Vetymoottori. Kuinka se toimii ja haitat

Polttomoottorit eivät näy dramaattisesti erillisinä voimansiirtoina. Pikemminkin klassinen moottori syntyi lämpömoottoreiden parantamisen ja parantamisen seurauksena. Lue, kuinka yksikkö, jonka olemme tottuneet näkemään autojen konepellin alla, ilmestyi vähitellen. erillisessä artikkelissa.

Kuitenkin, kun ensimmäinen polttomoottorilla varustettu auto ilmestyi, ihmiskunta sai itseliikkuvan ajoneuvon, joka ei vaadi jatkuvaa ruokintaa, kuten hevonen. Monet asiat ovat muuttuneet moottoreissa vuodesta 1885, mutta yksi haittapuoli pysyy muuttumattomana. Bensiinin (tai muun polttoaineen) ja ilman seoksen palamisen aikana vapautuu liikaa haitallisia aineita, jotka saastuttavat ympäristöä.

Jos ennen itsekulkevien ajoneuvojen tuloa Euroopan maiden arkkitehdit pelkäsivät, että suurkaupungit hukkuvat hevosen lantaan, niin nykyään megakaupunkien asukkaat hengittävät likaa.

Tiukemmat kuljetusten ympäristöstandardit pakottavat ajoneuvojen valmistajia kehittämään puhtaamman voimansiirron. Joten monet yritykset kiinnostuivat Anjos Jedlikin aiemmin luodusta tekniikasta - sähkökäyttöisestä itsekulkevasta kärrystä, joka ilmestyi vuonna 1828. Ja tänään tämä tekniikka on vakiinnuttanut asemansa autoteollisuudessa, joten et yllätä ketään sähköautolla tai hybridillä.

Mutta todella rohkaisevaa ovat voimalaitokset, joiden ainoa päästö on juomavettä. Se on vetymoottori.

Mikä on vetymoottori?

Tämä on eräänlainen moottori, joka käyttää vetyä polttoaineena. Tämän kemiallisen alkuaineen käyttö vähentää hiilivetyjen ehtymistä. Toinen syy tällaisten laitosten kiinnostukseen on ympäristön pilaantumisen vähentäminen.

Riippuen siitä, minkä tyyppistä moottoria kuljetuksessa käytetään, sen toiminta eroaa perinteisestä polttomoottorista tai on identtinen.

Lyhyt historia

Vetypolttomoottorit ilmestyivät samana aikana, kun ICE-periaatetta kehitettiin ja parannettiin. Ranskalainen insinööri ja keksijä suunnitteli oman versionsa polttomoottorista. Polttoaine, jota hän käytti kehityksessään, on vety, joka näkyy H: n elektrolyysin seurauksena₂A. Vuonna 1807 ilmestyi ensimmäinen vetyauto.

Isaac De Rivaz jätti vuonna 1807 patentin sotatarvikkeiden traktorin kehittämiseen. yhtenä tehoyksikkönä hän ehdotti vedyn käyttöä.

Voimayksikkö oli mäntä, ja sytytys johtui kipinän muodostumisesta sylinteriin. Totta, keksijän ensimmäinen luominen tarvitsi manuaalisen kipinän tuottamisen. Vain kahden vuoden kuluttua hän viimeisteli työnsä, ja syntyi ensimmäinen itsekulkeva vetyajoneuvo.

Tuolloin kehitykselle ei kuitenkaan annettu merkitystä, koska kaasua ei ole yhtä helppo hankkia ja varastoida kuin bensiiniä. Vetymoottoreita käytettiin käytännössä Leningradissa saarron aikana vuoden 1941 jälkipuoliskolta. Meidän on kuitenkin myönnettävä, että nämä eivät olleet yksinomaan vetyyksiköitä. Nämä olivat tavallisia GAZ-polttomoottoreita, vain polttoainetta ei ollut niille, mutta kaasua oli tuolloin paljon, koska niitä polttoainetta käyttivät ilmapallot.

80-luvun alkupuoliskolla monet maat, paitsi eurooppalaiset, myös Amerikka, Venäjä ja Japani sitoutuivat kokeilemaan tämän tyyppisiä asennuksia. Joten vuonna 1982 Kvantin tehtaan ja RAF-autoyrityksen yhteisellä työllä ilmestyi yhdistetty moottori, joka toimi vedyn ja ilman seoksella, ja energianlähteenä käytettiin 5 kW / h akkua.

Siitä lähtien eri maat ovat yrittäneet tuoda "vihreitä" ajoneuvoja mallivalikoimaansa, mutta useimmissa tapauksissa tällaiset autot joko pysyivät prototyyppiluokassa tai niitä oli hyvin rajoitettu määrä.

Miten se toimii

Koska tänään on olemassa useita tämän luokan moottoreita, vetylaitos toimii kussakin yksittäisessä tapauksessa oman periaatteensa mukaisesti. Mieti, miten yksi muunnos toimii, joka voi korvata klassisen polttomoottorin.

Tällaisessa moottorissa käytetään ehdottomasti polttokennoja. Ne ovat eräänlaisia ​​generaattoreita, jotka aktivoivat sähkökemiallisen reaktion. Laitteen sisällä vety hapetetaan, ja reaktion tuloksena syntyy sähköä, vesihöyryä ja typpeä. Hiilidioksidia ei pääse tällaisessa asennuksessa.

Samankaltaiseen yksikköön perustuva ajoneuvo on sama sähköajoneuvo, vain siinä oleva akku on paljon pienempi. Polttokenno tuottaa riittävästi energiaa kaikkien ajoneuvojärjestelmien käyttämiseen. Ainoa huomautus on, että prosessin alusta energian tuottamiseen voi kestää noin 2 minuuttia. Asennuksen enimmäisteho alkaa kuitenkin järjestelmän lämmetessä, mikä kestää neljänneksestä tunnista 60 minuuttiin.

Jotta voimalaitos ei toimi turhaan, eikä kuljetusta tarvitse valmistaa etukäteen, siihen on asennettu tavanomainen akku. Ajon aikana se ladataan palautumisen vuoksi, ja sitä tarvitaan yksinomaan auton käynnistämiseen.

Tällainen auto on varustettu eri tilavuuksien sylinterillä, johon vety pumpataan. Ajotilasta, auton koosta ja sähköasennuksen tehosta riippuen yksi kilogramma bensiiniä voi riittää 100 kilometrin matkalle.

Vetymoottorityypit

Vaikka vetymoottoreita on useita muunnelmia, ne kaikki jakautuvat kahteen tyyppiin:

• Yksikön tyyppi polttokennolla;
• Muunnettu polttomoottori, joka on mukautettu toimimaan vedyn kanssa.

Tarkastellaan kutakin tyyppiä erikseen: mitkä ovat niiden ominaisuudet.

Vetypolttokennoihin perustuvat voimalaitokset

Polttokenno perustuu akun periaatteeseen, jossa tapahtuu sähkökemiallinen prosessi. Ainoa ero vetyanalogin välillä on sen suurempi hyötysuhde (joissakin tapauksissa yli 45 prosenttia).

Polttokenno on yksi kammio, johon on sijoitettu kaksi elementtiä: katodi ja anodi. Molemmat elektrodit on päällystetty platinalla (tai palladiumilla). Niiden välissä on kalvo. Se jakaa onkalon kahteen kammioon. Happea syötetään onteloon katodin kanssa ja vetyä toiseen.

Tämän seurauksena tapahtuu kemiallinen reaktio, jonka tuloksena on happi- ja vetymolekyylien yhdistelmä sähkön vapautumisen kanssa. Prosessin sivuvaikutus on vapautunut vesi ja typpi. Polttokennoelektrodit on kytketty auton sähköpiiriin, mukaan lukien sähkömoottori.

Vetypolttomoottorit

Tässä tapauksessa, vaikka moottoria kutsutaan vedyksi, sillä on samanlainen rakenne kuin perinteisellä ICE: llä. Ainoa ero on, että bensiini tai propaani ei pala, vaan vety. Jos täytät sylinterin vedyllä, on yksi ongelma - tämä kaasu vähentää tavanomaisen yksikön tehokkuutta noin 60 prosenttia.

Tässä on muutamia muita ongelmia vetyyn siirtymisessä moottoria päivittämättä:

• Kun HTS puristetaan, kaasu joutuu kemialliseen reaktioon metallin kanssa, josta polttokammio ja mäntä on valmistettu, ja usein tämä voi tapahtua myös moottoriöljyn kanssa. Tämän vuoksi polttokammioon muodostuu toinen yhdiste, joka ei eroa erityisellä kyvyllä palaa hyvin;
• Palotilan rakojen on oltava täydelliset. Jos polttoainejärjestelmässä on ainakin vähän vuotoja, kaasu syttyy helposti kosketuksissa kuumien esineiden kanssa.

Moottori Honda Claritylle

Näistä syistä on käytännöllisempää käyttää vetyä polttoaineena pyörivissä moottoreissa (mikä on niiden ominaisuus, lue täällä). Tällaisten yksiköiden imu- ja pakosarjat sijaitsevat erillään toisistaan, joten tuloaukossa oleva kaasu ei kuumene. Olkoon niin, kun moottoreita modernisoidaan halvempien ja ympäristöystävällisempien polttoaineiden käytön ongelmien kiertämiseksi.

Kuinka pitkä polttokennojen käyttöikä on?

Tällaiset autot ovat nykyään kaikkialla maailmassa hyvin harvinaisia, eivätkä ne vielä ole sarjassa, on vaikea sanoa, mikä resurssi tietyllä energialähteellä on. Käsityöläisillä ei ole vielä kokemusta tältä osin.

Ainoa mitä voidaan sanoa, on se, että Toyotan edustajien lausuntojen mukaan heidän tuotantoautonsa Mirai polttokenno pystyy tuottamaan keskeytyksettä energiaa jopa 250 tuhatta kilometriä. Tämän virstanpylvään jälkeen sinun on seurattava laitteen tehokkuutta. Jos sen suorituskyky on huomattavasti heikentynyt, polttokenno vaihdetaan valtuutetussa huoltokeskuksessa. Totta, pitäisi odottaa, että yritys ottaa kunnollisen summan tähän menettelyyn.

Mitkä yritykset jo valmistavat tai aikovat tehdä vetyautoja?

Monet yritykset ovat mukana kehittämässä ympäristöystävällistä voimayksikköä. Tässä ovat automerkit, joiden suunnittelutoimistossa on jo toimivia vaihtoehtoja, jotka ovat valmiita menemään sarjaan:

• Mercedes-Benz on GLC F-Cell crossover, jonka myynnin aloittamisesta ilmoitettiin vuonna 2018, mutta toistaiseksi vain jotkut Saksan yritykset ja ministeriöt ovat ostaneet sen. Vetypolttoainekenno-vetoyksikön prototyyppi GenH2 paljastettiin äskettäin;
• Hyundai - Nexo -prototyyppi esiteltiin kaksi vuotta sitten;
• BMW on vetyvety 7: n prototyyppi, joka vapautettiin kokoonpanolinjalta. 100 kappaleen erä jäi kokeiluvaiheeseen, mutta tämä on jo jotain.

Varastossa olevista autoista, joita voi ostaa Amerikasta ja Euroopasta, ovat Toyotan Mirai- ja Clarity-mallit. Muille yrityksille tämä kehitys on edelleen joko piirustusversiossa tai toimimattomana prototyyppinä.

Toyota mirai

Hondan selkeys

Paljonko vetykäyttöinen auto maksaa?

Vetyauton hinta on kohtuullinen. Syynä tähän ovat jalometallit, jotka ovat osa polttokennojen elektrodeja (palladium tai platina). Myös nykyaikainen auto on varustettu lukemattomilla turvajärjestelmillä ja sähköelementtien toiminnan vakauttamisella, mikä vaatii myös aineellisia resursseja.

Vaikka tällaisen auton huolto (siihen asti, kunnes polttokennot vaihdetaan) ei ole paljon kalliimpaa kuin viimeisimpien sukupolvien tavallinen auto. On maita, jotka tukevat vedyn tuotantoa, mutta vaikka tämä otetaan huomioon, joudut maksamaan keskimäärin 11 ja puoli dollaria kilogrammalta kaasua. Moottorin tyypistä riippuen tämä voi riittää noin sadan kilometrin etäisyydelle.

Miksi vetyautot ovat parempia kuin sähköautot?

Jos otat vetylaitoksen polttokennoilla, tällainen auto on identtinen sähköauton kanssa, jonka olemme tottuneet näkemään teillä. Ainoa ero on, että sähköauto ladataan verkosta tai huoltoaseman terminaalista. Vetyliikenne itse tuottaa sähköä itselleen.

Tällaisten autojen kustannukset ovat kalliimpia. Esimerkiksi Teslan perusmallit maksavat 45 tuhatta dollaria. Japanista peräisin olevia vetyanalogeja voidaan ostaa 57 tuhannella yksiköllä. Baijerilaiset puolestaan ​​myyvät autojaan "vihreällä" polttoaineella hintaan 50 tuhatta dollaria.

Jos otamme huomioon käytännöllisyyden, on helpompi tankata auto polttoaineella (kestää noin viisi minuuttia) kuin odottaa puoli tuntia (pikalatauksella, mikä ei ole sallittua kaikentyyppisille akuille) pysäköintialueella. Tämä on vetylaitosten plus.

Plussana on myös se, että polttokennot eivät tarvitse erityistä huoltoa, ja niiden käyttöikä on melko pitkä. Mitä tulee sähköajoneuvoihin, niiden valtava akku on vaihdettava noin viiden vuoden kuluttua, koska sillä on useita lataus- ja purkausjaksoja. Pakkasissa sähköajoneuvojen akku tyhjenee paljon nopeammin kuin kesällä. Mutta vedyn hapettumisen reaktiossa oleva alkio ei kärsi tästä ja tuottaa vakaasti sähköä.

Mitkä ovat vetyautojen näkymät ja milloin ne nähdään tiellä?

Vetyauto löytyy jo Euroopassa ja Yhdysvalloissa. He ovat kuitenkin edelleen uteliaisuusluokassa. Ja tänään on vähän mahdollisuuksia.

Tärkein syy siihen, että tällainen liikenne ei pian täytä kaikkien maiden teitä, on tuotantokapasiteetin puute. Ensinnäkin on tarpeen perustaa vedyn tuotanto. Lisäksi on saavutettava sellainen taso, että ympäristöystävällisyyden lisäksi se on polttoainetta myös useimpien autoilijoiden käytettävissä. Tämän kaasun tuotannon lisäksi on tarpeen järjestää sen kuljetus (vaikka tätä varten voit käyttää turvallisesti moottoriteitä, joita pitkin metaania kuljetetaan), ja varustaa monet huoltoasemat sopivilla terminaaleilla.

Toiseksi jokaisen autovalmistajan on uudistettava tuotantolinjoja vakavasti, mikä vaatii huomattavia investointeja. Globaalin epidemian puhkeamisen vuoksi epävakaassa taloudessa harvat ottavat tällaisia ​​riskejä.

Jos tarkastellaan sähköliikenteen kehityksen vauhtia, suosimisprosessi tapahtui hyvin nopeasti. Syy sähköautojen suosioon on kuitenkin kyky säästää polttoainetta. Ja tämä on usein ensimmäinen syy, miksi ne ostetaan, eikä ympäristönsuojelun vuoksi. Vedyn tapauksessa ei ole mahdollista säästää rahaa (ainakin nyt), koska sen tuottamiseen käytetään paljon enemmän energiavaroja.

Vetymoottoreiden edut ja tärkeimmät haitat

Joten tehään yhteenveto. Vetypolttoainemoottorien etuihin kuuluvat seuraavat tekijät:

• Ympäristöystävälliset päästöt;
• Voimayksikön hiljainen toiminta (sähköinen vetovoima);
• Polttokennoa käytettäessä toistuvaa huoltoa ei tarvita;
• Nopea tankkaus;
• Sähköajoneuvoihin verrattuna propulsiojärjestelmä ja energialähde toimivat vakaammin myös pakkasessa.

Vaikka kehitystä ei voida kutsua uutuukseksi, siinä on silti useita puutteita, jotka saavat keskimääräisen autoilijan katsomaan sitä varoen. Tässä muutama niistä:

• Vedyn syttymiseksi sen on oltava kaasumaisessa tilassa. Tämä aiheuttaa tiettyjä vaikeuksia. Esimerkiksi kevyiden kaasujen puristamiseen tarvitaan erityisiä kalliita kompressoreita. On myös ongelma polttoaineen asianmukaisessa varastoinnissa ja kuljetuksessa, koska se on helposti syttyvää;
• Autoon asennettava sylinteri on tarkastettava säännöllisesti. Tätä varten autoilijan on käytävä erikoistuneessa keskuksessa, mikä on lisäkustannuksia;
• Vetyautossa valtavaa akkua ei käytetä, mutta asennus painaa edelleen kunnollisesti, mikä vaikuttaa merkittävästi ajoneuvon dynaamisiin ominaisuuksiin;
• Vety - syttyy pienimmässäkin kipinässä, joten tällaisen auton onnettomuuteen liittyy vakava räjähdys. Kun otetaan huomioon joidenkin kuljettajien vastuuton suhtautuminen omaan turvallisuuteensa ja muiden tienkäyttäjien elämään, tällaisia ​​ajoneuvoja ei pitäisi vielä päästää teille.

Kun otetaan huomioon ihmiskunnan kiinnostus puhtaampaan ympäristöön, voimme odottaa läpimurtoa "vihreän" liikenteen viimeistelyssä. Mutta kun näin tapahtuu, vain aika näyttää.

Sillä välin voit katsoa videokatsauksen Toyota Mirai:

Tulevaisuus vedyllä? Toyota Mirai - TÄYDELLINEN KATSAUS ja tekniset tiedot | LiveFEED®

Kysymyksiä ja vastauksia:

Miksi vetymoottori on vaarallinen? Vetuseoksen palamisen aikana moottori lämpenee enemmän kuin bensiinin palamisen aikana. Tämän seurauksena mäntien, venttiilien ja yksikön ylikuormituksen todennäköisyys on suuri.

Kuinka tankata vetyautoa? Tällainen auto on polttoaineena vedyllä kaasumaisessa tilassa (nesteytetty tai paineistettu kaasu). Polttoaineen varastointia varten se puristetaan 350-700 ilmakehään, ja lämpötila voi nousta -259 asteeseen.

Miten vetypolttomoottori toimii? Auto on varustettu eräänlaisella akulla. Happi ja vety kulkevat erityisten levyjen läpi. Tuloksena on kemiallinen reaktio, jossa vapautuu vesihöyryä ja sähköä.