Reynsluakstur BMW og vetni: annar hluti
Prufukeyra

Reynsluakstur BMW og vetni: annar hluti

Reynsluakstur BMW og vetni: annar hluti

„Vatn. Eina lokaafurðin af hreinum vélum BMW er að nota fljótandi vetni í stað jarðolíueldsneytis og gera öllum kleift að njóta nýrrar tækni með góðri samvisku.“

BMW leið

Þessi orð eru tilvitnun í auglýsingaherferð þýsks fyrirtækis fyrir nokkrum árum. Í langan tíma efaðist enginn um þá staðreynd að Bæjarar vita vel hvað þeir eru að gera þegar kemur að mótortækni og eru í hópi óumdeildra leiðtoga í heiminum á þessu sviði. Það væri heldur ekki talið að fyrirtæki sem hefur sýnt traustan söluvöxt undanfarin ár myndi henda ógrynni af peningum í lítt þekktar auglýsingar fyrir efnilega tækni með óvissa framtíð.

Á sama tíma eru tilvitnuð orð hins vegar hluti af herferð til að kynna frekar framandi 745 stunda vetnisútgáfu af flaggskipi bæverska bílaframleiðandans. Framandi, vegna þess að samkvæmt BMW mun umskiptin yfir í aðra kosti en kolvetniseldsneyti, sem bílaiðnaðurinn hefur fóðrað frá upphafi, krefjast breytinga á öllu framleiðsluinnviði. Hið síðarnefnda er nauðsynlegt vegna þess að Bæjarar sjá vænlega þróunarbraut ekki í hinum almenna auglýstu efnarafölum, heldur í því að breyta brunahreyflum til að ganga fyrir vetni. BMW telur að uppfærslan sé leysanlegt vandamál og hefur þegar náð umtalsverðum árangri í að leysa aðalvandamálið að ná áreiðanlegum afköstum vélarinnar og útrýma tilhneigingu sinni til stjórnlausra brunaferla með því að nota hreint vetni. Árangur í þessa átt má þakka hæfni á sviði rafrænnar stýringar á vélarferlum og möguleikanum á að nota einkaleyfisskyld sveigjanleg gasdreifingarkerfi BMW, Valvetronic og Vanos, en án þeirra væri ómögulegt að tryggja eðlilega virkni „vetnisvéla“. Hins vegar eru fyrstu skrefin í þessa átt frá 1820, þegar hönnuðurinn William Cecil bjó til vetnisknúna vél sem starfaði á svokallaðri „tæmireglu“ - kerfi sem er mjög ólíkt því sem síðar var fundið upp á vélinni með innri vél. . brennandi. Í fyrstu þróun sinni á brunahreyflum 60 árum síðar notaði frumkvöðullinn Otto hið áðurnefnda og úr kolum unnin gervigas með um 50% vetnisinnihaldi. Hins vegar, með uppfinningu karburarans, hefur bensínnotkun orðið mun hagnýtari og öruggari og fljótandi eldsneyti hefur komið í stað allra annarra kosta sem hafa verið til hingað til. Eiginleikar vetnis sem eldsneytis enduruppgötvuðust mörgum árum síðar af geimiðnaðinum, sem uppgötvaði fljótt að vetni hafði besta orku/massahlutfall hvers eldsneytis sem mannkynið þekkir.

Í júlí 1998 skuldbundu Evrópusamtök bílaiðnaðarins (ACEA) sig til Evrópusambandsins að draga úr losun CO2008 frá nýskráðum ökutækjum í sambandinu um að meðaltali 2 grömm á kílómetra um 140. Í reynd þýddi þetta 25% samdrátt í losun miðað við 1995 og meðal eldsneytisnotkun nýja flotans var um 6,0 l / 100 km. Á næstunni er búist við viðbótaraðgerðum til að draga úr losun koltvísýrings um 14% fyrir árið 2012. Þetta gerir verkefnið fyrir bílafyrirtæki ákaflega erfitt og að sögn sérfræðinga BMW er hægt að leysa það annað hvort með því að nota kolefnislaust eldsneyti eða með því að útrýma kolefni alveg úr eldsneytissamsetningunni. Samkvæmt þessari kenningu birtist vetni aftur á bílasvæðinu í allri sinni dýrð.

Bæjarska fyrirtækið varð fyrsti bílaframleiðandinn til að fjöldaframleiða vetnisknúna ökutæki. Bjartsýnar og öruggar fullyrðingar prófessors Burkhard Geschel, stjórnarmanns BMW sem ber ábyrgð á nýjum þróun, um að „fyrirtækið muni selja vetnisbíla áður en núverandi 7 seríur renna út“ hafa ræst. Með nýjustu útgáfu sinni, Hydrogen 7, sjöunda serían, kynnt árið 2006, með 12 hestafla 260 strokka vél. þessi skilaboð eru þegar orðin að veruleika. Ætlunin virtist nokkuð metnaðarfull en ekki að ástæðulausu. BMW hefur gert tilraunir með brunahreyfla sem ganga fyrir vetni síðan 1978 og 11. maí 2000 sýndu einstaka sýnileika á möguleikum þessa valkosts. Áhrifamikill floti með 15 750 hl bifreiðum frá fyrri kynslóð vikunnar, knúinn vetni tólf strokka vélum, lauk 170 km maraþoni og undirstrikaði velgengni fyrirtækisins og fyrirheit um nýja tækni. Á árunum 000 og 2001 héldu sumar þessara bíla áfram að taka þátt í ýmsum sýningum til stuðnings vetnishugmyndinni. Þá var kominn tími á nýja þróun, byggða á næstu 2002 seríum, þar sem notuð er nútímaleg 7 lítra V-4,4 vél sem getur náð 212 km / klst hámarkshraða og síðan nýjasta þróunin með 12 strokka V-XNUMX. Samkvæmt opinberu áliti fyrirtækisins eru ástæður þess að BMW valdi þessa tækni umfram eldsneytisfrumur bæði viðskiptalegar og sálrænar. Í fyrsta lagi mun þessi aðferð þurfa verulega minni fjárfestingu ef framleiðsluinnviði breytist. Í öðru lagi vegna þess að fólk er vant gömlu góðu brunahreyflinum, þá líkar það og það verður erfitt að skilja við hana. Og í þriðja lagi, í millitíðinni kom í ljós að þessi tækni þróast hraðar en eldsneytis klefi tækni.

Í BMW bílum er vetni geymt í ofureinangruðu kryógeníláti, svona eins og hátækni hitabrúsa sem þýska kælisamsteypan Linde hefur þróað. Við lágt geymsluhitastig er eldsneytið í fljótandi fasa og fer inn í vélina eins og venjulegt eldsneyti.

Á þessu stigi lögðu hönnuðir fyrirtækisins í München áherslu á óbeina innspýtingu eldsneytis og gæði blöndunnar veltur á gangi hreyfils. Í hlutahleðslustillingu gengur vélin fyrir magrar blöndur svipaðar dísileldsneyti - breytingin er aðeins gerð á magni eldsneytis sem sprautað er inn. Þetta er svokallað „gæðaeftirlit“ blöndunnar, þar sem vélin keyrir með of miklu lofti, en vegna lítillar álags er köfnunarefnislosun í lágmarki. Þegar þörf er á umtalsverðu afli byrjar vélin að virka eins og bensínvél og færist í svokallaða „magnstýringu“ blöndunnar og venjulegar (ekki magrar) blöndur. Þessar breytingar eru mögulegar annars vegar vegna hraða rafeindastýringar á ferlum í vélinni og hins vegar vegna sveigjanlegrar notkunar gasdreifingarstýringarkerfa - „tvöfaldur“ Vanos, sem vinnur í tengslum við Valvetronic inntaksstýrikerfi án inngjafar. Hafa ber í huga að að mati BMW verkfræðinga er vinnuskipulag þessarar þróunar aðeins millistig í þróun tækni og að vélar munu í framtíðinni skipta yfir í beina vetnisinnsprautun í strokka og túrbóhleðslu. Gert er ráð fyrir að þessi tækni skili betri gangverki ökutækja en sambærilegri bensínvél og aukinni heildarvirkni brunahreyfils um meira en 50%. Hér forðumst við vísvitandi frá því að snerta viðfangsefnið „eldsneytisfrumur“, þar sem þetta mál hefur verið virklega notað undanfarið. Á sama tíma verðum við hins vegar að nefna þau í samhengi við vetnis tækni BMW, þar sem hönnuðirnir í München ákváðu að nota einungis slík tæki til að knýja rafkerfi um borð í bílum og útrýma fullkomlega hefðbundinni rafhlöðuorku. Þessi ráðstöfun leyfir aukinn eldsneytissparnað, þar sem vetnisvélin þarf ekki að knýja riðstrauminn, og rafkerfið um borð verður algjörlega sjálfstætt og óháð akstursleiðinni - það getur framleitt rafmagn jafnvel þegar vélin er ekki í gangi, auk þess að framleiða og neyta orku lánar sig til fullrar hagræðingar. Sú staðreynd að nú er aðeins hægt að framleiða eins mikið rafmagn og þörf er á til að knýja vatnsdæluna, olíudælurnar, hemlabúnaðinn og hlerunarbúnaðarkerfi skilar sér einnig í viðbótarsparnaði. Hins vegar, samhliða öllum þessum nýjungum, tók eldsneytisinnsprautunarkerfið (bensín) nánast ekki dýrar hönnunarbreytingar. Til að stuðla að vetnistækni í júní 2002 stofnuðu BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN samstarfsáætlunina CleanEnergy, sem hófst með þróun bensínstöðva með fljótandi og þjappað vetni.

BMW er frumkvöðull að fjölda annarra samstarfsverkefna, meðal annars með olíufélögum, þar á meðal eru virkustu þátttakendurnir Aral, BP, Shell, Total. Áhugi á þessu efnilega sviði eykst gríðarlega - á næstu tíu árum mun ESB eitt og sér veita bein fjárframlög til sjóða til að fjármagna þróun og innleiðingu vetnistækni að upphæð 2,8 milljarðar evra. Umfang fjárfestinga einkafyrirtækja í þróun "vetnis" á þessu tímabili er erfitt að spá fyrir um, en ljóst er að það mun margfalt fara yfir frádrátt frá sjálfseignarstofnunum.

Vetni í brunahreyflum

Athyglisvert er að vegna eðlis- og efnafræðilegra eiginleika vetnis er það mun eldfimara en bensín. Í reynd þýðir þetta að mun minni upphafsorka þarf til að koma brennsluferlinu af stað í vetni. Á hinn bóginn er auðvelt að nota mjög magrar blöndur í vetnisvélar - eitthvað sem nútíma bensínvélar ná með flókinni og dýrri tækni.

Hitinn milli agna vetnis-loftblöndunnar dreifist minna og á sama tíma er sjálfkveikjuhitinn og hraði brennsluferla mun hærri en bensíns. Vetni hefur lágan þéttleika og sterka dreifingu (möguleikinn á að agnir komist inn í annað gas - í þessu tilfelli, loft).

Lítil virkjunarorka sem þarf til sjálfkveikju er ein stærsta áskorunin við að stjórna brunaferlum í vetnisvélum vegna þess að blandan getur auðveldlega kviknað af sjálfu sér vegna snertingar við heitari svæði í brunahólfinu og viðnáms við að fylgja keðju algjörlega stjórnlausra ferla. Að forðast þessa áhættu er ein stærsta áskorunin við þróun vetnisvéla, en það er ekki auðvelt að útrýma afleiðingum þess að mjög dreifð brennandi blanda berst mjög nálægt strokkveggjum og kemst í gegnum mjög þröng bil. eins og lokaðir lokar, til dæmis... Allt þetta verður að taka með í reikninginn þegar þessir mótorar eru hannaðir.

Hátt sjálfkveikjuhiti og hátt oktantala (um það bil 130) gerir kleift að auka þjöppunarhlutfall vélarinnar og því skilvirkni hennar, en aftur er hætta á sjálfkveikju vetnis við snertingu við heitari hlutann. í strokka. Kosturinn við mikla dreifingargetu vetnis er möguleikinn á auðveldri blöndun við loft, sem ef tankur bilar tryggir skjóta og örugga dreifingu eldsneytisins.

Hin fullkomna loft-vetnisblandan fyrir brennslu hefur hlutfallið um það bil 34:1 (fyrir bensín er þetta hlutfall 14,7:1). Þetta þýðir að þegar sama massa vetnis og bensíns er sameinað í fyrra tilvikinu þarf meira en tvöfalt meira loft. Á sama tíma tekur vetnis-loftblandan umtalsvert meira pláss sem skýrir hvers vegna vetnisknúnar vélar hafa minna afl. Eingöngu stafræn mynd af hlutföllum og rúmmáli er nokkuð mælsk - eðlismassi vetnis sem er tilbúið til bruna er 56 sinnum minni en bensíngufu .... Hins vegar skal tekið fram að í meginatriðum geta vetnisvélar einnig starfað með loft-vetnisblöndur allt að 180:1 (þ.e. mjög „lean“ blöndur), sem aftur þýðir að hægt er að keyra vélina. án inngjafarventils og nota meginregluna um dísilvélar. Þess má einnig geta að vetni er óumdeilanlega leiðandi í samanburði á vetni og bensíni sem orkugjafa miðað við massa - kíló af vetni er næstum þrisvar sinnum orkufrekara en kíló af bensíni.

Eins og með bensínvélar er hægt að sprauta fljótandi vetni beint á undan ventlum í dreifiskipunum, en besta lausnin er innspýting beint á meðan þjöppunarhringurinn stendur - í þessu tilviki getur aflið farið um 25% fram úr sambærilegri bensínvél. Þetta er vegna þess að eldsneytið (vetnið) hrindir ekki út lofti eins og í bensín- eða dísilvél, sem leyfir aðeins lofti (talsvert meira en venjulega) að fylla brunahólfið. Einnig, ólíkt bensínvélum, þurfa vetnisvélar ekki burðarvirki að þyrlast vegna þess að vetni dreifist nægilega vel með lofti án þessarar ráðstöfunar. Vegna mismunandi brennsluhraða í mismunandi hlutum strokksins er betra að setja tvö kerti og í vetnisvélum er notkun platínu rafskauta óhagkvæm þar sem platína verður hvati sem leiðir til eldsneytisoxunar við lágt hitastig.

H2R

H2R er vinnandi ofursport frumgerð smíðuð af BMW verkfræðingum og knúin af tólf strokka vél sem nær 285 hö hámarksafköstum þegar hún er knúin af vetni. Þökk sé þeim flýtir tilraunagerðin úr 0 í 100 km/klst. á sex sekúndum og nær 300 km/klst hámarkshraða. H2R vélin er byggð á hefðbundinni toppeiningu sem notuð er í bensín 760i og tók aðeins tíu mánuði til að þróast. Til að koma í veg fyrir sjálfkviknað hafa sérfræðingarnir í Bæjaralandi þróað sérstaka flæðislotu og innspýtingarstefnu inn í brunahólfið, með því að nota þá möguleika sem breytileg ventlatímakerfi hreyfilsins bjóða upp á. Áður en blandan fer inn í strokkana eru þeir síðarnefndu kældir með lofti og kveikja fer aðeins fram í efsta dauðapunkti - vegna mikils brunahraða með vetniseldsneyti er ekki þörf á kveikjuframgangi.

Niðurstöður

Fjárhagsgreiningin á umskiptum yfir í hreina vetnisorku er enn ekki mjög bjartsýn. Framleiðsla, geymsla, flutningur og framboð á léttu gasi er enn nokkuð orkufrekur og á núverandi tæknistigi mannlegrar þróunar getur slíkt kerfi ekki skilað árangri. Þetta þýðir þó ekki að rannsóknum og leit að lausnum verði ekki haldið áfram. Tillögur um að framleiða vetni úr vatni með því að nota rafmagn frá sólarplötur og geyma það í stórum geymum hljóma bjartsýnir. Á hinn bóginn er vinnsla rafmagns og vetnis í gasfasa í Sahara-eyðimörkinni, flutt til Miðjarðarhafs með leiðslum, fljótandi og flutt með kryógenflutningaskipum, affermingu þess í höfnum og loks flutning með flutningabíl hljómar svolítið fáránlegt um þessar mundir ...

Áhugaverð hugmynd var kynnt af norska olíufyrirtækinu Norsk Hydro, sem lagði til að framleiða vetni úr náttúrulegu gasi á vinnslustöðum í Norðursjó og afgangs kolsýrings var geymdur á tæmdum sviðum undir hafsbotni. Sannleikurinn liggur einhvers staðar í miðjunni og tíminn mun leiða í ljós hvert þróun vetnisiðnaðarins mun fara.

Mazda afbrigði

Japanska fyrirtækið Mazda sýnir einnig sína útgáfu af vetnisvélinni - í formi snúnings sportbíls RX-8. Þetta kemur ekki á óvart, því hönnunareiginleikar Wankel vélarinnar henta einstaklega vel til að nota vetni sem eldsneyti. Gasið er geymt undir háþrýstingi í sérstökum tanki og eldsneytinu er sprautað beint inn í brunahólf. Vegna þess að þegar um snúningsvélar er að ræða eru svæðin þar sem innspýting og bruni eiga sér stað aðskilin og hitastigið í soghlutanum er lægra, minnkar vandamálið um möguleikann á stjórnlausri íkveikju verulega. Wankel vélin býður einnig upp á nóg pláss fyrir tvær inndælingartæki, sem er gríðarlega mikilvægt til að sprauta ákjósanlegu magni af vetni.

Bæta við athugasemd