldirish osonroq (taxminan besh daqiqa vaqt ketadi). Bu vodorod o'simliklarining ortiqcha qismi.

Yana bir ijobiy tomoni shundaki, yonilg'i xujayralari texnik xizmatga muhtoj emas va ularning ishlash muddati juda katta. Elektr transport vositalariga kelsak, ularning katta batareyasi zaryadsizlantirish davrlarining ko'pligi sababli taxminan besh yil ichida almashtirishni talab qiladi. Sovuqda, elektr transport vositalaridagi akkumulyator yozga qaraganda ancha tez zaryadlanadi. Ammo vodorod oksidlanish reaktsiyasidagi element bundan aziyat chekmaydi va barqaror ravishda elektr energiyasini ishlab chiqaradi.

Vodorodli mashinalarning istiqboli qanday va ular qachon yo'lda ko'rinadi?

Evropa va AQShda vodorodli mashinani allaqachon topish mumkin. Biroq, ular hali ham qiziqish toifasida. Va bugungi kunda juda kam istiqbollar mavjud.

Ushbu transport turi tez orada barcha mamlakatlarning yo'llarini to'ldirmasligi asosiy sababi ishlab chiqarish quvvatlarining etishmasligi. Birinchidan, vodorod ishlab chiqarishni yo'lga qo'yish kerak. Bundan tashqari, bunday darajaga erishish kerak, bu ekologik jihatdan qulaylikdan tashqari, aksariyat avtoulovchilar uchun yoqilg'i hisoblanadi. Ushbu gazni ishlab chiqarishdan tashqari, uni tashishni tashkil qilish kerak (garchi buning uchun siz metan tashiladigan magistrallardan xavfsiz foydalanishingiz mumkin bo'lsa), shuningdek ko'plab yoqilg'i quyish shoxobchalarini tegishli terminallar bilan jihozlashingiz kerak.

Ikkinchidan, har bir avtomobil ishlab chiqaruvchisi ishlab chiqarish liniyalarini jiddiy ravishda modernizatsiya qilishi kerak, bu esa katta mablag 'sarflashni talab qiladi. Global epidemiya boshlangani sababli beqaror iqtisodiyotda kamdan-kam odamlar bunday xavfni o'z zimmalariga olishadi.

Agar siz elektr transportining rivojlanish sur'atlariga nazar tashlasangiz, ommalashtirish jarayoni juda tez sodir bo'ldi. Biroq, elektromobillarning mashhurligi sababi yoqilg'ini tejash qobiliyatidir. Va bu ko'pincha ularni sotib olishning birinchi sababi va atrof-muhitni saqlash uchun emas. Vodorodga nisbatan pulni tejash mumkin bo'lmaydi (hech bo'lmaganda hozir), chunki uni ishlab chiqarish uchun ko'proq energiya resurslari sarflanadi.

Vodorod dvigatellarining ijobiy va asosiy kamchiliklari

Shunday qilib, qisqacha bayon qilaylik. Vodorodli yonilg'i dvigatellarining afzalliklari quyidagi omillarni o'z ichiga oladi:

• Ekologik toza emissiya;
• Quvvat blokining jim ishlashi (elektr tortish);
• Yoqilg'i kamerasidan foydalanganda tez-tez texnik xizmat ko'rsatish talab qilinmaydi;
• Tez yonilg'i quyish;
• Elektr transport vositalari bilan taqqoslaganda, harakatlantiruvchi tizim va energiya manbai muzlash haroratida ham barqaror ishlaydi.

Rivojlanishni yangilik deb atash mumkin bo'lmasa-da, shunga qaramay, u o'rtacha avtoulovchiga ehtiyotkorlik bilan qarashga majbur qiladigan bir qator kamchiliklarga ega. Mana ulardan ba'zilari:

• Vodorod yonishi uchun u gaz holatida bo'lishi kerak. Bu muayyan qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi. Masalan, engil gazlarni siqish uchun maxsus qimmat kompressorlar talab qilinadi. Yoqilg'ini to'g'ri saqlash va tashish bilan bog'liq muammo ham mavjud, chunki u juda tez yonuvchan;
• Avtoulovga o'rnatiladigan tsilindrni vaqti-vaqti bilan tekshirish kerak. Buning uchun avtoulovchiga ixtisoslashgan markazga tashrif buyurish kerak bo'ladi va bu qo'shimcha xarajatdir;
• Vodorodli mashinada ulkan akkumulyatordan foydalanilmaydi, shu bilan birga, o'rnatish hali ham yaxshi vaznga ega, bu avtomobilning dinamik xususiyatlariga sezilarli ta'sir qiladi;
• Vodorod - eng kichik uchqunda yonadi, shuning uchun bunday avtomobil ishtirokidagi avariya jiddiy portlash bilan birga bo'ladi. Ba'zi haydovchilarning o'z xavfsizligi va boshqa yo'l harakati qatnashchilarining hayotiga mas'uliyatsiz munosabatini hisobga olib, bunday transport vositalarini hali ham yo'llarga chiqarish mumkin emas.

Insoniyatning toza muhitga bo'lgan qiziqishini hisobga olgan holda, "yashil" transportni yakunlash masalasida katta yutuq bo'ladi deb umid qilishimiz mumkin. Ammo bu sodir bo'lganda, buni vaqt ko'rsatadi.

Ayni paytda Toyota Mirai video-sharhini tomosha qiling:

Vodorodda kelajak? Toyota Mirai - TO'LIQ SHARX va texnik xususiyatlar | LiveFEED®

Savol va Javob:

Vodorod dvigateli nima uchun xavfli? Vodorod aralashmasining yonishi paytida dvigatel benzinni yoqishdan ko'ra ko'proq qiziydi. Natijada, pistonlar, klapanlarning yonishi va jihozning haddan tashqari yuklanishi ehtimoli yuqori.

Vodorod mashinasiga qanday yonilg'i quyish kerak? Bunday mashina gazsimon holatda (suyultirilgan yoki siqilgan gaz) vodorod bilan yoqilg'i bilan ta'minlanadi. Yoqilg'i saqlash uchun u 350-700 atmosferaga siqiladi va harorat -259 darajaga yetishi mumkin.

Vodorodli ichki yonish dvigateli qanday ishlaydi? Avtomobil bir turdagi akkumulyator bilan jihozlangan. Kislorod va vodorod maxsus plitalar orqali o'tadi. Natijada suv bug'lari va elektr energiyasining chiqishi bilan kimyoviy reaktsiya.