Автомобиль с водородным двигателем внутреннего сгорания

редактировать
Заливная горловина для водорода BMW, Museum Autovision, Альтлусхайм, Германия Бак для жидкого водорода Linde, Museum Autovision, Altlußheim, Германия BMW Водород7 RX-8 водородный роторный BMW H2R Musashi 9 Грузовик на жидком водороде

Водорода двигателя внутреннего сгорания транспортного средства (HICEV) представляет собой тип водорода транспортного средства с использованием двигателя внутреннего сгорания. Транспортные средства с водородным двигателем внутреннего сгорания отличаются от транспортных средств на водородных топливных элементах (которые используют электрохимическое использование водорода, а не сгорание). Вместо этого водородный двигатель внутреннего сгорания представляет собой просто модифицированную версию традиционного бензинового двигателя внутреннего сгорания. Отсутствие углерода означает, что не образуется CO2, что устраняет основные выбросы парниковых газов в обычном нефтяном двигателе.

Водород не содержит углерода. Это означает, что в выхлопных газах нет загрязняющих веществ на основе углерода, таких как оксид углерода (CO), диоксид углерода (CO2) и углеводороды (HC). Однако при сжигании водорода с воздухом образуются оксиды азота, известные как NOx, меньше, чем все нормы выбросов. Таким образом, процесс сгорания очень похож на другие высокотемпературные горючие топлива, такие как керосин, бензин, дизельное топливо или природный газ. Таким образом, водородные двигатели внутреннего сгорания не считаются с нулевым уровнем выбросов.

Обратной стороной является то, что с водородом очень трудно обращаться. Из-за очень маленького молекулярного размера атома водорода водород может просачиваться через многие твердые материалы. Выделившийся газообразный водород, смешанный с воздухом, потенциально взрывоопасен.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 История
  • 2 Эффективность
  • 3 Выбросы загрязняющих веществ
  • 4 Адаптация существующих двигателей
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

История

Франсуа Исаак де Риваз разработал в 1806 году двигатель Де Риваз, первый двигатель внутреннего сгорания, работавший на водородно-кислородной смеси. Этьен Ленуар произвел гиппомобиль в 1863 году. В 1970 году Поль Дигес запатентовал модификацию двигателей внутреннего сгорания, которые позволили бензиновым двигателям работать на водороде.

Токийский городской университет разрабатывает водородные двигатели внутреннего сгорания с 1970 года. Недавно они разработали автобус и грузовик, работающие на водороде.

Mazda разработала двигатели Ванкеля, сжигающие водород. Преимущество использования ДВС (двигателей внутреннего сгорания), таких как двигатели Ванкеля и поршневые двигатели, заключается в том, что стоимость переоборудования для производства намного ниже. ДВС с существующей технологией все еще можно использовать для решения тех проблем, для которых топливные элементы еще не являются жизнеспособным решением, например, в холодных погодных условиях.

В период с 2005 по 2007 год компания BMW тестировала роскошный автомобиль под названием BMW Hydrogen 7 с водородным ДВС, который в ходе испытаний показал скорость 301 км / ч (187 миль в час). По крайней мере, два из этих концептов были изготовлены.

Продемонстрированы вилочные погрузчики HICE на базе переделанных дизельных двигателей внутреннего сгорания с непосредственным впрыском.

В 2000 году Shelby Cobra была переоборудована для работы на водороде в рамках проекта, возглавляемого Джеймсом У. Хеффелем (в то время главным инженером Калифорнийского университета, Риверсайд CE-CERT). Конверсия водорода была проведена с целью создания транспортного средства, способного побить текущий рекорд наземной скорости для транспортных средств, работающих на водороде. Он разогнался до приличных 108,16 миль в час, опередив мировой рекорд для автомобилей с водородным двигателем на 0,1 миль в час.

Alset GmbH разработала гибридные водородные системы, которые позволяют автомобилю использовать бензин и водородное топливо по отдельности или одновременно с двигателем внутреннего сгорания. Эта технология использовалась с Aston Martin Rapide S во время гонки « 24 часа Нюрбургринга». Rapide S стал первым автомобилем, завершившим гонку с водородной технологией.

В последнее время все больший интерес вызывает разработка водородных двигателей внутреннего сгорания, особенно для грузовых автомобилей большой грузоподъемности. Частично это связано с тем, что это технология перехода к будущим климатическим выбросам CO. 2 цели по выбросам и как технология, более совместимая с существующими автомобильными знаниями и производством.

Эффективность

Поскольку водородные двигатели внутреннего сгорания являются тепловыми двигателями, их максимальная эффективность ограничена КПД Карно. Для сравнения, эффективность топливного элемента ограничена свободной энергией Гиббса, которая обычно выше, чем у Карно.

Двигатели водородного внутреннего сгорания особенно чувствительны к переходным процессам нагрузки с точки зрения эффективности, и поэтому больше подходят для работы с постоянной нагрузкой.

Выбросы загрязняющих веществ

При сгорании водорода с кислородом в качестве единственного продукта образуется водяной пар :

2Н 2 + О 2 → 2Н 2 О

Однако при сжигании водорода в воздухе могут образовываться оксиды азота, известные как NO x. Таким образом, процесс сгорания очень похож на другие высокотемпературные горючие топлива, такие как керосин, бензин, дизельное топливо или природный газ. Таким образом, водородные двигатели внутреннего сгорания не считаются с нулевым уровнем выбросов.

Водород имеет широкий диапазон воспламеняемости по сравнению с другими видами топлива. В результате его можно сжигать в двигателе внутреннего сгорания в широком диапазоне топливовоздушных смесей. Преимущество здесь в том, что он может работать на обедненной топливно-воздушной смеси. Такая смесь представляет собой смесь, в которой количество топлива меньше теоретического, стехиометрического или химически идеального количества, необходимого для сгорания с заданным количеством воздуха. В этом случае увеличивается экономия топлива и более полная реакция сгорания. Кроме того, температура сгорания обычно ниже, что снижает количество загрязняющих веществ (оксидов азота и т. Д.), Выбрасываемых через выхлопные газы.

В Европейских стандартах выбросов измерение выбросов окиси углерода, углеводород, неметановые углеводороды, оксиды азота (NOx), атмосферных твердые частицы, и число частиц.

Хотя НЕТ Икс образуется, при внутреннем сгорании водорода CO, CO не образуется или образуется мало. 2, ТАК 2, Выбросы УВ или ТЧ.

Настройка водородного двигателя в 1976 году для получения максимально возможного количества выбросов привела к выбросам, сопоставимым с потребителями бензиновых двигателей того периода. Однако более современные двигатели часто оснащены системой рециркуляции выхлопных газов. Уравнение при игнорировании EGR:

Н 2 + О 2 + N 2 → Н 2 О + NO x

Эта технология потенциально способствует сжиганию водорода также с точки зрения NO. Икс выбросы.

Поскольку сгорание водорода не является нулевым выбросом, но имеет нулевой выброс CO2, привлекательно рассматривать водородные двигатели внутреннего сгорания как часть гибридной трансмиссии. В этой конфигурации автомобиль может предложить краткосрочные возможности с нулевым выбросом, например, работу в городских зонах с нулевым выбросом.

Адаптация существующих двигателей

Различия между водородным ДВС и традиционным бензиновым двигателем включают упрочненные клапаны и седла клапанов, более прочные шатуны, свечи зажигания с неплатиновыми наконечниками, катушку зажигания с более высоким напряжением, топливные форсунки, предназначенные для газа вместо жидкости, больший демпфер коленчатого вала, более прочный материал прокладки головки, модифицированный (для нагнетателя ) впускной коллектор, нагнетатель положительного давления и высокотемпературное моторное масло. Стоимость всех модификаций будет примерно в одну целую пять десятых (1,5) раза больше текущей стоимости бензинового двигателя. Эти водородные двигатели сжигают топливо так же, как бензиновые двигатели.

Теоретическая максимальная выходная мощность водородного двигателя зависит от соотношения воздух / топливо и используемого метода впрыска топлива. Стехиометрическое отношение воздух / топливо для водорода составляет 34: 1. При таком соотношении воздух / топливо водород будет вытеснять 29% камеры сгорания, оставляя только 71% для воздуха. В результате энергосодержание этой смеси будет меньше, чем было бы, если бы в качестве топлива использовался бензин. Поскольку как карбюраторный, так и портовый впрыск смешивают топливо и воздух перед тем, как он попадает в камеру сгорания, эти системы ограничивают максимальную теоретическую мощность, достижимую примерно до 85% от мощности бензиновых двигателей. Для систем прямого впрыска, которые смешивают топливо с воздухом после закрытия впускного клапана (и, таким образом, в камере сгорания находится 100% воздуха), максимальная мощность двигателя может быть примерно на 15% выше, чем у бензиновых двигателей.

Следовательно, в зависимости от того, как дозируется топливо, максимальная мощность водородного двигателя может быть на 15% выше или на 15% меньше, чем у бензинового, если используется стехиометрическое соотношение воздух / топливо. Однако при стехиометрическом соотношении воздух / топливо температура сгорания очень высока, и в результате образуется большое количество оксидов азота (NOx), которые являются основным загрязнителем. Поскольку одной из причин использования водорода является низкий уровень выбросов выхлопных газов, водородные двигатели обычно не предназначены для работы при стехиометрическом соотношении воздух / топливо.

Обычно водородные двигатели рассчитаны на использование вдвое больше воздуха, чем теоретически требуется для полного сгорания. При таком соотношении воздух / топливо образование NO Икс снижается почти до нуля. К сожалению, это также снижает выходную мощность примерно вдвое по сравнению с бензиновым двигателем аналогичного размера. Чтобы компенсировать потерю мощности, водородные двигатели обычно больше, чем бензиновые, и / или оснащены турбонагнетателями или нагнетателями.

В Нидерландах исследовательская организация TNO работает с промышленными партнерами над разработкой водородных двигателей внутреннего сгорания.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-04-04 03:17:38
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте