بي ام دبليو والهيدروجين: محرك الاحتراق الداخلي
محتوى
بدأت مشاريع الشركة قبل 40 عامًا بإصدار الهيدروجين من السلسلة 5
لطالما كانت BMW تؤمن بالتنقل الكهربائي. اليوم ، يمكن اعتبار Tesla المعيار في هذا المجال ، ولكن قبل عقد من الزمن ، عندما عرضت الشركة الأمريكية مفهوم منصة الألومنيوم المخصصة ، والتي تم تحقيقها بعد ذلك في شكل Tesla Model S ، كانت BMW تعمل بنشاط على Megacity مشروع السيارة. تم تسويق 2013 على أنها BMW i3. لا تستخدم السيارة الألمانية الرائدة هيكل دعم من الألومنيوم ببطاريات مدمجة فحسب ، بل تستخدم أيضًا هيكلًا مصنوعًا من البوليمرات المقواة بالكربون. ومع ذلك ، فإن ما تتفوق عليه Tesla بلا شك هو منهجيتها الاستثنائية ، لا سيما على مستوى تطوير بطاريات السيارات الكهربائية - من العلاقات مع مصنعي خلايا الليثيوم أيون إلى بناء مصانع ضخمة للبطاريات ، بما في ذلك تلك التي تستخدم تطبيقات غير كهربائية. إمكانية التنقل.
لكن دعنا نعود إلى BMW لأنه ، على عكس Tesla والعديد من منافسيها ، لا تزال الشركة الألمانية تؤمن بقدرة الهيدروجين على التنقل. في الآونة الأخيرة ، كشف فريق بقيادة نائب رئيس الشركة لخلايا الوقود الهيدروجينية ، الدكتور يورغن غولدنر ، النقاب عن خلية الوقود I-Hydrogen Next ، وهي مجموعة مولدات ذاتية الدفع تعمل بتفاعل كيميائي منخفض الحرارة. تصادف هذه اللحظة الذكرى السنوية العاشرة لإطلاق تطوير سيارة BMW التي تعمل بخلايا الوقود والذكرى السابعة للتعاون مع Toyota في خلايا الوقود. ومع ذلك ، فإن اعتماد BMW على الهيدروجين يعود إلى 10 عامًا وهو أكثر "درجة حرارة ساخنة".
هذا أكثر من ربع قرن من التطورات التي قامت بها الشركة ، حيث يتم استخدام الهيدروجين كوقود لمحركات الاحتراق الداخلي. خلال معظم تلك الفترة ، اعتقدت الشركة أن محرك الاحتراق الداخلي الذي يعمل بالهيدروجين كان أقرب إلى المستهلك من خلية الوقود. بكفاءة تبلغ حوالي 60٪ ومزيج من محرك كهربائي بكفاءة تزيد عن 90٪ ، يكون محرك خلية الوقود أكثر كفاءة من محرك الاحتراق الداخلي الذي يعمل بالهيدروجين. كما سنرى في السطور التالية ، مع الحقن المباشر والشحن التوربيني ، ستكون المحركات المصغرة اليوم مناسبة للغاية لتوصيل الهيدروجين - بشرط أن تكون أنظمة الحقن والتحكم في الاحتراق في مكانها الصحيح. ولكن في حين أن محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالهيدروجين أرخص بكثير من خلايا الوقود المدمجة مع بطارية ليثيوم أيون ، إلا أنها لم تعد على جدول الأعمال. بالإضافة إلى ذلك ، فإن مشاكل حركة الهيدروجين في كلتا الحالتين تتجاوز نطاق نظام الدفع.
ومع ذلك ، لماذا الهيدروجين؟
الهيدروجين عنصر مهم في رغبة البشرية في استخدام المزيد والمزيد من مصادر الطاقة البديلة ، مثل جسر لتراكم الطاقة من الشمس والرياح والمياه والكتلة الحيوية عن طريق تحويلها إلى طاقة كيميائية. ببساطة ، هذا يعني أن الكهرباء التي تنتجها هذه المصادر الطبيعية لا يمكن تخزينها بأحجام كبيرة ، ولكن يمكن استخدامها لإنتاج الهيدروجين عن طريق تحلل الماء إلى الأكسجين والهيدروجين.
بالطبع ، يمكن أيضًا استخراج الهيدروجين من مصادر هيدروكربونية غير متجددة ، لكن هذا كان غير مقبول منذ فترة طويلة عندما يتعلق الأمر باستخدامه كمصدر للطاقة. إنها حقيقة لا يمكن إنكارها أن المشاكل التكنولوجية لإنتاج وتخزين ونقل الهيدروجين قابلة للحل - في الممارسة العملية ، حتى الآن ، يتم إنتاج كميات ضخمة من هذا الغاز واستخدامها كمواد خام في الصناعات الكيماوية والبتروكيماوية. ومع ذلك ، في هذه الحالات ، فإن التكلفة العالية للهيدروجين ليست قاتلة ، لأنها "تذوب" بتكلفة عالية للمنتجات التي تدخل فيها.
ومع ذلك ، فإن مشكلة استخدام الغاز الخفيف كمصدر للطاقة وبكميات كبيرة أكثر تعقيدًا بعض الشيء. ظل العلماء يهزون رؤوسهم لفترة طويلة بحثًا عن بديل استراتيجي محتمل لزيت الوقود ، وقد تكون الزيادة في التنقل الكهربائي والهيدروجين في حالة تكافل وثيق. في قلب كل هذا حقيقة بسيطة ولكنها مهمة للغاية - يدور استخراج الهيدروجين واستخدامه حول الدورة الطبيعية لدمج وتحلل المياه ... إذا حسنت البشرية ووسعت طرق الإنتاج باستخدام المصادر الطبيعية مثل الطاقة الشمسية والرياح والمياه ، يمكن إنتاج الهيدروجين واستخدامه بكميات غير محدودة دون انبعاث انبعاثات ضارة.
الإنتاج
حاليا ، يتم إنتاج أكثر من 70 مليون طن من الهيدروجين النقي في العالم. المادة الخام الرئيسية لإنتاجها هي الغاز الطبيعي ، الذي تتم معالجته في عملية تعرف باسم "الإصلاح" (نصف الإجمالي). يتم إنتاج كميات أقل من الهيدروجين من خلال عمليات أخرى ، مثل التحليل الكهربائي لمركبات الكلور ، الأكسدة الجزئية للنفط الثقيل ، تغويز الفحم ، الانحلال الحراري للفحم لإنتاج فحم الكوك وإصلاح البنزين. يتم استخدام حوالي نصف إنتاج الهيدروجين في العالم في تخليق الأمونيا (التي تستخدم كمادة أولية في إنتاج الأسمدة) وفي تكرير النفط وتركيب الميثانول.
مخططات الإنتاج هذه تثقل كاهل البيئة بدرجات متفاوتة ، ولسوء الحظ ، لا يقدم أي منها بديلاً مفيدًا لحالة الطاقة الحالية - أولاً لأنها تستخدم مصادر غير متجددة ، وثانيًا لأن الإنتاج ينبعث منه مواد غير مرغوب فيها مثل ثاني أكسيد الكربون. الطريقة الواعدة لإنتاج الهيدروجين في المستقبل لا تزال تحلل الماء بمساعدة الكهرباء ، المعروف في المدرسة الابتدائية. ومع ذلك ، فإن إغلاق دورة الطاقة النظيفة ممكن حاليًا فقط باستخدام الطاقة الطبيعية وخاصة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح لتوليد الكهرباء اللازمة لتحلل المياه. وفقًا للدكتور غولدنر ، فإن التقنيات الحديثة "المتصلة" بأنظمة الرياح والطاقة الشمسية ، بما في ذلك محطات الهيدروجين الصغيرة ، حيث يتم إنتاج الأخيرة في الموقع ، هي خطوة جديدة كبيرة في هذا الاتجاه.
مكان التخزين
يمكن تخزين الهيدروجين بكميات كبيرة في كل من المراحل الغازية والسائلة. تسمى أكبر الخزانات التي يقع فيها الهيدروجين تحت ضغط منخفض نسبيًا "عدادات الغاز". تم تصميم الخزانات المتوسطة والصغيرة لتخزين الهيدروجين عند ضغط 30 بار ، بينما تحافظ أصغر الخزانات الخاصة (الأجهزة باهظة الثمن المصنوعة من الفولاذ الخاص أو المواد المركبة المقواة بألياف الكربون) على ضغط ثابت يبلغ 400 بار.
يمكن أيضًا تخزين الهيدروجين في الطور السائل عند -253 درجة مئوية لكل وحدة حجم تحتوي على 1,78 مرة من الطاقة أكثر من تخزينها عند 700 بار - لتحقيق الكمية المكافئة من الطاقة في الهيدروجين المسال لكل وحدة حجم ، يجب ضغط الغاز حتى 1250 بار. نظرًا لارتفاع كفاءة الطاقة في الهيدروجين المبرد ، دخلت BMW في شراكة مع مجموعة التبريد الألمانية Linde من أجل أنظمتها الأولى ، التي طورت أحدث الأجهزة المبردة لتسييل الهيدروجين وتخزينه. يقدم العلماء أيضًا بدائل أخرى ، ولكنها أقل قابلية للتطبيق في الوقت الحالي ، لتخزين الهيدروجين - على سبيل المثال ، التخزين تحت الضغط في دقيق معدني خاص ، في شكل هيدرات معدنية ، وغيرها.
توجد شبكات نقل الهيدروجين بالفعل في المناطق ذات التركيز العالي للمصانع الكيميائية ومصافي النفط. بشكل عام ، التقنية مشابهة لتلك المستخدمة في نقل الغاز الطبيعي ، ولكن استخدام الأخير لاحتياجات الهيدروجين غير ممكن دائمًا. ومع ذلك ، في القرن الماضي ، تم إضاءة العديد من المنازل في المدن الأوروبية عن طريق الغاز الخفيف لخط الأنابيب ، والذي يحتوي على ما يصل إلى 50 ٪ من الهيدروجين والذي يستخدم كوقود لمحركات الاحتراق الداخلي الثابتة الأولى. يسمح مستوى التكنولوجيا اليوم بالفعل بنقل الهيدروجين المسال عبر القارات من خلال الناقلات المبردة الحالية ، على غرار تلك المستخدمة للغاز الطبيعي.
BMW ومحرك الاحتراق الداخلي
"ماء. المنتج النهائي الوحيد لمحركات BMW النظيفة التي تستخدم الهيدروجين السائل بدلاً من الوقود البترولي وتتيح للجميع الاستمتاع بالتقنيات الجديدة بضمير مرتاح ".
هذه الكلمات هي اقتباس من حملة إعلانية لشركة ألمانية في بداية القرن الحادي والعشرين. يجب أن تروج نسخة هيدروجينية غريبة نوعا ما 745 ساعة من صانع السيارات البافاري الرائد. غريب ، لأنه ، وفقًا لـ BMW ، فإن الانتقال إلى بدائل لوقود الهيدروكربونات ، الذي كانت صناعة السيارات تغذيه منذ البداية ، سيتطلب تغييرًا في البنية التحتية الصناعية بأكملها. في ذلك الوقت ، وجد البافاريون مسار تطور واعد ليس في خلايا الوقود المعلن عنها على نطاق واسع ، ولكن في تحويل محركات الاحتراق الداخلي إلى هيدروجين. تعتقد BMW أن التعديل التحديثي المعني هو مشكلة قابلة للحل ، وقد حقق بالفعل تقدمًا كبيرًا في حل المشكلة الرئيسية المتمثلة في ضمان أداء المحرك الموثوق به والقضاء على ميله إلى عمليات الاحتراق غير المنضبط باستخدام الهيدروجين النقي. ويرجع النجاح في هذا الاتجاه إلى الكفاءة في مجال التحكم الإلكتروني في عمليات المحرك والقدرة على استخدام أنظمة BMW الحاصلة على براءة اختراع للتوزيع المرن للغاز من Valvetronic و Vanos ، والتي بدونها من المستحيل ضمان التشغيل العادي "لمحركات الهيدروجين".
ومع ذلك ، فإن الخطوات الأولى في هذا الاتجاه تعود إلى عام 1820 ، عندما ابتكر المصمم ويليام سيسيل محركًا يعمل بوقود الهيدروجين يعمل وفقًا لما يسمى "مبدأ الفراغ" - وهو مخطط مختلف تمامًا عن المخطط الذي تم اختراعه لاحقًا باستخدام محرك داخلي. احتراق. في أول تطوير له لمحركات الاحتراق الداخلي بعد 60 عامًا ، استخدم الرائد أوتو الغاز الاصطناعي الذي سبق ذكره والمشتق من الفحم والذي يحتوي على نسبة هيدروجين تبلغ حوالي 50٪. ومع ذلك ، مع اختراع المكربن ، أصبح استخدام البنزين أكثر عملية وأمانًا ، وحل الوقود السائل محل جميع البدائل الأخرى الموجودة حتى الآن. تم اكتشاف خصائص الهيدروجين كوقود بعد سنوات عديدة من قبل صناعة الفضاء ، والتي سرعان ما اكتشفت أن الهيدروجين لديه أفضل نسبة طاقة / كتلة من أي وقود معروف للبشرية.
في يوليو 1998 ، تعهدت رابطة صناعة السيارات الأوروبية (ACEA) بتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون للسيارات المسجلة حديثًا في الاتحاد إلى متوسط 2 جرامًا لكل كيلومتر بحلول عام 140. وهذا يعني عمليًا انخفاضًا بنسبة 2008٪ في الانبعاثات مقارنة بعام 25 ويعادل متوسط استهلاك الوقود في الأسطول الجديد البالغ حوالي 1995 لتر / 6,0 كم. وهذا يجعل مهمة شركات السيارات صعبة للغاية ، ووفقًا لخبراء BMW ، يمكن حلها إما باستخدام وقود منخفض الكربون أو بإزالة الكربون تمامًا من تركيبة الوقود. وفقًا لهذه النظرية ، يظهر الهيدروجين في مشهد السيارات بكل مجده.
أصبحت الشركة البافارية أول شركة تصنيع سيارات تبدأ في الإنتاج الضخم للسيارات التي تعمل بالهيدروجين. التصريحات المتفائلة والثقة من قبل BMW Burkhard Göschel ، عضو مجلس إدارة BMW المسؤول عن التطورات الجديدة ، بأن "الشركة ستبيع سيارات الهيدروجين قبل انتهاء السلسلة السابعة" ، أصبحت حقيقة. مع إصدار الهيدروجين 7 من السلسلة السابعة الذي تم طرحه في عام 7 ، فإنه يحتوي على محرك 2006 أسطوانة بقوة 12 حصان. أصبحت هذه الرسالة حقيقة.
تبدو النية طموحة إلى حد ما ، ولكن ليس بدون سبب. تقوم BMW بتجربة محركات الاحتراق الداخلي للهيدروجين منذ عام 1978 ، مع السلسلة الخامسة (E5) ، تم تقديم إصدار 12 ساعة من E 1984 في عام 745 ، وفي 23 مايو 11 ، أظهرت القدرات الفريدة لهذا البديل. أسطول مثير للإعجاب بقوة 2000 حصان شاركت E 15 في "الأسبوع" بمحركات 750 أسطوانة تعمل بالهيدروجين في سباق ماراثون بطول 38،12 كم ، مما يدل بشكل خاص على نجاح الشركة وآفاق التكنولوجيا الجديدة. في عامي 170 و 000 ، استمرت بعض هذه السيارات في المشاركة في مظاهرات مختلفة للترويج لفكرة الهيدروجين. ثم يأتي تطور جديد ، بناءً على السلسلة 2001 التالية ، باستخدام محرك حديث سعة 2002 لتر ثماني أسطوانات وقادر على سرعة قصوى تبلغ 7 كم / ساعة ، يليه أحدث تطوير بمحرك سعة 4,4 لترًا بست أسطوانات.
وفقًا للرأي الرسمي للشركة ، فإن أسباب تفضيل BMW لهذه التكنولوجيا على خلايا الوقود لها أساس تجاري ونفسي. أولاً ، ستتطلب هذه الطريقة استثمارًا أقل بكثير إذا تغيرت البنية التحتية الصناعية. ثانيًا ، لأن الأشخاص معتادون على محرك الاحتراق الداخلي القديم الجيد ، فإنهم يحبونه ، وسيكون من الصعب التخلي عنه. وثالثًا ، لأنه في الوقت نفسه تتطور هذه التكنولوجيا بشكل أسرع من تقنية خلايا الوقود.
في سيارات BMW ، يتم تخزين الهيدروجين في وعاء مبرد مفرط العزل ، مثل زجاجة حرارية عالية التقنية طورتها مجموعة التبريد الألمانية Linde. في درجات حرارة التخزين المنخفضة ، يكون الوقود في المرحلة السائلة ويدخل إلى المحرك كوقود عادي.
يستخدم مصممو شركة ميونيخ حقن الوقود في فتحات السحب ، وتعتمد جودة الخليط على وضع تشغيل المحرك. في وضع التحميل الجزئي ، يعمل المحرك على مخاليط خفيفة شبيهة بالديزل - يتم تغيير كمية الوقود المحقون فقط. هذا هو ما يسمى "مراقبة جودة" الخليط ، حيث يعمل المحرك بهواء زائد ، ولكن نظرًا للحمل المنخفض ، يتم تقليل تكوين انبعاثات النيتروجين إلى الحد الأدنى. عندما تكون هناك حاجة إلى طاقة كبيرة ، يبدأ المحرك في العمل مثل محرك البنزين ، وينتقل إلى ما يسمى "التنظيم الكمي" للخليط وإلى المخاليط العادية (غير الهزيلة). هذه التغييرات ممكنة ، من ناحية ، بفضل سرعة التحكم الإلكتروني في العملية في المحرك ، ومن ناحية أخرى ، بفضل التشغيل المرن لأنظمة التحكم في توزيع الغاز - فانوس "المزدوج" ، الذي يعمل جنبًا إلى جنب مع نظام التحكم في المدخول Valvetronic بدون دواسة الوقود. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه وفقًا لمهندسي BMW ، فإن مخطط العمل لهذا التطور ليس سوى مرحلة وسيطة في تطوير التكنولوجيا وأنه في المستقبل سيتعين على المحركات الانتقال إلى حقن الهيدروجين المباشر في الأسطوانات والشاحن التوربيني. ومن المتوقع أن يؤدي تطبيق هذه الأساليب إلى تحسين الأداء الديناميكي للسيارة مقارنة بمحرك البنزين المماثل وزيادة الكفاءة الكلية لمحرك الاحتراق الداخلي بنسبة تزيد عن 50٪.
حقيقة تطور مثيرة للاهتمام هي أنه مع أحدث التطورات في محركات الاحتراق الداخلي "الهيدروجين" ، يدخل المصممون في ميونيخ مجال خلايا الوقود. يستخدمون مثل هذه الأجهزة لتشغيل الشبكة الكهربائية الموجودة على متن السيارة ، مما يلغي تمامًا البطارية التقليدية. بفضل هذه الخطوة ، يمكن توفير الوقود الإضافي ، نظرًا لأن محرك الهيدروجين لا يحتاج إلى قيادة المولد ، ويصبح النظام الكهربائي الموجود على متن المركب مستقلاً تمامًا ومستقلًا عن مسار القيادة - يمكنه توليد الكهرباء حتى في حالة عدم تشغيل المحرك ، ويمكن تحسين إنتاج الطاقة واستهلاكها بالكامل. وحقيقة أنه يمكن الآن توليد قدر كبير من الكهرباء اللازمة لتشغيل مضخة المياه ومضخات الزيت وأنظمة تعزيز الفرامل والأسلاك ، مما يؤدي أيضًا إلى تحقيق المزيد من التوفير. ومع ذلك ، بالتوازي مع كل هذه الابتكارات ، لم يخضع نظام حقن الوقود (البنزين) عمليًا لأي تغييرات تصميم مكلفة.
من أجل الترويج لتقنيات الهيدروجين في يونيو 2002 ، قامت مجموعة BMW و Aral و BVG و DaimlerChrysler و Ford و GHW و Linde و Opel و MAN بإنشاء برنامج شراكة CleanEnergy ، والذي بدأ نشاطه بتطوير محطات تعبئة بالغاز المسال. والهيدروجين المضغوط. حيث يتم إنتاج جزء من الهيدروجين في الموقع باستخدام الكهرباء الشمسية ثم يتم ضغطه ، بينما تأتي الكميات المسالة الكبيرة من محطات إنتاج خاصة ، ويتم نقل جميع الأبخرة من المرحلة السائلة تلقائيًا إلى خزان الغاز.
بدأت BMW عددًا من المشاريع المشتركة الأخرى ، بما في ذلك مع شركات النفط ، ومن بين المشاركين الأكثر نشاطًا Aral و BP و Shell و Total.
ومع ذلك ، لماذا ترفض BMW هذه الحلول التكنولوجية ولا تزال تركز على خلايا الوقود ، سنخبرك في مقال آخر في هذه السلسلة.
الهيدروجين في محركات الاحتراق الداخلي
من المثير للاهتمام ملاحظة أنه بسبب الخصائص الفيزيائية والكيميائية للهيدروجين ، فهو أكثر قابلية للاشتعال من البنزين. من الناحية العملية ، هذا يعني أن الطاقة الأولية المطلوبة لبدء عملية الاحتراق في الهيدروجين أقل بكثير. من ناحية أخرى ، يمكن لمحركات الهيدروجين أن تستخدم بسهولة خلائط "سيئة" للغاية - وهو أمر تحققه محركات البنزين الحديثة من خلال تقنيات معقدة ومكلفة.
تكون الحرارة بين جزيئات خليط الهيدروجين والهواء أقل تشتتًا ، وفي نفس الوقت تكون درجة حرارة الاشتعال الذاتي أعلى بكثير ، وكذلك معدل عمليات الاحتراق مقارنة بالبنزين. يحتوي الهيدروجين على كثافة منخفضة وانتشار قوي (احتمال دخول الجسيمات إلى غاز آخر - في هذه الحالة ، الهواء).
إن طاقة التنشيط المنخفضة اللازمة للاشتعال الذاتي هي واحدة من أكبر المشاكل في التحكم في عمليات الاحتراق في محركات الهيدروجين ، لأن الخليط يمكن أن يشتعل بسهولة من تلقاء نفسه بسبب الاتصال بمناطق أكثر سخونة في غرفة الاحتراق والمقاومة بعد سلسلة من العمليات غير المنضبط تمامًا. يعد تجنب هذا الخطر أحد أكبر المشكلات في تصميم محركات الهيدروجين ، ولكن ليس من السهل القضاء على عواقب حقيقة أن خليط الاحتراق المتشتت للغاية يتحرك قريبًا جدًا من جدران الأسطوانة ويمكن أن يخترق فجوات ضيقة للغاية. على سبيل المثال ، على طول الصمامات المغلقة ... كل هذا يجب أن يؤخذ في الاعتبار عند تصميم هذه المحركات.
يمكن أن تؤدي درجة الحرارة العالية للاشتعال الذاتي وارتفاع عدد الأوكتان (حوالي 130) إلى زيادة درجة ضغط المحرك ، وبالتالي كفاءته ، ولكن مرة أخرى هناك خطر الاشتعال الذاتي للهيدروجين عند الاتصال بالجزء الأكثر سخونة. في الاسطوانة. ميزة قدرة الانتشار العالية للهيدروجين هي إمكانية الخلط السهل مع الهواء ، والذي في حالة كسر الخزان يضمن تشتت سريع وآمن للوقود.
تبلغ نسبة خليط الهواء-الهيدروجين المثالي للاحتراق حوالي 34: 1 (بالنسبة للبنزين ، هذه النسبة هي 14,7: 1). هذا يعني أنه عند الجمع بين نفس كتلة الهيدروجين والبنزين في الحالة الأولى ، يتطلب الأمر أكثر من ضعف كمية الهواء. في الوقت نفسه ، يحتل خليط الهيدروجين والهواء مساحة أكبر بشكل ملحوظ ، وهو ما يفسر سبب امتلاك محركات الهيدروجين طاقة أقل. إن الرسم التوضيحي الرقمي البحت للنسب والأحجام واضح تمامًا - كثافة الهيدروجين الجاهز للاحتراق أقل 56 مرة من كثافة بخار البنزين ... ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه ، بشكل عام ، يمكن لمحركات الهيدروجين أن تعمل على مخاليط الهواء . الهيدروجين بنسب تصل إلى 180: 1 (أي مع مخاليط "سيئة" للغاية) ، وهذا بدوره يعني أن المحرك يمكن أن يعمل بدون دواسة الوقود ويستخدم مبدأ محركات الديزل. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن الهيدروجين هو الرائد بلا منازع في المقارنة بين الهيدروجين والبنزين كمصدر طاقة جماعي - كيلوغرام من الهيدروجين لديه ما يقرب من ثلاثة أضعاف الطاقة لكل كيلوغرام من البنزين.
كما هو الحال مع محركات البنزين ، يمكن حقن الهيدروجين المسال مباشرة أمام الصمامات في الفتحات ، لكن أفضل حل هو الحقن مباشرة أثناء شوط الانضغاط - في هذه الحالة ، يمكن أن تتجاوز الطاقة قدرة محرك بنزين مماثل بنسبة 25٪. هذا لأن الوقود (الهيدروجين) لا يحل محل الهواء كما هو الحال مع محرك البنزين أو الديزل ، مما يسمح لغرفة الاحتراق بالملء فقط (أكثر من المعتاد) بالهواء. بالإضافة إلى ذلك ، على عكس محركات البنزين ، لا يحتاج الهيدروجين إلى دوامات هيكلية ، لأن الهيدروجين بدون هذا الإجراء ينتشر جيدًا مع الهواء. نظرًا لاختلاف معدلات الاحتراق في أجزاء مختلفة من الأسطوانة ، فمن الأفضل تركيب شمعتي احتراق ، وفي محركات الهيدروجين ، فإن استخدام أقطاب البلاتين ليس مناسبًا ، حيث يصبح البلاتين محفزًا يؤدي إلى أكسدة الوقود حتى في درجات الحرارة المنخفضة .
خيار مازدا
كما تستعرض شركة Mazda اليابانية نسختها من محرك الهيدروجين ، على شكل كتلة دوارة في السيارة الرياضية RX-8. هذا ليس مفاجئًا ، لأن ميزات تصميم محرك وانكل مناسبة للغاية لاستخدام الهيدروجين كوقود.
يتم تخزين الغاز تحت ضغط مرتفع في خزان خاص ، ويتم حقن الوقود مباشرة في غرف الاحتراق. نظرًا لحقيقة أنه في حالة المحركات الدوارة ، تكون المناطق التي يحدث فيها الحقن والاحتراق منفصلة ، وتكون درجة الحرارة في جزء المدخل أقل ، فإن مشكلة إمكانية الاشتعال غير المنضبط تقل بشكل كبير. يوفر محرك Wankel أيضًا مساحة كبيرة لاثنين من الحقن ، وهو أمر بالغ الأهمية لحقن الكمية المثلى من الهيدروجين.
H2R
إن H2R هو نموذج أولي للرياضات الفائقة تم بناؤه بواسطة مهندسي BMW ويتم تشغيله بواسطة محرك من 12 أسطوانة يصل أقصى قوة إلى 285 حصان. عند العمل مع الهيدروجين. بفضلهم ، يتسارع النموذج التجريبي من 0 إلى 100 كم / ساعة في ست ثوانٍ ويصل إلى سرعة قصوى تبلغ 300 كم / ساعة. يعتمد محرك H2R على القمة القياسية المستخدمة في البنزين 760i واستغرق تطويره عشرة أشهر فقط .
لمنع الاحتراق التلقائي ، طور المتخصصون البافاريون استراتيجية خاصة لدورات التدفق والحقن في غرفة الاحتراق ، باستخدام الإمكانيات التي يوفرها نظام توقيت الصمام المتغير بالمحرك. قبل دخول الخليط إلى الأسطوانات ، يتم تبريد الأخير بالهواء ، ويتم الاشتعال فقط في أعلى مركز ميت - نظرًا لارتفاع معدل الاحتراق بوقود الهيدروجين ، لا يلزم تقدم الاشتعال.
