Тест вожња БМВ и водоник: други део

„Вода. Једини крајњи производ БМВ-ових чистих мотора је коришћење течног водоника уместо нафтних горива и омогућавање свима да уживају у новим технологијама чисте савести."

БМВ начин

Ове речи су цитат из рекламне кампање једне немачке компаније пре неколико година. Дуго нико није доводио у питање чињеницу да Баварци добро знају шта раде када је у питању моторна техника и да су један од неприкосновених светских лидера у овој области. Нити би се помислило да ће компанија која је показала солидан раст продаје последњих година бацити тону новца на мало познате рекламе за обећавајуће технологије са неизвесном будућношћу.

У исто време, међутим, цитиране речи су део кампање за промовисање прилично егзотичне 745-часовне водоничне верзије водећег брода баварског произвођача аутомобила. Егзотично, јер ће према БМВ-у, прелазак на алтернативе угљоводоничним горивима, којима је аутомобилска индустрија хранила од самог почетка, захтевати промену целокупне производне инфраструктуре. Ово последње је неопходно јер Баварци виде обећавајући пут развоја не у широко рекламираним горивним ћелијама, већ у конверзији мотора са унутрашњим сагоревањем да раде на водоник. БМВ верује да је надоградња решив проблем и већ је направио значајан напредак у решавању главног проблема постизања поузданих перформанси мотора и елиминисања његове склоности неконтролисаним процесима сагоревања коришћењем чистог водоника. Успех у овом правцу заслужан је за компетентност у области електронског управљања процесима мотора и могућност коришћења БМВ патентираних флексибилних система за дистрибуцију гаса Валветрониц и Ванос, без којих би било немогуће обезбедити нормалан рад „мотора на водоник“ . Међутим, први кораци у овом правцу датирају из 1820. године, када је дизајнер Вилијам Сесил створио мотор на водоник који ради на такозваном "принципу вакуума" - шема која се веома разликује од оне касније измишљеног мотора са унутрашњим мотором. . гори. У свом првом развоју мотора са унутрашњим сагоревањем 60 година касније, пионир Ото је користио већ поменути синтетички гас добијен од угља са садржајем водоника од око 50%. Међутим, проналаском карбуратора, употреба бензина је постала много практичнија и сигурнија, а течно гориво је заменило све друге алтернативе које су постојале до сада. Особине водоника као горива поново су откривене много година касније од стране свемирске индустрије, која је брзо открила да водоник има најбољи однос енергије и масе од било ког горива познатог човечанству.

У јулу 1998. године, Европско удружење аутомобилске индустрије (АЦЕА) обавезало се Европској унији да смањи емисију ЦО2008 из новорегистрованих возила у Унији за просечно 2 грама по километру за 140. У пракси је то значило смањење емисије од 25% у односу на 1995. годину, а просечна потрошња горива нове флоте износила је око 6,0 л / 100 км. У блиској будућности очекују се додатне мере за смањење емисије угљен-диоксида за 14% до 2012. године. То изузетно отежава задатак аутомобилским компанијама и, према речима стручњака БМВ-а, може се решити или употребом горива са ниским садржајем угљеника или потпуно уклањањем угљеника из састава горива. Према овој теорији, водоник се поново појављује у аутомобилској арени у пуном сјају.

Баварска компанија постала је први произвођач аутомобила који је масовно производио возила на водоник. Оствариле су се оптимистичне и самопоуздане тврдње професора Буркхарда Гесцхела, члана одбора БМВ-а одговорног за нови развој, да ће „компанија продавати аутомобиле са водоником пре истека тренутне серије 7“. Са најновијом верзијом Хидроген 7, седмом серијом, представљеном 2006. године, са 12-цилиндричним мотором од 260 КС. ова порука је већ постала стварност. Намера је изгледала прилично амбициозно, али не без разлога. БМВ експериментише са моторима са унутрашњим сагоревањем који раде на водоник од 1978. године, а 11. маја 2000. извео је јединствену демонстрацију могућности ове алтернативе. Импресивна флота од 15 750 хл возила из претходне генерације седмице, покретана водоничним дванаестоцилиндричним моторима, завршила је маратон од 170 000 км, истичући успех компаније и обећање нове технологије. 2001. и 2002. године нека од ових возила наставила су да учествују у разним демонстрацијама у знак подршке идеји о водонику. Тада је дошло време за нови развој заснован на следећој серији 7, користећи савремени 4,4-литарски В-212 и способан за максималну брзину од 12 км / х, праћен најновијим развојем са XNUMX-цилиндричним В-XNUMX. Према званичном мишљењу компаније, разлози због којих је БМВ одабрао ову технологију уместо горивих ћелија су комерцијални и психолошки. Прво, овај метод ће захтевати знатно мање улагања ако се промени производна инфраструктура. Друго, зато што су људи навикли на стари стари мотор са унутрашњим сагоревањем, свиђа им се и биће тешко растати се од њега. И треће, у међувремену се испоставило да се ова технологија развија брже од технологије горивих ћелија.

У БМВ аутомобилима, водоник се складишти у супер изолованој криогеној посуди, нешто попут термос боце високе технологије коју је развила немачка група за хлађење Линде. На ниским температурама складиштења, гориво је у течној фази и улази у мотор као обично гориво.

У овој фази дизајнери компаније из Минхена фокусирали су се на индиректно убризгавање горива, а квалитет смеше зависи од начина рада мотора. У режиму делимичног оптерећења, мотор ради на сиромашним мешавинама сличном дизел гориву – промена се врши само у количини убризганог горива. Ово је такозвана „контрола квалитета“ смеше, у којој мотор ради са вишком ваздуха, али је због малог оптерећења стварање емисије азота сведено на минимум. Када постоји потреба за значајном снагом, мотор почиње да ради као бензински мотор, прелазећи на такозвану „квантитативну контролу“ смеше и нормалних (не мршавих) смеша. Ове промене су могуће, с једне стране, због брзине електронског управљања процесима у мотору, ас друге стране, због флексибилног рада система за управљање дистрибуцијом гаса – „дупли” Ванос, који раде у спрези са Систем контроле усисног вентила без гаса. Треба имати на уму да је, према БМВ инжењерима, радна шема овог развоја само посредна фаза у развоју технологије и да ће у будућности мотори прећи на директно убризгавање водоника у цилиндре и турбопуњење. Очекује се да ће ове технике резултирати бољом динамиком возила од упоредивог бензинског мотора и повећати укупну ефикасност мотора са унутрашњим сагоревањем за више од 50%. Овде смо се намерно уздржали од дотицања теме "горивих ћелија", јер се ово питање у последње време прилично активно користи. У исто време, међутим, морамо их поменути у контексту БМВ-ове водоничне технологије, јер су дизајнери у Минхену одлучили да користе управо такве уређаје за напајање уграђене електричне мреже у аутомобилима, потпуно елиминишући конвенционално напајање из батерије. Овај потез омогућава додатну уштеду горива, пошто мотор на водоник не мора да покреће алтернатор, а уграђени електрични систем постаје потпуно аутономан и независан од путање вожње – може да производи електричну енергију чак и када мотор не ради, као и да производи и потрошња енергије је подложна потпуној оптимизацији. Чињеница да се сада за производњу пумпе за воду, пумпи за уље, појачивача кочница и жичаних система може произвести само онолико електричне енергије колико је потребно, такође представља додатну уштеду. Међутим, паралелно са свим овим иновацијама, систем убризгавања горива (бензин) практично није претрпео скупе промене у дизајну. У циљу промоције водоничних технологија у јуну 2002. године, БМВ Гроуп, Арал, БВГ, ДаимлерЦхрислер, Форд, ГХВ, Линде, Опел МАН створили су партнерски програм ЦлеанЕнерги, који је започео развојем пунионица са укапљеним и компримованим водоником.

БМВ је иницијатор низа других заједничких пројеката, укључујући и нафтне компаније, међу којима су најактивнији учесници Арал, БП, Схелл, Тотал. Интересовање за ову перспективну област експоненцијално расте – у наредних десет година само ће ЕУ дати директне финансијске доприносе фондовима за финансирање развоја и имплементације водоничних технологија у износу од 2,8 милијарди евра. Обим улагања приватних компанија у развој „водоника” у овом периоду тешко је предвидети, али је јасно да ће вишеструко премашити одбитке непрофитних организација.

Водоник у моторима са унутрашњим сагоревањем

Занимљиво је напоменути да је, због физичких и хемијских својстава водоника, много запаљивији од бензина. У пракси, то значи да је за покретање процеса сагоревања у водонику потребно много мање почетне енергије. С друге стране, веома посне смеше се лако могу користити у моторима на водоник - нешто што савремени бензински мотори постижу сложеним и скупим технологијама.

Топлота између честица мешавине водоник-ваздух се мање распршује, а истовремено је температура самопаљења и брзина процеса сагоревања много већа од оне код бензина. Водоник има малу густину и јаку дифузију (могућност продирања честица у други гас - у овом случају ваздух).

Ниска енергија активације потребна за самозапаљење је један од највећих изазова у контроли процеса сагоревања у моторима на водоник јер се смеша може лако спонтано запалити услед контакта са топлијим деловима у комори за сагоревање и отпорности на праћење ланца потпуно неконтролисаних процеса. Избегавање овог ризика је један од највећих изазова у развоју мотора на водоник, али није лако елиминисати последице чињенице да високо дифузна горућа смеша путује веома близу зидова цилиндра и може да продре у изузетно уске празнине. као што су затворени вентили на пример... Све ово се мора узети у обзир при пројектовању ових мотора.

Висока температура самозапаљења и висок октански број (око 130) омогућавају повећање степена компресије мотора и, према томе, његове ефикасности, али опет постоји опасност од самозапаљивања водоника у додиру са топлијим делом. у цилиндру. Предност велике дифузијске способности водоника је могућност лаког мешања са ваздухом, што у случају квара резервоара гарантује брзо и сигурно расипање горива.

Идеална смеша ваздух-водоник за сагоревање има однос од приближно 34:1 (за бензин овај однос је 14,7:1). То значи да је при комбиновању исте масе водоника и бензина у првом случају потребно више него двоструко више ваздуха. Истовремено, мешавина водоник-ваздух заузима знатно више простора, што објашњава зашто мотори на водоник имају мању снагу. Чисто дигитална илустрација односа и запремина је прилично елоквентна - густина водоника спремног за сагоревање је 56 пута мања од густине бензинске паре .... Међутим, треба напоменути да, у принципу, мотори на водоник могу да раде и са мешавинама ваздух-водоник до 180:1 (тј. веома „мршаве“ мешавине), што заузврат значи да мотор може да ради. без пригушног вентила и користе принцип дизел мотора. Такође треба напоменути да је водоник неприкосновени лидер у поређењу водоника и бензина као извора енергије по маси – килограм водоника је скоро три пута енергетски интензивнији од килограма бензина.

Као и код бензинских мотора, течни водоник се може убризгати директно испред вентила у колекторима, али најбоље решење је убризгавање директно током такта компресије – у овом случају снага може премашити снагу сличног бензинског мотора за 25%. То је зато што гориво (водоник) не истискује ваздух као у бензинским или дизел моторима, дозвољавајући само ваздуху (знатно више него обично) да напуни комору за сагоревање. Такође, за разлику од бензинских мотора, моторима на водоник није потребно структурно ковитлање јер водоник довољно добро дифундује са ваздухом и без ове мере. Због различите брзине сагоревања у различитим деловима цилиндра, боље је поставити две свећице, а у моторима на водоник употреба платинастих електрода је непрактична, пошто платина постаје катализатор који доводи до оксидације горива на ниским температурама.

ХКСНУМКСР

Х2Р је радни суперспортски прототип који су израдили БМВ инжењери и покретан је мотором од дванаест цилиндара који достиже максималну снагу од 285 КС када га покреће водоник. Захваљујући њима, експериментални модел убрзава од 0 до 100 км / х за шест секунди и достиже максималну брзину од 300 км / х. Х2Р мотор је заснован на стандардној врхунској јединици која се користи у бензинском 760и и требало му је само десет месеци да се развије. Да би спречили спонтано сагоревање, баварски стручњаци су развили посебан циклус протока и стратегију убризгавања у комору за сагоревање, користећи могућности које пружају променљиви системи времена вентила мотора. Пре него што смеша уђе у цилиндре, ови се хладе ваздухом, а паљење се врши само у горњој мртвој тачки - због велике брзине сагоревања са водоничним горивом, није потребно унапредјење паљења.

Налази

Финансијска анализа преласка на чисту енергију водоника још увек није превише оптимистична. Производња, складиштење, транспорт и снабдевање лаким гасом и даље су прилично енергетски интензивни процеси и у тренутној технолошкој фази људског развоја таква шема не може бити ефикасна. Међутим, то не значи да се истраживање и тражење решења неће наставити. Предлози за генерисање водоника из воде помоћу електричне енергије из соларних панела и његово складиштење у великим резервоарима звуче оптимистично. С друге стране, процес производње електричне енергије и водоника у гасној фази у пустињи Сахара, транспорт цевоводом до Средоземног мора, течност и транспорт криогеним танкерима, истовар у лукама и коначно транспорт камионом тренутно звучи помало смешно ...

Занимљиву идеју недавно је изнела норвешка нафтна компанија Норск Хидро, која је предложила производњу водоника из природног гаса на производним местима у Северном мору, а заостали угљен-моноксид је ускладиштен на осиромашеним пољима под морским дном. Истина лежи негде у средини, а време ће показати где ће ићи развој индустрије водоника.

Мазда варијанта

Јапанска компанија Мазда такође приказује своју верзију водоничног мотора – у виду ротационог агрегата спортског аутомобила РКС-8. Ово није изненађујуће, јер су карактеристике дизајна Ванкел мотора изузетно погодне за коришћење водоника као горива. Гас се складишти под високим притиском у посебном резервоару, а гориво се убризгава директно у коморе за сагоревање. Због чињенице да су код ротационих мотора области у којима се одвија убризгавање и сагоревање раздвојене, а температура у усисном делу је нижа, проблем могућности неконтролисаног паљења је значајно смањен. Ванкел мотор нуди и довољно простора за две бризгаљке, што је изузетно важно за убризгавање оптималне количине водоника.