BMW test drive at hydrogen: bahagi ng dalawang

"Tubig. Ang tanging pangwakas na produkto ng malinis na makina ng BMW ay ang paggamit ng likidong hydrogen sa halip na mga petrolyo na panggatong at nagbibigay-daan sa lahat na tamasahin ang mga bagong teknolohiya na may malinis na budhi."

Paraan ng BMW

Ang mga salitang ito ay isang quote mula sa isang kampanya sa advertising ng isang kumpanyang Aleman ilang taon na ang nakalilipas. Sa loob ng mahabang panahon, walang nagtanong sa katotohanan na alam na alam ng mga Bavarian kung ano ang kanilang ginagawa pagdating sa teknolohiya ng motor at isa sila sa mga hindi mapag-aalinlanganang pinuno ng mundo sa larangang ito. Hindi rin iisipin na ang isang kumpanya na nagpakita ng matatag na paglaki ng benta sa mga nakaraang taon ay magtapon ng isang toneladang pera sa hindi kilalang mga ad para sa mga promising na teknolohiya na may hindi tiyak na hinaharap.

Gayunpaman, sa parehong oras, ang mga sinipi na salita ay bahagi ng isang kampanya upang i-promote ang isang medyo kakaibang 745-oras na bersyon ng hydrogen ng punong barko ng Bavarian automaker. Exotic, dahil ayon sa BMW, ang paglipat sa mga alternatibo sa hydrocarbon fuels, na pinapakain ng industriya ng automotive mula pa sa simula, ay mangangailangan ng pagbabago sa buong imprastraktura ng produksyon. Ang huli ay kinakailangan dahil nakikita ng mga Bavarian ang isang promising path ng pag-unlad hindi sa malawak na ina-advertise na mga fuel cell, ngunit sa conversion ng panloob na combustion engine upang tumakbo sa hydrogen. Naniniwala ang BMW na ang pag-upgrade ay isang malulutas na problema at nakagawa na ng makabuluhang pag-unlad sa paglutas ng pangunahing problema ng pagkamit ng maaasahang pagganap ng engine at pag-aalis ng propensidad nito para sa hindi nakokontrol na mga proseso ng pagkasunog gamit ang purong hydrogen. Ang tagumpay sa direksyon na ito ay dahil sa kakayahan sa larangan ng elektronikong kontrol ng mga proseso ng engine at ang posibilidad ng paggamit ng BMW patented flexible gas distribution systems Valvetronic at Vanos, kung wala ito ay imposibleng matiyak ang normal na operasyon ng "hydrogen engine" . Gayunpaman, ang mga unang hakbang sa direksyon na ito ay nagsimula noong 1820, nang ang taga-disenyo na si William Cecil ay lumikha ng isang hydrogen-fueled engine na nagpapatakbo sa tinatawag na "vacuum principle" - isang pamamaraan na ibang-iba sa naunang naimbentong makina na may panloob na makina. . nasusunog. Sa kanyang unang pag-unlad ng mga internal combustion engine makalipas ang 60 taon, ginamit ng pioneer na si Otto ang nabanggit na at hinango ng karbon na sintetikong gas na may nilalamang hydrogen na humigit-kumulang 50%. Gayunpaman, sa pag-imbento ng carburetor, ang paggamit ng gasolina ay naging mas praktikal at mas ligtas, at ang likidong gasolina ay pinalitan ang lahat ng iba pang mga alternatibo na umiiral hanggang ngayon. Ang mga katangian ng hydrogen bilang isang gasolina ay muling natuklasan pagkalipas ng maraming taon ng industriya ng kalawakan, na mabilis na natuklasan na ang hydrogen ay may pinakamahusay na ratio ng enerhiya/masa ng anumang gasolina na kilala sa sangkatauhan.

Noong Hulyo 1998, ang European Association of the Automotive Industry (ACEA) ay nakatuon sa sarili sa European Union na bawasan ang mga emisyon ng CO2008 mula sa mga bagong rehistradong sasakyan sa Unyon ng average na 2 gramo bawat kilometro sa pamamagitan ng 140. Sa pagsasagawa, nangangahulugan ito ng isang 25% na pagbawas sa mga emissions kumpara sa 1995, at ang average na pagkonsumo ng gasolina ng bagong fleet ay tungkol sa 6,0 l / 100 km. Sa malapit na hinaharap, ang mga karagdagang hakbang ay inaasahan na mabawasan ang emissions ng carbon dioxide ng 14% sa 2012. Ginagawa nitong mahirap ang gawain para sa mga kumpanya ng kotse at, ayon sa mga eksperto ng BMW, maaaring malutas alinman sa pamamagitan ng paggamit ng mga low-carbon fuel o sa pamamagitan ng ganap na pag-aalis ng carbon mula sa komposisyon ng gasolina. Ayon sa teoryang ito, ang hydrogen ay muling lilitaw sa automotive arena sa lahat ng kaluwalhatian nito.

Ang kumpanya ng Bavarian ay ang unang tagagawa ng kotse na gumawa ng mass na mga sasakyan na pinapatakbo ng hydrogen. Ang mala-optimista at may kumpiyansa na mga pag-angkin ni Propesor Burkhard Geschel, miyembro ng lupon ng BMW na responsable para sa mga bagong pagpapaunlad, na "magbebenta ang kumpanya ng mga hydrogen car bago mag-expire ang kasalukuyang 7 Series," ay natupad. Gamit ang pinakabagong bersyon, ang Hydrogen 7, ang ikapitong serye, ay ipinakilala noong 2006, na may isang 12 hp 260-silindro engine. ang mensaheng ito ay naging isang katotohanan. Ang hangarin ay tila medyo ambisyoso, ngunit hindi nang walang dahilan. Ang BMW ay eksperimento sa panloob na mga engine ng pagkasunog na tumatakbo sa hydrogen mula pa noong 1978, at noong Mayo 11, 2000 ay gumawa ng isang natatanging pagpapakita ng mga posibilidad ng kahalili na ito. Ang isang kahanga-hangang fleet ng 15 750 hl na sasakyan mula sa nakaraang henerasyon ng linggo, na pinalakas ng hydrogen labindalawang silindro engine, nakumpleto ang 170 km marapon, na binibigyang diin ang tagumpay ng kumpanya at ang pangako ng bagong teknolohiya. Noong 000 at 2001, ang ilan sa mga sasakyang ito ay nagpatuloy na makilahok sa iba't ibang mga demonstrasyon bilang suporta sa ideya ng hydrogen. Pagkatapos ay oras na para sa isang bagong pag-unlad batay sa susunod na 2002 Serye, gamit ang isang modernong 7-litro na V-4,4 na makina na may pinakamataas na bilis na 212 km / h, na sinusundan ng pinakabagong pag-unlad na may 12-silindro V-XNUMX. Ayon sa opisyal na opinyon ng kumpanya, ang mga dahilan kung bakit pinili ng BMW ang teknolohiyang ito kaysa sa fuel cells ay parehong komersyal at sikolohikal. Una, ang pamamaraang ito ay mangangailangan ng mas kaunting pamumuhunan kung magbago ang imprastraktura ng produksyon. Pangalawa, dahil ang mga tao ay sanay na sa magandang lumang panloob na engine ng pagkasunog, gusto nila ito at mahihirap na makibahagi dito. At pangatlo, pansamantala, lumabas na ang teknolohiyang ito ay mas mabilis na umuunlad kaysa sa fuel cell technology.

Sa mga kotse ng BMW, ang hydrogen ay iniimbak sa isang super-insulated na cryogenic na sisidlan, na parang isang high-tech na bote ng thermos na binuo ng German refrigeration group na Linde. Sa mababang temperatura ng imbakan, ang gasolina ay nasa likidong bahagi at pumapasok sa makina tulad ng regular na gasolina.

Sa yugtong ito, ang mga taga-disenyo ng kumpanya ng Munich ay nakatuon sa hindi direktang iniksyon ng gasolina, at ang kalidad ng halo ay nakasalalay sa mode ng operating ng engine. Sa part load mode, ang makina ay tumatakbo sa mga lean mixture na katulad ng diesel fuel - ang pagbabago ay ginagawa lamang sa dami ng fuel na iniksyon. Ito ang tinaguriang "control sa kalidad" ng pinaghalong, kung saan tumatakbo ang makina na may labis na hangin, ngunit dahil sa mababang pag-load, ang pagbuo ng mga paglabas ng nitrogen ay nabawasan. Kapag may pangangailangan para sa makabuluhang lakas, ang engine ay nagsisimulang gumana tulad ng isang gasolina engine, lumilipat sa tinatawag na "dami ng kontrol" ng pinaghalong at normal (hindi sandalan) na mga mixture. Ang mga pagbabagong ito ay posible, sa isang banda, dahil sa bilis ng elektronikong kontrol ng mga proseso sa makina, at sa kabilang banda, dahil sa nababaluktot na operasyon ng mga sistema ng kontrol sa pamamahagi ng gas - "dobleng" Vanos, na nagtatrabaho kasabay ng Valvetronic intake control system na walang throttle. Dapat tandaan na, ayon sa mga inhinyero ng BMW, ang scheme ng pagtatrabaho ng pagpapaunlad na ito ay isang intermediate na yugto lamang sa pag-unlad ng teknolohiya at sa hinaharap na mga makina ay lilipat upang idirekta ang hydrogen injection sa mga silindro at turbocharging. Ang mga diskarteng ito ay inaasahang magreresulta sa mas mahusay na dynamics ng sasakyan kaysa sa maihahambing na gasolina engine at isang pagtaas sa pangkalahatang kahusayan ng panloob na engine ng pagkasunog ng higit sa 50%. Dito namin sadyang pinigilan ang pag-ugnay sa paksa ng "fuel cells", dahil kamakailan lamang ang isyu na ito ay aktibong ginamit. Gayunpaman, sa parehong oras, dapat nating banggitin ang mga ito sa konteksto ng teknolohiyang hydrogen ng BMW, dahil ang mga taga-disenyo sa Munich ay nagpasyang gumamit lamang ng mga nasabing aparato upang mapagana ang on-board electrical system sa mga kotse, na ganap na tinanggal ang maginoo na lakas ng baterya. Ang paglipat na ito ay nagbibigay-daan sa karagdagang pagtitipid ng gasolina, dahil ang hydrogen engine ay hindi kailangang magmaneho ng alternator, at ang onboard na de-koryenteng sistema ay nagiging ganap na nagsasarili at independiyente sa landas ng pagmamaneho - maaari itong makabuo ng kuryente kahit na ang makina ay hindi tumatakbo, pati na rin ang paggawa. at pagkonsumo ng enerhiya ay nagbibigay ng sarili sa ganap na pag-optimize. Ang katotohanan na ang dami lamang ng kuryente kung kinakailangan ay maaari na ngayong magawa upang mapalakas ang water pump, mga pump ng langis, preno booster at mga wired system na isinalin din sa karagdagang pagtipid. Gayunpaman, kahanay ng lahat ng mga makabagong ito, ang fuel injection system (gasolina) ay praktikal na hindi sumailalim sa mamahaling mga pagbabago sa disenyo. Upang maitaguyod ang mga teknolohiya ng hydrogen noong Hunyo 2002, nilikha ng BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN ang programang pakikipagsosyo sa CleanEnergy, na nagsimula sa pag-unlad ng mga istasyon ng pagpuno na may likido at naka-compress na hydrogen.

Ang BMW ay ang nagpasimula ng maraming iba pang pinagsamang proyekto, kasama ang mga kumpanya ng langis, kung saan ang pinaka-aktibong kalahok ay Aral, BP, Shell, Total. Ang interes sa promising area na ito ay lumalaki nang husto - sa susunod na sampung taon, ang EU lamang ang magbibigay ng direktang pinansyal na kontribusyon sa mga pondo upang tustusan ang pagpapaunlad at pagpapatupad ng mga teknolohiya ng hydrogen sa halagang 2,8 bilyong euro. Ang dami ng mga pamumuhunan ng mga pribadong kumpanya sa pagbuo ng "hydrogen" sa panahong ito ay mahirap hulaan, ngunit malinaw na ito ay maraming beses na lalampas sa mga pagbabawas mula sa mga non-profit na organisasyon.

Hydrogen sa panloob na mga engine ng pagkasunog

Ito ay kagiliw-giliw na tandaan na, dahil sa pisikal at kemikal na mga katangian ng hydrogen, ito ay mas nasusunog kaysa sa gasolina. Sa pagsasagawa, nangangahulugan ito na mas kaunting paunang enerhiya ang kinakailangan upang simulan ang proseso ng pagkasunog sa hydrogen. Sa kabilang banda, ang napaka-lean mixtures ay madaling magamit sa mga hydrogen engine - isang bagay na nakakamit ng mga modernong gasoline engine sa pamamagitan ng kumplikado at mamahaling teknolohiya.

Ang init sa pagitan ng mga particle ng pinaghalong hydrogen-air ay hindi gaanong nawawala, at sa parehong oras, ang temperatura ng auto-ignition at ang rate ng mga proseso ng pagkasunog ay mas mataas kaysa sa gasolina. Ang hydrogen ay may mababang density at isang malakas na diffusivity (ang posibilidad ng mga particle na tumagos sa isa pang gas - sa kasong ito, hangin).

Ang mababang activation energy na kinakailangan para sa self-ignition ay isa sa mga pinakamalaking hamon sa pagkontrol ng mga proseso ng combustion sa mga hydrogen engine dahil ang timpla ay madaling kusang mag-apoy dahil sa pakikipag-ugnay sa mas mainit na mga lugar sa combustion chamber at paglaban sa pagsunod sa isang chain ng ganap na hindi nakokontrol na mga proseso. Ang pag-iwas sa panganib na ito ay isa sa mga pinakamalaking hamon sa pagbuo ng mga makina ng hydrogen, ngunit hindi madaling alisin ang mga kahihinatnan ng katotohanan na ang isang lubos na nagkakalat na pinaghalong nasusunog ay naglalakbay nang napakalapit sa mga dingding ng silindro at maaaring tumagos sa napakakitid na mga puwang. tulad ng mga saradong balbula, halimbawa... Ang lahat ng ito ay dapat isaalang-alang kapag nagdidisenyo ng mga motor na ito.

Ang isang mataas na temperatura ng autoignition at isang mataas na numero ng oktano (mga 130) ay nagpapahintulot sa isang pagtaas sa ratio ng compression ng engine at, samakatuwid, ang kahusayan nito, ngunit muli may panganib ng autoignition ng hydrogen mula sa pakikipag-ugnay sa mas maiinit na bahagi. sa silindro. Ang bentahe ng mataas na kapasidad ng pagsasabog ng hydrogen ay ang posibilidad ng madaling paghahalo sa hangin, kung saan, sa kaganapan ng isang pagkasira ng tanke, ginagarantiyahan ang mabilis at ligtas na pagpapakalat ng gasolina.

Ang perpektong air-hydrogen mixture para sa combustion ay may ratio na humigit-kumulang 34:1 (para sa gasolina ang ratio na ito ay 14,7:1). Nangangahulugan ito na kapag pinagsama ang parehong masa ng hydrogen at gasolina sa unang kaso, higit sa dalawang beses na mas maraming hangin ang kinakailangan. Kasabay nito, ang pinaghalong hydrogen-air ay kumukuha ng mas malaking espasyo, na nagpapaliwanag kung bakit ang mga makinang pinapagana ng hydrogen ay may mas kaunting lakas. Ang isang purong digital na paglalarawan ng mga ratio at volume ay medyo mahusay - ang density ng hydrogen na handa para sa pagkasunog ay 56 beses na mas mababa kaysa sa singaw ng gasolina .... Gayunpaman, dapat tandaan na, sa prinsipyo, ang mga makina ng hydrogen ay maaari ding gumana sa mga pinaghalong air-hydrogen hanggang sa 180:1 (i.e. napaka "lean" na mga mixture), na nangangahulugan naman na ang makina ay maaaring patakbuhin. walang balbula ng throttle at gamitin ang prinsipyo ng mga makinang diesel. Dapat ding tandaan na ang hydrogen ay ang hindi mapag-aalinlanganang pinuno sa paghahambing ng hydrogen at gasolina bilang mga mapagkukunan ng enerhiya sa mga tuntunin ng masa - ang isang kilo ng hydrogen ay halos tatlong beses na mas maraming enerhiya kaysa sa isang kilo ng gasolina.

Tulad ng sa mga makina ng gasolina, ang liquefied hydrogen ay maaaring direktang iturok sa unahan ng mga balbula sa manifold, ngunit ang pinakamahusay na solusyon ay direktang iniksyon sa panahon ng compression stroke - sa kasong ito, ang kapangyarihan ay maaaring lumampas sa isang katulad na gasolina engine ng 25%. Ito ay dahil ang gasolina (hydrogen) ay hindi nagpapalipat-lipat ng hangin tulad ng sa isang gasolina o diesel engine, na nagbibigay-daan lamang sa hangin (higit sa karaniwan) upang punan ang silid ng pagkasunog. Gayundin, hindi tulad ng mga makina ng gasolina, ang mga makina ng hydrogen ay hindi nangangailangan ng pag-ikot ng istruktura dahil ang hydrogen ay sapat na nagkakalat sa hangin nang walang panukalang ito. Dahil sa iba't ibang mga rate ng pagkasunog sa iba't ibang bahagi ng silindro, mas mahusay na maglagay ng dalawang spark plug, at sa mga hydrogen engine, ang paggamit ng mga platinum electrodes ay hindi praktikal, dahil ang platinum ay nagiging isang katalista na humahantong sa oksihenasyon ng gasolina sa mababang temperatura.

H2R

Ang H2R ay isang gumaganang supersport na prototype na binuo ng mga inhinyero ng BMW at pinapagana ng labindalawang silindro na makina na umaabot sa maximum na output na 285 hp kapag pinapagana ng hydrogen. Salamat sa kanila, ang pang-eksperimentong modelo ay nagpapabilis mula 0 hanggang 100 km / h sa loob ng anim na segundo at umabot sa pinakamataas na bilis na 300 km / h. Ang H2R engine ay batay sa karaniwang top-end unit na ginamit sa petrol 760i at tumagal lamang ng sampu buwan upang umunlad. Upang maiwasan ang kusang pagkasunog, ang mga Bavarian na espesyalista ay bumuo ng isang espesyal na ikot ng daloy at diskarte sa pag-iniksyon sa silid ng pagkasunog, gamit ang mga posibilidad na ibinibigay ng variable valve timing system ng engine. Bago ang timpla ay pumasok sa mga cylinder, ang huli ay pinalamig ng hangin, at ang pag-aapoy ay isinasagawa lamang sa tuktok na patay na sentro - dahil sa mataas na rate ng pagkasunog na may hydrogen fuel, hindi kinakailangan ang pag-aapoy.

Natuklasan

Ang pagtatasa sa pananalapi ng paglipat sa malinis na enerhiya ng hydrogen ay hindi pa masyadong maasahin sa mabuti. Ang paggawa, pag-iimbak, transportasyon at pagbibigay ng light gas ay pa rin medyo masinsinang mga proseso, at sa kasalukuyang yugto ng teknolohikal na pag-unlad ng tao tulad ng isang pamamaraan ay hindi magiging epektibo. Gayunpaman, hindi ito nangangahulugan na ang pananaliksik at ang paghahanap para sa mga solusyon ay hindi magpapatuloy. Ang mga panukala upang makabuo ng hydrogen mula sa tubig na gumagamit ng kuryente mula sa mga solar panel at iimbak ito sa malalaking tank na may pag-asang mabuti. Sa kabilang banda, ang proseso ng pagbuo ng elektrisidad at hydrogen sa yugto ng gas sa disyerto ng Sahara, pagdadala nito sa Dagat Mediteraneo sa pamamagitan ng pipeline, pag-aalis ng tubig at pagdadala nito sa mga cryogenic tanker, pagdidiskarga nito sa mga daungan at sa wakas ay pagdadala nito sa pamamagitan ng trak na tunog maliit na katawa-tawa sa ngayon ...

Ang isang kagiliw-giliw na ideya ay ipinakita kamakailan ng kumpanya ng langis ng Norsk Hydro, na nagpanukala upang makabuo ng hydrogen mula sa natural gas sa mga lugar ng produksyon sa Hilagang Dagat, at ang natitirang carbon monoxide ay nakaimbak sa mga naubos na bukirin sa ilalim ng dagat. Ang katotohanan ay namamalagi sa isang lugar sa gitna, at ang oras lamang ang magsasabi kung saan pupunta ang pag-unlad ng industriya ng hydrogen.

Variant ng Mazda

Ang kumpanya ng Hapon na Mazda ay nagpapakita rin ng bersyon nito ng hydrogen engine - sa anyo ng isang rotary unit na sports car na RX-8. Hindi ito nakakagulat, dahil ang mga tampok ng disenyo ng Wankel engine ay lubos na angkop para sa paggamit ng hydrogen bilang gasolina. Ang gas ay naka-imbak sa ilalim ng mataas na presyon sa isang espesyal na tangke, at ang gasolina ay direktang iniksyon sa mga silid ng pagkasunog. Dahil sa ang katunayan na sa kaso ng mga rotary engine, ang mga lugar kung saan nagaganap ang pag-iniksyon at pagkasunog ay pinaghihiwalay, at ang temperatura sa bahagi ng pagsipsip ay mas mababa, ang problema ng posibilidad ng hindi makontrol na pag-aapoy ay makabuluhang nabawasan. Nag-aalok din ang Wankel engine ng sapat na espasyo para sa dalawang injector, na napakahalaga para sa pag-iniksyon ng pinakamainam na dami ng hydrogen.