Test vožnja BMW i vodonik: drugi dio
Test Drive

Test vožnja BMW i vodonik: drugi dio

Test vožnja BMW i vodonik: drugi dio

„Voda. Jedini krajnji proizvod BMW-ovih čistih motora je korištenje tekućeg vodika umjesto naftnih goriva i omogućavanje svima da uživaju u novim tehnologijama čiste savjesti."

BMW put

Ove riječi su citat iz reklamne kampanje jedne njemačke kompanije prije nekoliko godina. Dugo niko nije dovodio u pitanje činjenicu da Bavarci jako dobro znaju šta rade kada je u pitanju motorna tehnika i da su jedan od neprikosnovenih svjetskih lidera u ovoj oblasti. Niti bi se pomislilo da će kompanija koja je pokazala solidan rast prodaje posljednjih godina baciti tonu novca na malo poznate reklame za obećavajuće tehnologije s neizvjesnom budućnošću.

U isto vrijeme, međutim, citirane riječi su dio kampanje za promoviranje prilično egzotične 745-časovne hidrogenske verzije vodećeg broda bavarskog proizvođača automobila. Egzotično, jer prema BMW-u, prelazak na alternativa ugljovodoničnim gorivima, kojima se automobilska industrija hrani od samog početka, zahtijeva promjenu cjelokupne proizvodne infrastrukture. Ovo posljednje je neophodno jer Bavarci vide obećavajući put razvoja ne u široko reklamiranim gorivnim ćelijama, već u konverziji motora s unutarnjim sagorijevanjem da rade na vodik. BMW vjeruje da je nadogradnja rješiv problem i već je napravio značajan napredak u rješavanju glavnog problema postizanja pouzdanih performansi motora i eliminacije njegove sklonosti nekontroliranim procesima sagorijevanja koristeći čisti vodonik. Uspjeh u ovom pravcu zaslužan je za kompetentnost u oblasti elektroničkog upravljanja procesima motora i mogućnost korištenja BMW patentiranih fleksibilnih sistema za distribuciju plina Valvetronic i Vanos, bez kojih bi bilo nemoguće osigurati normalan rad „vodonikovih motora“ . Međutim, prvi koraci u tom smjeru datiraju iz 1820. godine, kada je dizajner William Cecil stvorio motor na vodik koji radi na takozvanom "principu vakuuma" - shema koja se vrlo razlikuje od one kasnije izumljenog motora s unutrašnjim motorom. . gori. U svom prvom razvoju motora sa unutrašnjim sagorevanjem 60 godina kasnije, pionir Otto je koristio već pomenuti sintetički gas dobijen od uglja sa sadržajem vodonika od oko 50%. Međutim, izumom karburatora upotreba benzina je postala mnogo praktičnija i sigurnija, a tečno gorivo je zamijenilo sve druge alternative koje su postojale do sada. Svojstva vodonika kao goriva ponovo su otkrila mnogo godina kasnije svemirska industrija, koja je brzo otkrila da vodonik ima najbolji omjer energije i mase od bilo kojeg goriva poznatog čovječanstvu.

U julu 1998. godine, Europsko udruženje automobilske industrije (ACEA) obvezalo se Europskoj uniji da smanji emisiju CO2008 iz novoregistriranih vozila u Uniji za prosječno 2 grama po kilometru za 140. U praksi je to značilo smanjenje emisije od 25% u odnosu na 1995. godinu, a prosječna potrošnja goriva nove flote bila je oko 6,0 l / 100 km. U bliskoj budućnosti očekuju se dodatne mjere za smanjenje emisije ugljen-dioksida za 14% do 2012. godine. To izuzetno otežava zadatak automobilskim kompanijama i, prema stručnjacima BMW-a, može se riješiti ili korištenjem goriva s niskim udjelom ugljika ili potpuno uklanjanjem ugljika iz sastava goriva. Prema ovoj teoriji, vodik se ponovo pojavljuje u automobilskoj areni u punom sjaju.

Bavarska kompanija postala je prvi proizvođač automobila koji je masovno proizvodio vozila na vodikov pogon. Ostvarile su se optimistične i samopouzdane tvrdnje profesora Burkharda Geschela, člana uprave BMW-a odgovornog za novi razvoj, da će "kompanija prodavati automobile sa vodonikom prije isteka trenutne serije 7". Sa svojom najnovijom verzijom Hydrogen 7, sedmom serijom, predstavljenom 2006. godine, sa 12-cilindričnim motorom od 260 KS. ova poruka je već postala stvarnost. Namjera se činila prilično ambicioznom, ali ne bez razloga. BMW eksperimentiše sa motorima sa unutrašnjim sagorevanjem koji rade na vodonik od 1978. godine, a 11. maja 2000. izveo je jedinstvenu demonstraciju mogućnosti ove alternative. Impresivna flota od 15 750 hl vozila iz prethodne generacije sedmice, pogonjena vodikovim dvanaestocilindričnim motorima, završila je maraton od 170 000 km, ističući uspjeh kompanije i obećanje nove tehnologije. 2001. i 2002. godine neka od ovih vozila nastavila su sudjelovati u raznim demonstracijama u znak podrške vodikovoj ideji. Tada je došlo vrijeme za novi razvoj zasnovan na sljedećoj seriji 7, koji koristi moderni 4,4-litreni V-212 i koji postiže maksimalnu brzinu od 12 km / h, praćen najnovijim razvojem sa XNUMX-cilindarskim V-XNUMX. Prema službenom mišljenju kompanije, razlozi zbog kojih je BMW odabrao ovu tehnologiju umjesto gorivih ćelija su i komercijalni i psihološki. Prvo, ova metoda će zahtijevati znatno manje ulaganja ako se promijeni proizvodna infrastruktura. Drugo, jer su ljudi navikli na stari stari motor s unutarnjim izgaranjem, sviđa im se i bit će teško rastati se od njega. I treće, u međuvremenu se ispostavilo da se ova tehnologija razvija brže od tehnologije gorivih ćelija.

U BMW automobilima, vodonik se skladišti u superizoliranoj kriogenoj posudi, nešto poput termos boce visoke tehnologije koju je razvila njemačka rashladna grupa Linde. Na niskim temperaturama skladištenja, gorivo je u tečnoj fazi i ulazi u motor kao obično gorivo.

U ovoj fazi dizajneri kompanije iz Minhena fokusirali su se na neizravno ubrizgavanje goriva, a kvaliteta smjese ovisi o načinu rada motora. U režimu delimičnog opterećenja, motor radi na siromašnoj mešavini sličnoj dizel gorivu - promena se vrši samo u količini ubrizganog goriva. Ovo je takozvana "kontrola kvalitete" smjese, u kojoj motor radi s viškom zraka, ali zbog niskog opterećenja stvaranje emisije dušika je svedeno na minimum. Kada postoji potreba za značajnom snagom, motor počinje raditi kao benzinski motor, prelazeći na takozvanu "kvantitativnu kontrolu" smjese i normalnih (ne mršavih) smjesa. Ove promjene su moguće, s jedne strane, zbog brzine elektronskog upravljanja procesima u motoru, as druge strane, zbog fleksibilnog rada sistema upravljanja distribucijom gasa - „duplog“ Vanosa, koji radi u sprezi sa Valvetronic sistem upravljanja usisom bez gasa. Treba imati na umu da je, prema inženjerima BMW -a, radna shema ovog razvoja samo posredna faza u razvoju tehnologije i da će u budućnosti motori preći na direktno ubrizgavanje vodika u cilindre i turbopunjenje. Očekuje se da će ove tehnike rezultirati boljom dinamikom vozila od uporedivog benzinskog motora i povećati ukupnu efikasnost motora sa unutrašnjim sagorijevanjem za više od 50%. Ovdje smo se namjerno uzdržali od doticanja teme "gorivih ćelija", budući da se ovo pitanje u posljednje vrijeme prilično aktivno koristi. U isto vrijeme, međutim, moramo ih spomenuti u kontekstu BMW-ove vodikove tehnologije, jer su dizajneri u Münchenu odlučili koristiti upravo takve uređaje za napajanje ugrađene električne mreže u automobilima, potpuno eliminirajući konvencionalno napajanje iz baterije. Ovaj potez omogućava dodatnu uštedu goriva, jer motor na vodik ne mora da pokreće alternator, a električni sistem u vozilu postaje potpuno autonoman i nezavisan od putanje vožnje - može proizvoditi električnu energiju čak i kada motor ne radi, kao i proizvoditi i potrošnja energije podložna je potpunoj optimizaciji. Činjenica da se sada za proizvodnju pumpe za vodu, pumpi za ulje, pojačivača kočnica i žičanih sustava može proizvesti samo onoliko električne energije koliko je potrebno, također se pretvara u dodatne uštede. Međutim, paralelno sa svim ovim inovacijama, sistem ubrizgavanja goriva (benzin) praktično nije pretrpio skupe promjene u dizajnu. U cilju promicanja vodikovih tehnologija u lipnju 2002. BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN stvorili su partnerski program CleanEnergy, koji je započeo razvojem benzinskih postaja s ukapljenim i komprimiranim vodikom.

BMW je inicijator niza drugih zajedničkih projekata, uključujući i naftne kompanije, među kojima su najaktivniji učesnici Aral, BP, Shell, Total. Interesovanje za ovu perspektivnu oblast eksponencijalno raste - samo će EU u narednih deset godina direktno finansijski doprinijeti fondovima za finansiranje razvoja i implementacije vodoničnih tehnologija u iznosu od 2,8 milijardi eura. Obim ulaganja privatnih kompanija u razvoj "vodonika" u ovom periodu teško je predvidjeti, ali je jasno da će višestruko premašiti odbitke neprofitnih organizacija.

Vodonik u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem

Zanimljivo je napomenuti da je, zbog fizičkih i hemijskih svojstava vodonika, mnogo zapaljiviji od benzina. U praksi, to znači da je potrebno mnogo manje početne energije za pokretanje procesa sagorijevanja u vodiku. S druge strane, vrlo posne smjese mogu se lako koristiti u motorima na vodik - nešto što moderni benzinski motori postižu složenim i skupim tehnologijama.

Toplina između čestica mješavine vodika i zraka se manje raspršuje, a istovremeno su temperatura samozapaljenja i brzina procesa sagorijevanja mnogo veća od one kod benzina. Vodonik ima malu gustinu i jaku difuziju (mogućnost prodiranja čestica u drugi gas - u ovom slučaju vazduh).

Niska energija aktivacije potrebna za samozapaljenje jedan je od najvećih izazova u kontroli procesa sagorijevanja u motorima na vodik jer se mješavina može lako spontano zapaliti zbog kontakta sa toplijim područjima u komori za izgaranje i otpornosti na praćenje lanca potpuno nekontroliranih procesa. Izbjegavanje ovog rizika jedan je od najvećih izazova u razvoju motora na vodik, ali nije lako eliminirati posljedice činjenice da visoko difuzna goruća smjesa putuje vrlo blizu stijenki cilindra i može prodrijeti u izuzetno uske praznine. kao što su zatvoreni ventili, na primjer... Sve se to mora uzeti u obzir pri projektovanju ovih motora.

Visoka temperatura samozapaljenja i visok oktanski broj (oko 130) omogućavaju povećanje stepena kompresije motora, a time i njegove efikasnosti, ali opet postoji opasnost od samozapaljenja vodika u dodiru s vrućim dijelom. u cilindru. Prednost velike difuzijske sposobnosti vodika je mogućnost lakog miješanja sa zrakom, što u slučaju kvara spremnika jamči brzo i sigurno rasipanje goriva.

Idealna mješavina zraka i vodonika za sagorijevanje ima omjer od približno 34:1 (za benzin je taj odnos 14,7:1). To znači da je pri kombinovanju iste mase vodonika i benzina u prvom slučaju potrebno više nego dvostruko više vazduha. Istovremeno, mješavina vodonika i zraka zauzima znatno više prostora, što objašnjava zašto motori na vodik imaju manju snagu. Čisto digitalna ilustracija omjera i volumena prilično je rječita - gustina vodonika spremnog za sagorijevanje je 56 puta manja od one benzinske pare.... Međutim, treba napomenuti da, u principu, motori na vodik mogu raditi i sa mješavinama zraka i vodonika do 180:1 (tj. vrlo „mršave“ mješavine), što zauzvrat znači da motor može raditi. bez ventila za gas i koriste princip dizel motora. Također treba napomenuti da je vodonik neprikosnoveni lider u poređenju vodonika i benzina kao izvora energije po masi - kilogram vodonika je skoro tri puta energetski intenzivniji od kilograma benzina.

Kao i kod benzinskih motora, tečni vodonik se može ubrizgavati direktno ispred ventila u razdjelnicima, ali najbolje rješenje je ubrizgavanje direktno tokom takta kompresije – u ovom slučaju snaga može premašiti snagu sličnog benzinskog motora za 25%. To je zato što gorivo (vodonik) ne istiskuje vazduh kao u benzinskim ili dizel motorima, dozvoljavajući samo vazduhu (znatno više nego inače) da napuni komoru za sagorevanje. Takođe, za razliku od benzinskih motora, motorima na vodonik nije potrebno strukturno vrtlovanje jer vodonik dovoljno dobro difunduje sa vazduhom i bez ove mere. Zbog različite brzine sagorijevanja u različitim dijelovima cilindra, bolje je postaviti dvije svjećice, a u motorima na vodik upotreba platinastih elektroda je nepraktična, jer platina postaje katalizator koji dovodi do oksidacije goriva na niskim temperaturama.

H2R

H2R je radni supersportski prototip koji su izradili BMW inženjeri i pokretan je motorom od dvanaest cilindara koji postiže maksimalnu snagu od 285 KS kada ga pokreće vodonik. Zahvaljujući njima, eksperimentalni model ubrzava od 0 do 100 km/h za šest sekundi i postiže maksimalnu brzinu od 300 km/h. H2R motor je baziran na standardnoj vrhunskoj jedinici koja se koristi u benzinskom 760i i trebalo mu je samo deset meseci za razvoj. Da bi sprečili spontano sagorevanje, bavarski stručnjaci su razvili poseban ciklus protoka i strategiju ubrizgavanja u komoru za sagorevanje, koristeći mogućnosti koje pružaju promenljivi sistemi vremena ventila motora. Prije nego što smjesa uđe u cilindre, potonji se hlade zrakom, a paljenje se vrši samo u gornjoj mrtvoj tački - zbog velike brzine sagorijevanja s vodikovim gorivom, nije potrebno napredovanje paljenja.

nalazi

Financijska analiza prijelaza na čistu energiju vodika još nije previše optimistična. Proizvodnja, skladištenje, transport i opskrba lakim plinom i dalje su prilično energetski intenzivni procesi, a u trenutnoj tehnološkoj fazi ljudskog razvoja takva shema ne može biti efikasna. Međutim, to ne znači da se istraživanje i traženje rješenja neće nastaviti. Prijedlozi za proizvodnju vodika iz vode koristeći električnu energiju iz solarnih panela i njegovo skladištenje u velikim spremnicima zvuče optimistično. S druge strane, postupak proizvodnje električne energije i vodonika u gasnoj fazi u pustinji Sahara, transportiranje do Sredozemnog mora cjevovodom, ukapljivanje i transport kriogenim tankerima, istovar u lukama i konačno transport kamionom trenutno zvuči pomalo smiješno ...

Zanimljivu ideju nedavno je predstavila norveška naftna kompanija Norsk Hydro, koja je predložila proizvodnju vodika iz prirodnog plina na proizvodnim lokacijama u Sjevernom moru, a zaostali ugljični monoksid skladišten je na osiromašenim poljima pod morskim dnom. Istina leži negdje u sredini, a vrijeme će pokazati gdje će ići razvoj industrije vodika.

Mazda varijanta

Japanska kompanija Mazda takođe prikazuje svoju verziju hidrogenskog motora - u obliku rotacionog sportskog automobila RX-8. To nije iznenađujuće, jer su karakteristike dizajna Wankel motora izuzetno pogodne za korištenje vodonika kao goriva. Gas se skladišti pod visokim pritiskom u posebnom rezervoaru, a gorivo se ubrizgava direktno u komore za sagorevanje. Zbog činjenice da su kod rotacionih motora oblasti u kojima se odvija ubrizgavanje i sagorevanje razdvojene, a temperatura u usisnom delu je niža, problem mogućnosti nekontrolisanog paljenja značajno je smanjen. Wankel motor nudi i dovoljno prostora za dvije mlaznice, što je izuzetno važno za ubrizgavanje optimalne količine vodonika.

Dodajte komentar