Թեստ դրայվ BMW և ջրածին. մաս երկրորդ

«Ջուր. BMW-ի մաքուր շարժիչների միակ վերջնական արդյունքը նավթային վառելիքի փոխարեն հեղուկ ջրածնի օգտագործումն է և հնարավորություն տալով բոլորին հանգիստ խղճով օգտվել նոր տեխնոլոգիաներից»:

BMW ճանապարհ

Այս խոսքերը մեջբերում են մի քանի տարի առաջ գերմանական ընկերության գովազդային արշավից։ Երկար ժամանակ ոչ ոք կասկածի տակ չէր դնում այն ​​փաստը, որ բավարացիները շատ լավ գիտեն, թե ինչ են անում, երբ խոսքը վերաբերում է շարժիչ տեխնիկային և այս ոլորտում համաշխարհային անվիճելի առաջատարներից են։ Չի կարելի մտածել նաև, որ մի ընկերությունը, որը վերջին տարիներին վաճառքի կայուն աճ է ցույց տվել, տոննա գումար կներդնի անորոշ ապագա ունեցող խոստումնալից տեխնոլոգիաների համար քիչ հայտնի գովազդների վրա:

Միևնույն ժամանակ, սակայն, մեջբերված խոսքերը բավարական ավտոարտադրողի ֆլագմանի բավականին էկզոտիկ 745-ժամյա ջրածնային տարբերակը գովազդելու արշավի մի մասն են: Էկզոտիկ, քանի որ, ըստ BMW-ի, ածխաջրածնային վառելիքի այլընտրանքների անցումը, որով սնվում է ավտոմոբիլային արդյունաբերությունը հենց սկզբից, կպահանջի փոփոխություն ամբողջ արտադրական ենթակառուցվածքում։ Վերջինս անհրաժեշտ է, քանի որ բավարացիները զարգացման հեռանկարային ուղի են տեսնում ոչ թե լայնորեն գովազդվող վառելիքի բջիջներում, այլ ներքին այրման շարժիչները ջրածնով աշխատելու փոխակերպման մեջ: BMW-ն կարծում է, որ արդիականացումը լուծելի խնդիր է և արդեն զգալի առաջընթաց է գրանցել շարժիչի հուսալի արդյունավետության հասնելու և մաքուր ջրածնի օգտագործմամբ անվերահսկելի այրման գործընթացներին հակվածության վերացման հիմնական խնդրի լուծման գործում: Այս ուղղությամբ հաջողությունը պայմանավորված է շարժիչի գործընթացների էլեկտրոնային կառավարման ոլորտում իրավասությամբ և BMW արտոնագրված Valvetronic և Vanos ճկուն գազաբաշխիչ համակարգերի օգտագործման հնարավորությամբ, առանց որոնց անհնար կլիներ ապահովել «ջրածնային շարժիչների» բնականոն աշխատանքը: . Այնուամենայնիվ, այս ուղղությամբ առաջին քայլերը սկսվում են 1820 թվականին, երբ դիզայներ Ուիլյամ Սեսիլը ստեղծեց ջրածնային վառելիքով աշխատող շարժիչ, որն աշխատում էր այսպես կոչված «վակուումային սկզբունքով»՝ մի սխեմա, որը շատ տարբերվում է ավելի ուշ հորինված ներքին շարժիչով շարժիչից։ . այրվում է. Ներքին այրման շարժիչների իր առաջին մշակման ժամանակ 60 տարի անց, պիոներ Օտտոն օգտագործեց արդեն նշված և ածուխից ստացված սինթետիկ գազը՝ մոտ 50% ջրածնի պարունակությամբ։ Այնուամենայնիվ, կարբյուրատորի գյուտի հետ բենզինի օգտագործումը դարձել է շատ ավելի գործնական և անվտանգ, և հեղուկ վառելիքը փոխարինել է մինչ այժմ գոյություն ունեցող բոլոր այլընտրանքներին: Ջրածնի որպես վառելիքի հատկությունները շատ տարիներ անց նորից հայտնաբերվեցին տիեզերական արդյունաբերության կողմից, որն արագ հայտնաբերեց, որ ջրածինը էներգիա/զանգվածի լավագույն հարաբերակցությունն ունի մարդկությանը հայտնի ցանկացած վառելիքի համեմատ:

1998 թվականի հուլիսին Եվրոպական ավտոմոբիլային արդյունաբերության ասոցիացիան (ACEA) պարտավորություն ստանձնեց Եվրամիությանը նվազեցնել CO2008-ի արտանետումները Միությունում գրանցված նոր մեքենաներից միջինը 2 գրամով մեկ կիլոմետրի համար մինչև 140 տարի: Գործնականում դա նշանակում էր արտանետումների 25%-ով կրճատում 1995թ.-ի համեմատ, իսկ նոր պարկի վառելիքի միջին սպառումը կազմում էր մոտ 6,0 լ/100 կմ: Մոտ ապագայում ակնկալվում են լրացուցիչ միջոցառումներ՝ ածխածնի արտանետումները 14%-ով նվազեցնելու համար մինչև 2012թ. Սա չափազանց դժվարացնում է խնդիրը ավտոմոբիլային ընկերությունների համար և, ըստ BMW-ի փորձագետների, կարող է լուծվել կամ ցածր ածխածնային վառելիքի օգտագործմամբ, կամ վառելիքի բաղադրությունից ածխածնի ամբողջական հեռացման միջոցով: Ըստ այս տեսության՝ ջրածինը կրկին հայտնվում է ավտոմոբիլային ասպարեզում իր ողջ փառքով։

Բավարական ընկերությունը դարձավ առաջին ավտոարտադրողը, որը սկսեց ջրածնային շարժիչով մեքենաների զանգվածային արտադրություն։ Նոր զարգացումների համար պատասխանատու BMW-ի տնօրենների խորհրդի անդամ, պրոֆեսոր Բուրկհարդ Գեշելի լավատեսական և վստահ հայտարարություններն այն մասին, որ «ընկերությունը ջրածնային մեքենաներ կվաճառի մինչև ընթացիկ 7-րդ սերիայի ժամկետի ավարտը»: Hydrogen 7 Series 2006-ի իր վերջին տարբերակով, որը ներկայացվել է 12 թվականին, 260 ձիաուժ հզորությամբ 1978 մխոցանի շարժիչով: այս ուղերձն արդեն իրականություն է դարձել։ Մտադրությունը բավականին հավակնոտ էր թվում, բայց ոչ առանց պատճառի։ BMW-ն ջրածնի այրման շարժիչների հետ փորձարկումներ է անում 11 թվականից, և 2000 թվականի մայիսի 15-ին արտադրեց այս այլընտրանքի յուրօրինակ ցուցադրությունը: Շաբաթվա նախորդ սերնդի 750 170 ձիաուժ հզորությամբ մեքենաների տպավորիչ պարկը, որն աշխատում էր ջրածնային տասներկու մխոցանի շարժիչներով, ավարտեց 000 կմ մարաթոնը՝ ընդգծելով ընկերության հաջողությունը և նոր տեխնոլոգիայի խոստումը: 2001 և 2002 թվականներին այդ մեքենաներից մի քանիսը շարունակեցին մասնակցել տարբեր ցույցերի՝ ի պաշտպանություն ջրածնի գաղափարի: Այնուհետև ժամանակն էր նոր զարգացումների՝ հիմնված հաջորդ 7 սերիայի վրա՝ օգտագործելով ժամանակակից 4,4 լիտրանոց ութ մխոցանի շարժիչը և կարող է առավելագույն արագություն զարգացնել 212 կմ/ժ, որին հաջորդում է վերջին զարգացումը 12 մխոցանի վեց մխոցով: շարժիչ. Ընկերության պաշտոնական կարծիքի համաձայն՝ BMW-ի կողմից այս տեխնոլոգիան վառելիքի բջիջներից ընտրելու պատճառները և՛ կոմերցիոն են, և՛ հոգեբանական: Նախ, այս մեթոդը զգալիորեն ավելի քիչ ներդրումներ կպահանջի, եթե փոխվի արտադրական ենթակառուցվածքը։ Երկրորդ, քանի որ մարդիկ սովոր են հին ու լավ ներքին այրման շարժիչին, դա նրանց դուր է գալիս և դժվար կլինի բաժանվել դրանից։ Եվ երրորդը, այդ ընթացքում պարզվեց, որ այս տեխնոլոգիան ավելի արագ է զարգանում, քան վառելիքի բջիջների տեխնոլոգիան։

BMW մեքենաներում ջրածինը պահվում է գերմեկուսացված կրիոգեն անոթում, որը նման է գերմանական Linde սառնարանային խմբի կողմից մշակված բարձր տեխնոլոգիական թերմոսի շշին: Պահպանման ցածր ջերմաստիճանի դեպքում վառելիքը գտնվում է հեղուկ փուլում և սովորական վառելիքի նման մտնում է շարժիչ:

Այս փուլում մյունխենյան ընկերության դիզայներները կենտրոնացել են վառելիքի անուղղակի ներարկման վրա, իսկ խառնուրդի որակը կախված է շարժիչի աշխատանքի ռեժիմից։ Մասնակի բեռնվածության ռեժիմում շարժիչը աշխատում է դիզելային վառելիքի նման նիհար խառնուրդներով. փոփոխությունը կատարվում է միայն ներարկվող վառելիքի քանակով: Սա խառնուրդի այսպես կոչված «որակի ճշգրտումն է», որի դեպքում շարժիչն աշխատում է ավելորդ օդով, սակայն ցածր ծանրաբեռնվածության պատճառով ազոտի արտանետումները նվազագույնի են հասցվում։ Երբ զգալի հզորության կարիք կա, շարժիչը սկսում է աշխատել բենզինային շարժիչի նման՝ անցնելով խառնուրդի և նորմալ (ոչ նիհար) խառնուրդների, այսպես կոչված, «քանակական կարգավորման»։ Այս փոփոխությունները հնարավոր են մի կողմից՝ շարժիչի գործընթացների էլեկտրոնային կառավարման արագության, իսկ մյուս կողմից՝ գազի բաշխման կառավարման համակարգերի ճկուն աշխատանքի շնորհիվ՝ «կրկնակի» Վանոսը, որն աշխատում է հետ համատեղ։ Valvetronic ընդունման կառավարման համակարգ առանց շնչափողի: Այնուամենայնիվ, պետք է հիշել, որ, ըստ BMW-ի ինժեներների, այս մշակման աշխատանքային սխեման միայն տեխնոլոգիայի զարգացման միջանկյալ փուլն է, և որ ապագայում շարժիչները կանցնեն բալոններում ջրածնի ուղղակի ներարկման և տուրբո լիցքավորման: Ակնկալվում է, որ այս տեխնիկայի կիրառումը կհանգեցնի տրանսպորտային միջոցների ավելի լավ դինամիկայի, քան համեմատելի բենզինային շարժիչը և այրման շարժիչի ընդհանուր արդյունավետությունը ավելի քան 50%: Այստեղ մենք միտումնավոր ձեռնպահ մնացինք «վառելիքի բջիջների» թեմային շոշափելուց, քանի որ այս հարցը վերջերս բավականին ակտիվորեն կիրառվում է։ Միևնույն ժամանակ, սակայն, մենք պետք է դրանք նշենք BMW-ի ջրածնային տեխնոլոգիայի համատեքստում, քանի որ Մյունխենի դիզայներները որոշել են օգտագործել հենց այդպիսի սարքեր՝ մեքենայի ներսի էլեկտրական համակարգը սնուցելու համար՝ ամբողջությամբ վերացնելով սովորական մարտկոցի հզորությունը: Այս քայլը թույլ է տալիս լրացուցիչ խնայել վառելիքը, քանի որ ջրածնային շարժիչը չպետք է վարի գեներատորը, և օդանավի էլեկտրական համակարգը դառնում է ամբողջովին ինքնավար և անկախ շարժիչի ուղուց. այն կարող է էլեկտրաէներգիա արտադրել նույնիսկ այն ժամանակ, երբ շարժիչը չի աշխատում, ինչպես նաև արտադրել և էներգիայի սպառումը լիովին օպտիմիզացման հնարավորություն է տալիս: Այն փաստը, որ այժմ կարող է արտադրվել այնքան էլեկտրաէներգիա, որքան անհրաժեշտ է ջրի պոմպի, նավթի պոմպերի, արգելակման ուժեղացուցիչների և էլեկտրահաղորդման համակարգերի սնուցման համար, նույնպես հանգեցնում է հետագա խնայողության: Այնուամենայնիվ, այս բոլոր նորամուծություններին զուգահեռ, վառելիքի ներարկման համակարգը (բենզինը) գործնականում չի ենթարկվել ծախսատար դիզայնի փոփոխությունների։ Ջրածնային տեխնոլոգիաները խթանելու նպատակով 2002 թվականի հունիսին BMW Group-ը, Aral-ը, BVG-ն, DaimlerChrysler-ը, Ford-ը, GHW-ն, Linde-ն, Opel MAN-ը ստեղծեցին CleanEnergy գործընկերության ծրագիրը, որն իր գործունեությունը սկսեց հեղուկացված և սեղմված ջրածնով լցակայանների մշակմամբ:

BMW-ն մի շարք այլ համատեղ նախագծերի նախաձեռնող է, այդ թվում նավթային ընկերությունների հետ, որոնցից ամենաակտիվ մասնակիցներն են Aral, BP, Shell, Total։ Հետաքրքրությունն այս խոստումնալից ոլորտում աճում է երկրաչափական մակարդակով. առաջիկա տասը տարում միայն ԵՄ-ն ուղղակի ֆինանսական ներդրումներ կկատարի 2,8 միլիարդ եվրոյի չափով ջրածնային տեխնոլոգիաների զարգացման և ներդրման ֆինանսավորման համար: «Ջրածնի» զարգացման մեջ մասնավոր ընկերությունների ներդրումների ծավալն այս ժամանակահատվածում դժվար է կանխատեսել, բայց պարզ է, որ այն բազմիցս կգերազանցի ոչ առևտրային կազմակերպություններից պահումները։

Ջրածինը ներքին այրման շարժիչներում

Հետաքրքիր է նշել, որ ջրածնի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների շնորհիվ այն շատ ավելի դյուրավառ է, քան բենզինը: Գործնականում դա նշանակում է, որ շատ ավելի քիչ նախնական էներգիա է պահանջվում ջրածնի մեջ այրման գործընթացը սկսելու համար: Մյուս կողմից, շատ նիհար խառնուրդները կարող են հեշտությամբ օգտագործվել ջրածնային շարժիչներում, ինչը ժամանակակից բենզինային շարժիչները հասնում են բարդ և թանկ տեխնոլոգիաների միջոցով:

Ջրածին-օդ խառնուրդի մասնիկների միջև ջերմությունն ավելի քիչ է ցրվում, և միևնույն ժամանակ, ինքնաբռնկման ջերմաստիճանը և այրման գործընթացների արագությունը շատ ավելի բարձր են, քան բենզինը: Ջրածինը ունի ցածր խտություն և ուժեղ դիֆուզիոն (մասնիկների ներթափանցման հնարավորությունը մեկ այլ գազի մեջ, այս դեպքում՝ օդի):

Ինքնաբռնկման համար պահանջվող ցածր ակտիվացման էներգիան ամենամեծ մարտահրավերներից է ջրածնային շարժիչներում այրման գործընթացները վերահսկելու հարցում, քանի որ խառնուրդը հեշտությամբ կարող է ինքնաբուխ բռնկվել այրման պալատի ավելի տաք տարածքների հետ շփման և ամբողջովին չվերահսկվող գործընթացների շղթային հետևելու դիմադրության պատճառով: Այս ռիսկից խուսափելը ջրածնային շարժիչների մշակման ամենամեծ մարտահրավերներից մեկն է, սակայն հեշտ չէ վերացնել այն փաստի հետևանքները, որ բարձր ցրված այրվող խառնուրդը շատ մոտ է շարժվում գլանների պատերին և կարող է թափանցել չափազանց նեղ բացվածքներ: ինչպես օրինակ փակ փականները... Այս ամենը պետք է հաշվի առնել այս շարժիչները նախագծելիս։

Ինքնաբռնկման բարձր ջերմաստիճանը և օկտանային բարձր գնահատականը (130-ի կարգով) թույլ են տալիս բարձրացնել շարժիչի սեղմման հարաբերակցությունը և, հետևաբար, դրա արդյունավետությունը, բայց կրկին կա ջրածնի ինքնայրման վտանգ ավելի տաք մասի հետ շփվելուց: գլանով: Ջրածնի բարձր դիֆուզիոն առավելությունն այն է, որ այն հեշտությամբ կարելի է խառնել օդի հետ, ինչը տանկի խափանման դեպքում երաշխավորում է վառելիքի արագ և անվտանգ ցրումը:

Այրման համար իդեալական օդ-ջրածին խառնուրդն ունի մոտավորապես 34:1 հարաբերակցություն (բենզինի համար այս հարաբերակցությունը 14,7:1 է): Սա նշանակում է, որ առաջին դեպքում ջրածնի և բենզինի միևնույն զանգվածը համադրելիս երկու անգամից ավելի օդ է պահանջվում։ Միևնույն ժամանակ, ջրածին-օդ խառնուրդը զգալիորեն ավելի շատ տարածք է գրավում, ինչը բացատրում է, թե ինչու են ջրածնային շարժիչներով շարժիչները ավելի քիչ հզորություն ունեն: Հարաբերությունների և ծավալների զուտ թվային նկարազարդումը բավականին խոսուն է. այրման համար պատրաստ ջրածնի խտությունը 56 անգամ ավելի քիչ է, քան բենզինի գոլորշին: Այնուամենայնիվ, հարկ է նշել, որ սկզբունքորեն ջրածնային շարժիչները կարող են աշխատել նաև օդ-ջրածին խառնուրդներով մինչև 180:1 (այսինքն՝ շատ «նիհար» խառնուրդներով), ինչը իր հերթին նշանակում է, որ շարժիչը կարող է շահագործվել: առանց շնչափողի փականի և օգտագործել դիզելային շարժիչների սկզբունքը: Հարկ է նաև նշել, որ ջրածինը անվիճելի առաջատարն է ջրածնի և բենզինի համեմատության մեջ որպես էներգիայի աղբյուրներ զանգվածային առումով. մեկ կիլոգրամ ջրածինը գրեթե երեք անգամ ավելի էներգատար է, քան մեկ կիլոգրամ բենզինը:

Ինչպես բենզինային շարժիչների դեպքում, հեղուկացված ջրածինը կարող է ներարկվել կոլեկտորների փականներից անմիջապես առաջ, բայց լավագույն լուծումը ներարկումն է անմիջապես սեղմման ինսուլտի ժամանակ. այս դեպքում հզորությունը կարող է գերազանցել նմանատիպ բենզինային շարժիչի հզորությունը 25%-ով: Դա պայմանավորված է նրանով, որ վառելիքը (ջրածինը) չի տեղափոխում օդը, ինչպես բենզինային կամ դիզելային շարժիչներում, ինչը թույլ է տալիս միայն օդին (սովորականից զգալիորեն ավելի) լցնել այրման պալատը: Բացի այդ, ի տարբերություն բենզինային շարժիչների, ջրածնային շարժիչները կառուցվածքային պտտման կարիք չունեն, քանի որ ջրածինը բավական լավ է ցրվում օդով առանց այդ չափման: Մխոցի տարբեր մասերում այրման տարբեր արագությունների պատճառով ավելի լավ է տեղադրել երկու կայծային մոմ, իսկ ջրածնային շարժիչներում պլատինե էլեկտրոդների օգտագործումը անիրագործելի է, քանի որ պլատինը դառնում է կատալիզատոր, որը հանգեցնում է վառելիքի օքսիդացման ցածր ջերմաստիճաններում:

H2R

H2R-ը աշխատող սուպերսպորտային նախատիպ է, որը կառուցվել է BMW-ի ինժեներների կողմից և սնուցվում է տասներկու մխոցանի շարժիչով, որը հասնում է 285 ձիաուժ առավելագույն հզորության, երբ աշխատում է ջրածնով: Դրանց շնորհիվ փորձարարական մոդելը 0-ից 100 կմ/ժ արագություն է զարգացնում վեց վայրկյանում և հասնում է 300 կմ/ժ առավելագույն արագության: H2R շարժիչը հիմնված է բենզինային 760i-ում օգտագործվող ստանդարտ բարձրակարգ միավորի վրա և պահանջել է ընդամենը տասը: ամիսներ զարգացնելու համար: Ինքնաբուխ այրումը կանխելու համար բավարացի մասնագետները մշակել են հատուկ հոսքի ցիկլ և այրման պալատ ներարկման ռազմավարություն՝ օգտագործելով շարժիչի փականների փոփոխական ժամանակային համակարգերի ընձեռած հնարավորությունները: Նախքան խառնուրդը բալոնների մեջ մտնելը, վերջիններս սառչում են օդով, և բոցավառումն իրականացվում է միայն վերին մեռյալ կետում. ջրածնի վառելիքով այրման բարձր արագության պատճառով բոցավառման առաջխաղացումը չի պահանջվում:

Արդյունքները

Մաքուր ջրածնային էներգիայի անցման ֆինանսական վերլուծության արդյունքներն առայժմ այնքան էլ լավատեսական չեն։ Թեթև գազի արտադրությունը, պահեստավորումը, փոխադրումը և մատակարարումը դեռևս բավականին էներգատար գործընթացներ են, և մարդկային զարգացման ներկա տեխնոլոգիական փուլում նման սխեման չի կարող արդյունավետ լինել։ Սակայն դա չի նշանակում, որ հետազոտություններն ու լուծումների որոնումը չեն շարունակվի։ Ջրից ջրածին արտադրելու առաջարկները արևային մարտկոցներից էլեկտրաէներգիա օգտագործելով և այն մեծ տանկերում պահելու առաջարկները լավատեսական են թվում: Մյուս կողմից, Սահարա անապատում գազային փուլում էլեկտրաէներգիայի և ջրածնի գեներացման գործընթացը, խողովակաշարով այն Միջերկրական ծով տեղափոխելը, այն հեղուկացնելը և կրիոգեն տանկերով տեղափոխելը, նավահանգիստներում բեռնաթափելը և վերջապես բեռնատարով տեղափոխելը հնչում է: մի քիչ ծիծաղելի է այս պահին...

Վերջերս մի հետաքրքիր գաղափար ներկայացրեց նորվեգական Norsk Hydro նավթային ընկերությունը, որն առաջարկում էր բնական գազից ջրածին արտադրել Հյուսիսային ծովի արդյունահանման վայրերում, իսկ մնացորդային ածխածնի մոնօքսիդը պահվում էր ծովի հատակի սպառված դաշտերում: Ճշմարտությունը ինչ-որ տեղ մեջտեղում է, և միայն ժամանակը ցույց կտա, թե ուր կգնա ջրածնի արդյունաբերության զարգացումը:

Mazda տարբերակ

Ճապոնական Mazda ընկերությունը նույնպես ցուցադրում է ջրածնային շարժիչի իր տարբերակը՝ RX-8 պտտվող սպորտային մեքենայի տեսքով: Սա զարմանալի չէ, քանի որ Wankel շարժիչի նախագծման առանձնահատկությունները չափազանց հարմար են ջրածինը որպես վառելիք օգտագործելու համար: Գազը բարձր ճնշման տակ պահվում է հատուկ բաքում, իսկ վառելիքը ներարկվում է անմիջապես այրման խցիկներ: Շնորհիվ այն բանի, որ պտտվող շարժիչների դեպքում այն ​​հատվածները, որոնցում տեղի է ունենում ներարկում և այրում, առանձնացված են, իսկ ներծծող մասում ջերմաստիճանն ավելի ցածր է, զգալիորեն կրճատվում է անկառավարելի բռնկման հնարավորության խնդիրը։ Wankel շարժիչը նաև բավականաչափ տեղ է տրամադրում երկու ներարկիչների համար, ինչը չափազանց կարևոր է ջրածնի օպտիմալ քանակի ներարկման համար: