Test sürücüsü BMW və hidrogen: ikinci hissə

"Su. BMW-nin təmiz mühərriklərinin yeganə son məhsulu neft yanacağı əvəzinə maye hidrogendən istifadə etmək və hər kəsə təmiz vicdanla yeni texnologiyalardan həzz almağa imkan verməkdir."

BMW yolu

Bu sözlər bir neçə il əvvəl alman şirkətinin reklam kampaniyasından sitatdır. Uzun müddət heç kim şübhə etmirdi ki, Bavariyalılar motor texnologiyasına gəldikdə nə etdiklərini çox yaxşı bilirlər və bu sahədə şəksiz dünya liderlərindən biridir. Son illərdə ciddi satış artımı göstərən bir şirkətin qeyri-müəyyən gələcəyi olan perspektivli texnologiyalar üçün az tanınan reklamlara bir ton pul atacağı da düşünülməzdi.

Bununla belə, sitat gətirilən sözlər Bavariya avtomobil istehsalçısının flaqmanının kifayət qədər ekzotik 745 saatlıq hidrogen versiyasını təbliğ etmək kampaniyasının bir hissəsidir. Ekzotik, çünki BMW-yə görə, avtomobil sənayesinin əvvəldən qidalandırdığı karbohidrogen yanacaqlarına alternativlərə keçid bütün istehsal infrastrukturunda dəyişiklik tələb edəcək. Sonuncu zəruridir, çünki bavariyalılar perspektivli inkişaf yolunu geniş şəkildə reklam edilən yanacaq elementlərində deyil, daxili yanma mühərriklərinin hidrogenlə işləməyə çevrilməsində görürlər. BMW hesab edir ki, təkmilləşdirmə həll edilə bilən problemdir və mühərrikin etibarlı işləməsinə nail olmaq və onun təmiz hidrogendən istifadə etməklə onun nəzarətsiz yanma proseslərinə meylini aradan qaldırmaq kimi əsas problemin həllində artıq mühüm irəliləyiş əldə edib. Bu istiqamətdə uğur mühərrik proseslərinə elektron nəzarət sahəsində səriştə və BMW patentli Valvetronic və Vanos çevik qaz paylama sistemlərindən istifadə etmək imkanı ilə bağlıdır, bunsuz "hidrogen mühərriklərinin" normal işləməsini təmin etmək mümkün olmayacaqdır. . Bununla belə, bu istiqamətdə ilk addımlar 1820-ci ilə təsadüf edir, o zaman konstruktor Uilyam Sesil "vakuum prinsipi" adlanan sistemlə işləyən hidrogenlə işləyən mühərrik yaratdı - bu, daxili mühərriki olan sonradan ixtira edilmiş mühərrikdən çox fərqli bir sxemdir. . yanma. 60 il sonra daxili yanma mühərriklərinin ilk inkişafında, pioner Otto, təxminən 50% hidrogen tərkibli artıq qeyd olunan və kömürdən əldə edilən sintetik qazdan istifadə etdi. Bununla belə, karbüratörün ixtirası ilə benzinin istifadəsi çox daha praktik və təhlükəsiz hala gəldi və maye yanacaq indiyə qədər mövcud olan bütün digər alternativləri əvəz etdi. Hidrogenin yanacaq kimi xassələri uzun illər sonra kosmik sənaye tərəfindən yenidən kəşf edildi və tez bir zamanda hidrogenin bəşəriyyətə məlum olan hər hansı yanacağın ən yaxşı enerji/kütlə nisbətinə malik olduğunu aşkar etdi.

1998-ci ilin iyul ayında Avropa Avtomobil Sənayesi Birliyi (ACEA), Birlikdə yeni qeydiyyata alınmış nəqliyyat vasitələrindən çıxan CO2008 emissiyalarını kilometrə başına orta hesabla 2 qram 140 azaltmaq üçün Avropa Birliyinə söz verdi. Praktikada bu 25-ci ilə nisbətən tullantıların% 1995 azalması demək idi və yeni donanmanın orta yanacaq sərfi təxminən 6,0 l / 100 km idi. Yaxın gələcəkdə əlavə tədbirlərin 14-ci ilə qədər karbon dioksid emissiyalarını 2012% azaltması gözlənilir. Bu, avtomobil şirkətləri üçün işi son dərəcə çətinləşdirir və BMW mütəxəssislərinə görə ya aşağı karbonlu yanacaqlardan istifadə etməklə, ya da karbonun yanacaq tərkibindən tamamilə kənarlaşdırılması yolu ilə həll edilə bilər. Bu nəzəriyyəyə görə hidrogen avtomobil arenasında bütün şan-şöhrəti ilə yenidən görünür.

Bavyera şirkəti hidrogenlə işləyən nəqliyyat vasitələrini kütləvi istehsal edən ilk avtomobil istehsalçısı oldu. Yeni inkişaflardan məsul olan BMW idarə heyətinin üzvü professor Burkhard Geschel-in “şirkətin indiki 7 seriyası bitmədən hidrogen avtomobillərini satacağı” ilə bağlı nikbin və inamlı iddiaları gerçəkləşdi. Son versiyası ilə, 7 at gücündə 2006 silindrli mühərriklə 12-cı ildə təqdim olunan yeddinci seriyası olan Hydrogen 260. bu mesaj artıq reallığa çevrilmişdir. Niyyət olduqca iddialı görünürdü, amma səbəbsiz deyil. BMW 1978-ci ildən bəri hidrogenlə işləyən daxili yanma mühərrikləri ilə təcrübələr aparır və 11 may 2000-ci ildə bu alternativin imkanlarını misilsiz nümayiş etdirdi. Hidrogen on iki silindrli mühərriklə işləyən həftənin əvvəlki nəslindən olan 15 750 hl avtomobilindən ibarət təsirli bir donanma, şirkətin müvəffəqiyyətini və yeni texnologiya vədini vurğulayan 170 km marafonu tamamladı. 000 və 2001-ci illərdə bu vasitələrdən bəziləri hidrogen ideyasını dəstəkləmək üçün müxtəlif nümayişlərdə iştirak etməyə davam etdilər. Daha sonra 2002 silsiləyə əsaslanan, müasir 7 litrlik V-4,4 istifadə edən və 212 km / saat sürət göstərə bilən yeni bir inkişafın ardından 12 silindrli V-XNUMX ilə son inkişafın vaxtı gəldi. Şirkətin rəsmi fikrinə görə, BMW-nin yanacaq hüceyrələri əvəzinə bu texnologiyanı seçməsinin səbəbləri həm ticari, həm də psixoloji cəhətdir. Birincisi, istehsal infrastrukturu dəyişərsə, bu metod xeyli az sərmayə tələb edəcəkdir. İkincisi, insanlar köhnə yaxşı daxili yanma mühərrikinə öyrəşdikləri üçün onu sevirlər və ondan ayrılmaq çətin olacaq. Üçüncüsü, bu vaxt bu texnologiyanın yanacaq hüceyrəsi texnologiyasından daha sürətli inkişaf etdiyi ortaya çıxdı.

BMW avtomobillərində hidrogen, Alman soyuducu qrupu Linde tərəfindən hazırlanmış yüksək texnologiyalı termos şüşəsi kimi super izolyasiya edilmiş kriogen qabda saxlanılır. Aşağı saxlama temperaturlarında yanacaq maye fazada olur və adi yanacaq kimi mühərrikə daxil olur.

Bu mərhələdə Münhen mərkəzli şirkətin dizaynerləri dolayı yanacaq enjeksiyonuna diqqət yetirdilər və qarışığın keyfiyyəti mühərrikin iş rejimindən asılıdır. Qismən yükləmə rejimində mühərrik dizel yanacağına bənzər yağsız qarışıqlarda işləyir - dəyişiklik yalnız vurulan yanacağın miqdarında edilir. Bu, mühərrikin artıq hava ilə işlədiyi, lakin az yük səbəbiylə azot tullantılarının əmələ gəlməsinin minimuma endirildiyi qarışıq sözdə "keyfiyyətə nəzarət" dir. Mühüm gücə ehtiyac yarandıqda, mühərrik qarışığın və "qarışıq olmayan" qarışıqların "kəmiyyət nəzarətinə" keçərək benzin mühərriki kimi işləməyə başlayır. Bu dəyişikliklər, bir tərəfdən, mühərrikdə proseslərə elektron nəzarət sürəti, digər tərəfdən, qaz paylayıcı idarəetmə sistemlərinin çevik işləməsi sayəsində mümkündür - "ikiqat" Vanos, Dağıdıcı olmadan Valvetronik qəbuletmə nəzarət sistemi. BMW mühəndislərinin fikrincə, bu inkişafın iş sxemi texnologiyaların inkişafında yalnız bir ara mərhələdir və gələcəkdə mühərriklər silindrlərə və turbomühərriklərə birbaşa hidrogen enjeksiyonuna keçəcəklər. Bu üsulların benzin mühərrikindən daha yaxşı avtomobil dinamikası və daxili yanma mühərrikinin ümumi səmərəliliyinin 50%-dən çox artması ilə nəticələnəcəyi gözlənilir. Burada "yanacaq hüceyrələri" mövzusuna toxunmaqdan qəsdən çəkindik, çünki bu məsələ son vaxtlar olduqca fəal şəkildə istifadə olunur. Bununla yanaşı, BMW-nin hidrogen texnologiyası kontekstində bunları da qeyd etməliyik, çünki Münhendəki dizaynerlər avtomobillərdəki göyərtədəki elektrik şəbəkəsini gücləndirmək üçün yalnız belə cihazlardan istifadə edərək adi batareya gücünü tamamilə aradan qaldırmağa qərar verdilər. Bu hərəkət əlavə yanacağa qənaət etməyə imkan verir, çünki hidrogen mühərriki alternatoru idarə etmək məcburiyyətində qalmır və bort elektrik sistemi tam avtonom olur və sürücülük yolundan müstəqil olur - o, hətta mühərrik işləmədiyi halda da elektrik enerjisi istehsal edə bilər, həmçinin və enerji istehlakı tam optimallaşdırmaya borcludur. Su nasosunu, yağ nasoslarını, əyləc gücləndiricisini və simli sistemləri gücləndirmək üçün yalnız lazım olduğu qədər elektrik enerjisinin istehsal oluna biləcəyi əlavə qənaət deməkdir. Bununla birlikdə, bütün bu yeniliklərə paralel olaraq, yanacaq enjeksiyon sistemi (benzin) praktik olaraq bahalı dizayn dəyişikliklərinə məruz qalmadı. 2002 -ci ilin iyun ayında hidrogen texnologiyasını tanıtmaq üçün BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN, mayeləşdirilmiş və sıxılmış hidrogenlə yanacaqdoldurma məntəqələrinin inkişafı ilə başlayan CleanEnergy tərəfdaşlıq proqramını yaratdı.

BMW bir sıra digər birgə layihələrin, o cümlədən neft şirkətləri ilə birgə layihələrin təşəbbüskarıdır ki, onların arasında ən fəal iştirakçılar Aral, BP, Shell, Total şirkətləridir. Bu perspektivli sahəyə maraq eksponent olaraq artır - yaxın on ildə təkcə Aİ hidrogen texnologiyalarının inkişafı və tətbiqini maliyyələşdirmək üçün fondlara 2,8 milyard avro məbləğində birbaşa maliyyə töhfələri verəcək. Bu dövrdə "hidrogen"in inkişafına özəl şirkətlərin investisiyalarının həcmini proqnozlaşdırmaq çətindir, lakin aydındır ki, qeyri-kommersiya təşkilatlarından ayırmaları dəfələrlə üstələyir.

Daxili yanma mühərriklərində hidrogen

Maraqlıdır ki, hidrogenin fiziki və kimyəvi xassələrinə görə benzindən qat-qat daha tez alovlanır. Praktikada bu o deməkdir ki, hidrogendə yanma prosesini başlamaq üçün çox daha az ilkin enerji tələb olunur. Digər tərəfdən, çox arıq qarışıqlar hidrogen mühərriklərində asanlıqla istifadə edilə bilər - müasir benzin mühərrikləri mürəkkəb və bahalı texnologiyalar vasitəsilə əldə etdiyi bir şeydir.

Hidrogen-hava qarışığının hissəcikləri arasında istilik daha az yayılır və eyni zamanda, öz-özünə alovlanma temperaturu və yanma proseslərinin sürəti benzinlə müqayisədə xeyli yüksəkdir. Hidrogen aşağı sıxlığa və güclü diffuzivliyə malikdir (hissəciklərin başqa bir qaza - bu halda havaya nüfuz etmə ehtimalı).

Öz-özünə alovlanma üçün tələb olunan aşağı aktivləşdirmə enerjisi hidrogen mühərriklərində yanma proseslərinin idarə edilməsində ən böyük problemlərdən biridir, çünki qarışıq yanma kamerasındakı daha isti ərazilərlə təmasda olması və tamamilə idarə olunmayan proseslər zəncirinin ardınca gedən müqavimət səbəbindən asanlıqla özbaşına alovlana bilir. Bu riskdən qaçmaq hidrogen mühərriklərinin yaradılmasında ən böyük çətinliklərdən biridir, lakin yüksək dərəcədə yayılmış yanan qarışığın silindr divarlarına çox yaxın hərəkət etməsi və son dərəcə dar boşluqlara nüfuz etməsi faktının nəticələrini aradan qaldırmaq asan deyil. qapalı klapanlar kimi, məsələn... Bütün bunlar bu mühərrikləri layihələndirərkən nəzərə alınmalıdır.

Yüksək bir avtomatik yanma temperaturu və yüksək bir oktan sayı (təxminən 130), mühərrikin sıxılma nisbətində və buna görə də onun səmərəliliyində bir artım təmin edir, lakin yenə də hidrogenin daha isti hissə ilə təmasda olma təhlükəsi var. silindrdə. Hidrogenin yüksək diffuziya qabiliyyətinin üstünlüyü, tankın sıradan çıxması halında yanacağın sürətli və təhlükəsiz yayılmasına zəmanət verən hava ilə asanlıqla qarışmaq imkanıdır.

Yanma üçün ideal hava-hidrogen qarışığı təxminən 34:1 nisbətinə malikdir (benzin üçün bu nisbət 14,7:1-dir). Bu o deməkdir ki, birinci halda eyni kütlə hidrogen və benzin birləşdirildikdə, iki dəfədən çox hava tələb olunur. Eyni zamanda, hidrogen-hava qarışığı əhəmiyyətli dərəcədə daha çox yer tutur və bu, hidrogenlə işləyən mühərriklərin niyə daha az gücə malik olduğunu izah edir. Nisbətlərin və həcmlərin sırf rəqəmsal təsviri olduqca aydındır - yanmağa hazır hidrogenin sıxlığı benzin buxarından 56 dəfə azdır .... Bununla belə, qeyd etmək lazımdır ki, prinsipcə, hidrogen mühərrikləri 180:1-ə qədər olan hava-hidrogen qarışıqları ilə də işləyə bilər (yəni çox "arıq" qarışıqlar), bu da öz növbəsində mühərriki idarə etmək deməkdir. qaz klapan olmadan və dizel mühərriklərinin prinsipindən istifadə edin. Onu da qeyd etmək lazımdır ki, hidrogen enerji mənbələri kimi hidrogenlə benzinin kütləsinə görə müqayisəsində şəksiz liderdir - bir kiloqram hidrogen bir kiloqram benzindən demək olar ki, üç dəfə çox enerji tutumludur.

Benzinli mühərriklərdə olduğu kimi, mayeləşdirilmiş hidrogen birbaşa manifoldlardakı klapanların qabağına vurula bilər, lakin ən yaxşı həll sıxılma vuruşu zamanı birbaşa enjeksiyondur - bu halda güc oxşar benzin mühərrikinin gücünü 25% üstələyə bilər. Bunun səbəbi, yanacaq (hidrogen) benzin və ya dizel mühərrikində olduğu kimi havanı sıxışdırmır və yanma kamerasını yalnız havanın (adi haldan əhəmiyyətli dərəcədə çox) doldurmasına imkan verir. Həmçinin, benzin mühərriklərindən fərqli olaraq, hidrogen mühərrikləri struktur fırlanmaya ehtiyac duymur, çünki bu tədbir olmadan hidrogen hava ilə kifayət qədər yaxşı yayılır. Silindrlərin müxtəlif hissələrində fərqli yanma dərəcələri səbəbindən iki şam qoymaq daha yaxşıdır və hidrogen mühərriklərində platin elektrodların istifadəsi qeyri-mümkündür, çünki platin aşağı temperaturda yanacağın oksidləşməsinə səbəb olan katalizator olur.

H2R

H2R, BMW mühəndisləri tərəfindən hazırlanmış və hidrogenlə təchiz edildikdə maksimum 285 at gücünə çatan on iki silindrli mühərriklə təchiz edilmiş işləyən super idman prototipidir. Onların sayəsində eksperimental model altı saniyədə 0-dan 100 km/saat sürətlənir və 300 km/saat maksimal sürətə çatır.H2R mühərriki benzin 760i-də istifadə edilən standart üst-end bloka əsaslanır və cəmi XNUMX ildir. aylar inkişaf edir. Kortəbii yanmanın qarşısını almaq üçün Bavariya mütəxəssisləri mühərrikin dəyişən klapan zamanlama sistemlərinin təmin etdiyi imkanlardan istifadə edərək, yanma kamerasına xüsusi axın dövrü və inyeksiya strategiyası hazırlamışlar. Qarışıq silindrlərə girməzdən əvvəl, sonuncular hava ilə soyudulur və alovlanma yalnız yuxarı ölü nöqtədə aparılır - hidrogen yanacağı ilə yüksək yanma sürətinə görə alovlanmanın irəliləməsi tələb olunmur.

Tapıntılar

Saf hidrogen enerjisinə keçidin maliyyə təhlili hələ çox nikbin deyil. Yüngül qazın istehsalı, saxlanması, nəqli və təchizatı hələ də kifayət qədər enerji tələb edən proseslərdir və insan inkişafının hazırkı texnoloji mərhələsində belə bir sxem təsirli ola bilməz. Lakin bu, araşdırma və həll yolları axtarışının davam etməyəcəyi anlamına gəlmir. Günəş panellərindən alınan elektrik enerjisindən istifadə edərək sudan hidrogen çıxarmaq və böyük tanklarda saxlamaq təklifləri optimist səslənir. Digər tərəfdən, Səhra çölündə qaz fazında elektrik və hidrogen hasilatı, boru kəməri ilə Aralıq dənizinə daşınması, mayeləşdirilməsi və kriogen tankerlər vasitəsi ilə daşınması, limanlarda boşaldılması və nəhayət yük maşını ilə daşınması bu anda bir az gülünc səslənir ...

Şimal dənizindəki istehsal sahələrində təbii qazdan hidrogen istehsal etməyi təklif edən Norveç neft şirkəti Norsk Hydro tərəfindən bu yaxınlarda maraqlı bir fikir təqdim edildi və qalıq dəm qazı dəniz dibi altında tükənmiş sahələrdə saxlanıldı. Həqiqət ortada bir yerdədir və hidrogen sənayesinin inkişafının hara gedəcəyini zaman göstərəcəkdir.

Mazda variantı

Yaponiyanın Mazda şirkəti də hidrogen mühərrikinin öz versiyasını - fırlanan aqreqat idman avtomobili RX-8 formasında nümayiş etdirir. Bu təəccüblü deyil, çünki Wankel mühərrikinin dizayn xüsusiyyətləri hidrogenin yanacaq kimi istifadəsi üçün son dərəcə uyğundur. Qaz yüksək təzyiq altında xüsusi çəndə saxlanılır və yanacaq birbaşa yanma kameralarına vurulur. Fırlanan mühərriklərdə inyeksiya və yanmanın baş verdiyi sahələr ayrıldığından və emiş hissəsindəki temperatur daha aşağı olduğundan, nəzarətsiz alovlanma ehtimalı problemi əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Wankel mühərriki həmçinin iki enjektor üçün kifayət qədər yer təklif edir ki, bu da optimal miqdarda hidrogenin vurulması üçün son dərəcə vacibdir.