Test drive BMW lan hidrogen: bagean loro

“Banyu. Siji-sijine produk pungkasan saka mesin BMW sing resik yaiku nggunakake hidrogen cair tinimbang bahan bakar minyak bumi lan ngidini saben wong bisa nikmati teknologi anyar kanthi ati nurani sing resik."

Cara BMW

Tembung-tembung kasebut minangka kutipan saka kampanye iklan perusahaan Jerman sawetara taun kepungkur. Kanggo dangu ora ana sing takon kasunyatan sing Bavarians ngerti banget apa sing lagi dilakoni nalika nerangake teknologi motor lan salah siji saka pemimpin donya undisputed ing lapangan iki. Ora bakal dikira manawa perusahaan sing wis nuduhake pertumbuhan penjualan sing padhet ing taun-taun pungkasan bakal mbuwang akeh dhuwit ing iklan sing ora dingerteni kanggo teknologi sing njanjeni kanthi masa depan sing durung mesthi.

Nanging, ing wektu sing padha, tembung sing dikutip minangka bagean saka kampanye promosi versi hidrogen 745 jam sing rada eksotik saka pabrikan mobil Bavarian. Eksotis, amarga miturut BMW, transisi menyang alternatif kanggo bahan bakar hidrokarbon, sing wis dipakani industri otomotif wiwit wiwitan, bakal mbutuhake owah-owahan ing kabeh infrastruktur produksi. Sing terakhir iki perlu amarga Bavarians ndeleng path pembangunan janjeni ora ing sel bahan bakar sing diiklanake sacara wiyar, nanging ing konversi mesin pembakaran internal kanggo mbukak hidrogen. BMW pracaya sing upgrade masalah solvable lan wis digawe kemajuan pinunjul ing mecahaken masalah utama kanggo entuk kinerja engine dipercaya lan ngilangke propensity kanggo pangolahan pangobongan uncontrolled nggunakake hidrogen murni. Sukses ing arah iki amarga kompetensi ing bidang kontrol elektronik pangolahan mesin lan kamungkinan nggunakake sistem distribusi gas fleksibel paten BMW Valvetronic lan Vanos, tanpa sing ora bisa njamin operasi normal "mesin hidrogen". . Nanging, langkah-langkah pisanan ing arah iki diwiwiti ing taun 1820, nalika desainer William Cecil nggawe mesin bahan bakar hidrogen sing beroperasi ing "prinsip vakum" - skema sing beda banget karo mesin sing diciptakake mengko kanthi mesin internal. . kobong. Ing pangembangan mesin pembakaran internal pisanane 60 taun sabanjure, pionir Otto nggunakake gas sintetik sing wis kasebut lan asale saka batu bara kanthi kandungan hidrogen udakara 50%. Nanging, kanthi panemuan karburator, panggunaan bensin dadi luwih praktis lan luwih aman, lan bahan bakar cair ngganti kabeh alternatif liyane sing wis ana nganti saiki. Sifat-sifat hidrogen minangka bahan bakar ditemokake maneh pirang-pirang taun sabanjure dening industri antariksa, sing kanthi cepet nemokake yen hidrogen nduweni rasio energi/massa paling apik tinimbang bahan bakar sing dikenal manungsa.

Ing wulan Juli 1998, Asosiasi Industri Otomotif Eropa (ACEA) berkomitmen karo Uni Eropa kanggo nyuda emisi CO2008 saka kendaraan sing nembe didaftar ing Uni kanthi rata-rata 2 gram saben kilometer nganti 140. Ing prakteke, iki tegese nyuda 25% emisi dibandhingake taun 1995, lan rata-rata konsumsi bahan bakar armada anyar udakara 6,0 l / 100 km. Ing wektu cedhak, langkah-langkah tambahan bakal bisa nyuda emisi karbon dioksida nganti 14% ing taun 2012. Iki ndadekake tugas perusahaan mobil angel banget lan, miturut ahli BMW, bisa ditanggulangi kanthi nggunakake bahan bakar karbon rendah utawa kanthi ngilangi karbon saka komposisi bahan bakar. Miturut teori iki, hidrogen muncul maneh ing arena otomotif kanthi kamulyan.

Perusahaan Bavaria dadi pabrikan mobil pertama sing ngasilake kendaraan bertenaga hidrogen. Klaim optimis lan yakin Profesor Burkhard Geschel, anggota dewan BMW sing tanggung jawab kanggo pembangunan anyar, manawa "perusahaan bakal adol mobil hidrogen sadurunge kadaluwarsa 7 Seri saiki" kayektenan. Kanthi versi paling anyar, Hidrogen 7, seri kaping pitu, dikenalake ing taun 2006, kanthi mesin 12 hp 260 silinder. pesen iki wis dadi kasunyatan. Tujuane kayane cukup ambisius, nanging ora tanpa sebab. BMW wis nyoba karo mesin pembakaran internal sing aktif ing hidrogen wiwit taun 1978, lan tanggal 11 Mei 2000 nggawe demonstrasi unik babagan kemungkinan alternatif iki. Armada sing mengesankan 15 750 hl kendaraan saka generasi sadurunge minggu iki, didhukung dening mesin hidrogen rolas silinder, ngrampungake maraton 170 km, sing nuduhake sukses perusahaan lan janjine teknologi anyar. Ing taun 000 lan 2001, sawetara kendaraan kasebut tetep melu demonstrasi kanggo nyengkuyung ide hidrogen. Banjur wayahe pangembangan anyar adhedhasar Seri 2002 sabanjure, nggunakake mesin modern V-7 4,4 liter kanthi kecepatan paling dhuwur 212 km / jam, diikuti karo pangembangan paling anyar kanthi silinder 12 V-XNUMX. Miturut pendapat resmi perusahaan, alasan kenapa BMW milih teknologi iki tinimbang sel bahan bakar yaiku komersial lan psikologis. Kaping pisanan, metode iki mbutuhake investasi sing luwih sithik yen infrastruktur produksi diganti. Kapindho, amarga wong wis biasa mesin pembakaran internal lawas sing apik, dheweke seneng lan bakal angel dipisahake. Lan nomer telu, nalika semana, ternyata teknologi iki berkembang luwih cepet tinimbang teknologi sel bahan bakar.

Ing mobil BMW, hidrogen disimpen ing wadhah kriogenik super terisolasi, kaya botol termos teknologi dhuwur sing dikembangake dening grup kulkas Jerman Linde. Ing suhu panyimpenan sing sithik, bahan bakar ana ing fase cair lan mlebu mesin kaya bahan bakar biasa.

Ing tahap iki, para desainer perusahaan ing Munich fokus ing injeksi bahan bakar ora langsung, lan kualitas campuran kasebut gumantung karo mode operasi mesin kasebut. Ing mode mbukak bagean engine mlaku ing campuran mimpin padha karo bahan bakar diesel - owah-owahan digawe mung ing jumlah bahan bakar nyuntikaken. Iki minangka "kontrol kualitas" sing dicampur, ing mesin kasebut bisa mlaku nganggo hawa sing gedhe banget, nanging amarga beban sing sithik, mula pembentukan emisi nitrogen diminimalake. Nalika butuh tenaga sing signifikan, mesin mula bisa digunakake kaya mesin bensin, banjur pindhah menyang "kontrol kuantitatif" campuran lan campuran normal (ora ramping). Owah-owahan iki bisa uga, ing tangan siji, amarga kacepetan kontrol elektronik pangolahan ing mesin, lan ing tangan liyane, amarga operasi fleksibel saka sistem kontrol distribusi gas - "dobel" Vanos, digunakake magepokan karo Sistem kontrol intake Valvetronic tanpa throttle. Perlu dielingi manawa, miturut insinyur BMW, skema kerja pangembangan iki mung minangka tahap menengah ing pangembangan teknologi lan ing mbesuk mesin bakal ngalih menyang injeksi hidrogen menyang silinder lan turbocharging. Teknik kasebut diajab bisa ngasilake dinamika kendaraan sing luwih apik tinimbang mesin bensin sing sebanding lan peningkatan efisiensi mesin pembakaran internal luwih saka 50%. Ing kene kita sengaja ngindhari babagan topik "sel bahan bakar", amarga masalah iki pungkasane digunakake kanthi aktif. Nanging, ing wektu sing padha, kita kudu nyebutake ing konteks teknologi hidrogen BMW, amarga para desainer ing Munich mutusake nggunakake piranti kasebut kanggo ngeterake jaringan listrik ing mobil, kanthi total ngilangi daya batere konvensional. Pamindhahan iki ngidini penghematan bahan bakar tambahan, amarga mesin hidrogen ora kudu nyopir alternator, lan sistem listrik onboard dadi otonom lan mandiri saka jalur drive - bisa ngasilake listrik sanajan mesin ora mlaku, uga ngasilake. lan nggunakake energi menehi optimasi lengkap. Kasunyatan manawa mung listrik sing dibutuhake saiki bisa ngasilake listrik kanggo pompa banyu, pompa minyak, booster rem, lan sistem kabel uga dadi tabungan tambahan. Nanging, sejajar karo kabeh inovasi kasebut, sistem injeksi bahan bakar (bensin) praktis ora ngalami pangowahan desain sing larang. Kanggo promosi teknologi hidrogen ing wulan Juni 2002, BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN nggawe program kemitraan CleanEnergy, sing diwiwiti karo pangembangan stasiun pengisian kanthi hidrogen cair lan kompresi.

BMW minangka inisiator sawetara proyek gabungan liyane, kalebu perusahaan minyak, ing antarane peserta sing paling aktif yaiku Aral, BP, Shell, Total. Kapentingan ing wilayah sing janjeni iki saya tambah akeh - ing sepuluh taun sabanjure, Uni Eropa mung bakal menehi sumbangan finansial langsung menyang dana kanggo mbiayai pangembangan lan implementasi teknologi hidrogen kanthi jumlah 2,8 milyar euro. Volume investasi dening perusahaan swasta ing pangembangan "hidrogen" ing wektu iki angel kanggo prédhiksi, nanging cetha yen bakal kaping pirang-pirang ngluwihi potongan saka organisasi nirlaba.

Hidrogen ing mesin pembakaran internal

Menarik kanggo dicathet, amarga sifat fisik lan kimia hidrogen, luwih gampang kobong tinimbang bensin. Ing laku, iki tegese kurang energi awal dibutuhake kanggo miwiti proses pangobongan ing hidrogen. Ing sisih liya, campuran sing ramping bisa gampang digunakake ing mesin hidrogen - sing bisa ditindakake dening mesin bensin modern liwat teknologi sing rumit lan larang.

Panas ing antarane partikel campuran hidrogen-udhara kurang dissipated, lan ing wektu sing padha, suhu otomatis nyala lan tingkat pangolahan pangobongan luwih dhuwur tinimbang bensin. Hidrogen nduweni Kapadhetan kurang lan diffusivity kuwat (kamungkinan partikel penetrating menyang gas liyane - ing kasus iki, online).

Energi aktivasi sing sithik sing dibutuhake kanggo nyala dhewe minangka salah sawijining tantangan paling gedhe kanggo ngontrol proses pembakaran ing mesin hidrogen amarga campuran kasebut bisa gampang diobong kanthi spontan amarga kontak karo wilayah sing luwih panas ing ruang bakar lan tahan kanggo ngetutake rantai proses sing ora bisa dikendhaleni. Nyingkiri risiko iki minangka salah sawijining tantangan paling gedhe kanggo ngembangake mesin hidrogen, nanging ora gampang ngilangi akibat saka kasunyatan manawa campuran kobong sing nyebar banget nyedhaki tembok silinder lan bisa nembus kesenjangan sing sempit. kayata tutup tutup, contone ... Kabeh iki kudu dijupuk menyang akun nalika ngrancang motor iki.

Suhu otomatisasi dhuwur lan jumlah oktan dhuwur (udakara 130) ngidini nambah rasio kompresi mesin lan, mula efisiensi, nanging ana maneh bebaya autoignition hidrogen saka kontak karo bagean sing luwih panas. ing silinder. Kauntungan saka kapasitas penyebaran hidrogen sing dhuwur yaiku kamungkinan nyampur karo udara, sing yen ana kerusakan tangki njamin dispersi bahan bakar sing cepet lan aman.

Campuran udara-hidrogen sing cocog kanggo pembakaran nduweni rasio kira-kira 34:1 (kanggo bensin rasio iki yaiku 14,7:1). Iki tegese nalika nggabungake massa hidrogen lan bensin sing padha ing kasus sing sepisanan, luwih saka kaping pindho luwih akeh hawa sing dibutuhake. Ing wektu sing padha, campuran hidrogen-udara njupuk luwih akeh papan, sing nerangake sebabe mesin bertenaga hidrogen duwe daya kurang. Ilustrasi digital murni babagan rasio lan volume cukup fasih - Kapadhetan hidrogen siap kanggo pembakaran 56 kaping kurang saka uap bensin .... Nanging, kudu dicathet yen, ing prinsip, mesin hidrogen uga bisa digunakake kanthi campuran udara-hidrogen nganti 180: 1 (yaiku campuran "lean" banget), sing tegese mesin bisa dioperasikake. tanpa katup throttle lan nggunakake prinsip mesin diesel. Sampeyan uga kudu dicathet yen hidrogen minangka pamimpin sing ora bisa dibantah ing perbandingan hidrogen lan bensin minangka sumber energi ing babagan massa - kilogram hidrogen meh kaping telu luwih akeh energi tinimbang kilogram bensin.

Kaya mesin bensin, hidrogen cair bisa disuntikake langsung ing ngarep katup ing manifold, nanging solusi sing paling apik yaiku injeksi langsung sajrone stroke kompresi - ing kasus iki, daya bisa ngluwihi mesin bensin sing padha kanthi 25%. Iki amarga bahan bakar (hidrogen) ora ngganti hawa kaya ing mesin bensin utawa diesel, mung ngidini hawa (luwih akeh tinimbang biasane) kanggo ngisi ruang bakar. Kajaba iku, ora kaya mesin bensin, mesin hidrogen ora mbutuhake swirling struktural amarga hidrogen cukup nyebar karo hawa tanpa ukuran iki. Amarga tingkat kobong sing beda-beda ing macem-macem bagian silinder, luwih becik nyelehake rong busi, lan ing mesin hidrogen, panggunaan elektroda platinum ora praktis, amarga platinum dadi katalis sing ndadékaké oksidasi bahan bakar ing suhu sing kurang.

H2R

H2R minangka prototipe supersport sing bisa digunakake dening insinyur BMW lan didhukung dening mesin rolas silinder sing bisa ngasilake maksimal 285 hp nalika didhukung dening hidrogen. Thanks kanggo wong-wong mau, model eksperimen akselerasi saka 0 nganti 100 km / jam sajrone nem detik lan tekan kecepatan paling dhuwur 300 km / jam. Mesin H2R adhedhasar unit top-end standar sing digunakake ing bensin 760i lan mung njupuk sepuluh. wulan kanggo berkembang. Kanggo nyegah pembakaran spontan, spesialis Bavarian wis ngembangake siklus aliran khusus lan strategi injeksi menyang ruang pembakaran, nggunakake kemungkinan sing diwenehake dening sistem wektu katup variabel mesin. Sadurunge dicampur menyang silinder, sing terakhir digawe adhem dening udhara, lan kontak digawa metu mung ing ndhuwur mati tengah - amarga tingkat pangobongan dhuwur karo bahan bakar hidrogen, ignition advance ora dibutuhake.

temonan

Analisis finansial transisi menyang energi hidrogen sing resik durung optimis banget. Produksi, panyimpenan, transportasi lan pasokan gas ringan isih proses intensif cukup energi, lan ing tataran teknologi pangembangan manungsa saiki skema kasebut ora efektif. Nanging, iki ora ateges riset lan telusuran solusi ora bakal diterusake. Usulan kanggo nggawe hidrogen saka banyu nggunakake listrik saka panel surya lan disimpen ing tank gedhe kaya optimis. Kosok baline, proses ngasilake listrik lan hidrogen ing fase gas ing Gurun Sahara, ngeterake menyang Laut Mediterania nganggo pipa, cair lan ngangkut karo tanker kriogenik, mbukak ing port lan pungkasane ngeterake kanthi truk mungel banget ...

Gagasan menarik bubar diwenehake dening perusahaan minyak Norwegia Norsk Hydro, sing ngusulake ngasilake hidrogen saka gas alam ing lokasi produksi ing Laut Lor, lan residu karbon monoksida disimpen ing sawah sing wis entek ing ngisor lemah laut. Kasunyatane dununge ana ing tengah-tengah, lan mung bakal diwenehake wektu pangembangan industri hidrogen.

Varian Mazda

Perusahaan Jepang Mazda uga nuduhake versi mesin hidrogen - ing wangun mobil sport unit Rotary RX-8. Iki ora ngagetne, amarga fitur desain saka engine Wankel banget cocok kanggo nggunakake hidrogen minangka bahan bakar. Gas disimpen ing tekanan dhuwur ing tank khusus, lan bahan bakar disuntikake langsung menyang kamar pembakaran. Amarga kasunyatan sing ing cilik saka mesin Rotary wilayah kang injeksi lan pangobongan dipisahake, lan suhu ing bagean nyedhot luwih murah, masalah kamungkinan kontak uncontrolled Ngartekno suda. Mesin Wankel uga menehi papan sing cukup kanggo rong injektor, sing penting banget kanggo nyuntikake hidrogen sing paling optimal.