Prøvekjør BMW og hydrogen: del to
Prøvekjøring

Prøvekjør BMW og hydrogen: del to

Prøvekjør BMW og hydrogen: del to

"Vann. Det eneste sluttproduktet av BMWs rene motorer er å bruke flytende hydrogen i stedet for petroleumsbrensel og gjør det mulig for alle å nyte ny teknologi med god samvittighet."

BMW måte

Disse ordene er et sitat fra en reklamekampanje til et tysk selskap for flere år siden. Lenge var det ingen som stilte spørsmål ved det faktum at bayerne vet veldig godt hva de driver med når det kommer til motorteknologi og er en av de ubestridte verdenslederne på dette feltet. Man ville heller ikke tro at et selskap som har vist solid salgsvekst de siste årene ville kaste massevis av penger på lite kjente annonser for lovende teknologier med en usikker fremtid.

Samtidig er imidlertid de siterte ordene en del av en kampanje for å promotere en ganske eksotisk 745-timers hydrogenversjon av den bayerske bilprodusentens flaggskip. Eksotisk, for ifølge BMW vil overgangen til alternativer til hydrokarbondrivstoff, som bilindustrien har matet helt fra starten, kreve en endring i hele produksjonsinfrastrukturen. Det siste er nødvendig fordi bayerne ser en lovende utviklingsvei ikke i de mye annonserte brenselcellene, men i konverteringen av forbrenningsmotorer til å gå på hydrogen. BMW mener at oppgraderingen er et løsbart problem og har allerede gjort betydelige fremskritt med å løse hovedproblemet med å oppnå pålitelig motorytelse og eliminere tilbøyeligheten til ukontrollerte forbrenningsprosesser ved bruk av rent hydrogen. Suksess i denne retningen skyldes kompetansen innen elektronisk kontroll av motorprosesser og muligheten for å bruke BMWs patenterte fleksible gassdistribusjonssystem Valvetronic og Vanos, uten hvilke det ville være umulig å sikre normal drift av "hydrogenmotorer" . De første skrittene i denne retningen går imidlertid tilbake til 1820, da designeren William Cecil skapte en hydrogendrevet motor som opererer etter det såkalte "vakuumprinsippet" - et opplegg som er veldig forskjellig fra den senere oppfunne motoren med en intern motor . brennende. I sin første utvikling av forbrenningsmotorer 60 år senere brukte pioneren Otto den allerede nevnte og kullavledede syntetiske gassen med et hydrogeninnhold på ca. 50 %. Men med oppfinnelsen av forgasseren har bruken av bensin blitt mye mer praktisk og tryggere, og flytende drivstoff har erstattet alle andre alternativer som har eksistert til nå. Egenskapene til hydrogen som drivstoff ble gjenoppdaget mange år senere av romfartsindustrien, som raskt oppdaget at hydrogen hadde det beste energi/masseforholdet av ethvert drivstoff kjent for menneskeheten.

I juli 1998 forpliktet European Association of the Automotive Industry (ACEA) seg til EU å redusere CO2008-utslipp fra nyregistrerte biler i Unionen med et gjennomsnitt på 2 gram per kilometer med 140. I praksis betydde dette en reduksjon på 25% i utslipp sammenlignet med 1995, og det gjennomsnittlige drivstofforbruket til den nye flåten var ca 6,0 l / 100 km. I nær fremtid forventes ytterligere tiltak for å redusere karbondioksidutslipp med 14% innen 2012. Dette gjør oppgaven for bilfirmaer ekstremt vanskelig og kan ifølge BMW-eksperter løses enten ved å bruke drivstoff med lite karbon eller ved helt å eliminere karbon fra drivstoffsammensetningen. I følge denne teorien dukker hydrogen opp igjen i bilarenaen i all sin prakt.

Det bayerske selskapet ble den første bilprodusenten som masseproduserte hydrogendrevne biler. De optimistiske og selvsikre påstandene fra professor Burkhard Geschel, BMW-styremedlem ansvarlig for ny utvikling, om at "selskapet vil selge hydrogenbiler før utløpet av den nåværende 7-serien" har gått i oppfyllelse. Med sin siste versjon, Hydrogen 7, den syvende serien, introdusert i 2006, med en 12 hk 260-sylindret motor. denne meldingen har allerede blitt en realitet. Intensjonen virket ganske ambisiøs, men ikke uten grunn. BMW har eksperimentert med forbrenningsmotorer som kjører på hydrogen siden 1978, og 11. mai 2000 demonstrerte mulighetene for dette alternativet. En imponerende flåte på 15 750 hl biler fra forrige generasjon av uken, drevet av tolv-sylindrede hydrogenmotorer, fullførte maraton på 170 km, og fremhevet selskapets suksess og løftet om ny teknologi. I 000 og 2001 fortsatte noen av disse kjøretøyene å delta i forskjellige demonstrasjoner til støtte for hydrogenideen. Da var det tid for en ny utvikling, basert på neste 2002-serie, ved hjelp av en moderne 7-liters V-4,4-motor med en toppfart på 212 km / t, etterfulgt av den siste utviklingen med en 12-sylindret V-XNUMX. I følge selskapets offisielle oppfatning er årsakene til at BMW valgte denne teknologien fremfor brenselceller både kommersielle og psykologiske. For det første vil denne metoden kreve betydelig mindre investering hvis produksjonsinfrastrukturen endres. For det andre, fordi folk er vant til den gode gamle forbrenningsmotoren, liker de det, og det vil være vanskelig å skille seg fra den. Og for det tredje viste det seg at denne teknologien utvikler seg raskere enn brenselcelleteknologi.

I BMW-biler lagres hydrogen i en superisolert kryogenbeholder, på en måte som en høyteknologisk termosflaske utviklet av det tyske kjølekonsernet Linde. Ved lave lagringstemperaturer er drivstoffet i flytende fase og kommer inn i motoren som vanlig drivstoff.

På dette stadiet fokuserte designerne på det München-baserte selskapet på indirekte drivstoffinnsprøytning, og kvaliteten på blandingen avhenger av motorens driftsmodus. I dellastmodus går motoren på magre blandinger som ligner på diesel - endringen gjøres kun i mengden drivstoff som injiseres. Dette er den såkalte "kvalitetskontrollen" av blandingen, der motoren går med overflødig luft, men på grunn av den lave belastningen minimeres dannelsen av nitrogenutslipp. Når det er behov for betydelig kraft, begynner motoren å fungere som en bensinmotor, og går videre til den såkalte "kvantitative kontrollen" av blandingen og normale (ikke magre) blandinger. Disse endringene er mulige på den ene siden på grunn av hastigheten på elektronisk kontroll av prosesser i motoren, og på den annen side på grunn av den fleksible driften av kontrollsystemer for gassdistribusjon - "dobbelt" Vanos, som arbeider i forbindelse med Valvetronic inntakskontrollsystem uten gass. Det må huskes på at ifølge BMW -ingeniører er arbeidsopplegget for denne utviklingen bare et mellomtrinn i teknologisk utvikling, og at motorene i fremtiden vil gå over til direkte hydrogeninjeksjon i sylindere og turbolading. Disse teknikkene forventes å resultere i bedre kjøretøydynamikk enn en sammenlignbar bensinmotor og en økning i total effektivitet til forbrenningsmotoren med mer enn 50%. Her avsto vi bevisst fra å berøre temaet "brenselceller", siden dette problemet har blitt ganske aktivt brukt i det siste. Samtidig må vi imidlertid nevne dem i sammenheng med BMWs hydrogenteknologi, ettersom designerne i München bestemte seg for å bruke nettopp slike enheter for å drive det innebygde elektriske nettverket i biler, og fullstendig eliminere konvensjonell batteristrøm. Dette trekket tillater ytterligere drivstoffbesparelser, siden hydrogenmotoren ikke trenger å drive dynamoen, og det elektriske systemet ombord blir helt autonomt og uavhengig av kjørebanen - det kan generere strøm selv når motoren ikke går, samt produsere og forbruke energi gir seg til full optimalisering. Det faktum at bare så mye strøm som nødvendig nå kan produseres for å drive vannpumpen, oljepumper, bremseforsterker og kablede systemer gir også ekstra besparelser. Parallelt med alle disse innovasjonene gjennomgikk imidlertid drivstoffinnsprøytningssystemet (bensin) praktisk talt ikke dyre designendringer. For å fremme hydrogenteknologier i juni 2002 opprettet BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN partnerskapsprogrammet CleanEnergy, som begynte med utvikling av tankstasjoner med flytende og komprimert hydrogen.

BMW er initiativtaker til en rekke andre fellesprosjekter, blant annet med oljeselskaper, hvor de mest aktive deltakerne er Aral, BP, Shell, Total. Interessen for dette lovende området øker eksponentielt – i løpet av de neste ti årene vil EU alene gi direkte økonomiske bidrag til fond for å finansiere utvikling og implementering av hydrogenteknologier på 2,8 milliarder euro. Volumet av investeringer fra private selskaper i utviklingen av "hydrogen" i denne perioden er vanskelig å forutsi, men det er klart at det mange ganger vil overstige fradragene fra ideelle organisasjoner.

Hydrogen i forbrenningsmotorer

Det er interessant å merke seg at på grunn av de fysiske og kjemiske egenskapene til hydrogen, er det mye mer brennbart enn bensin. I praksis betyr dette at det kreves mye mindre startenergi for å sette i gang forbrenningsprosessen i hydrogen. På den annen side kan svært magre blandinger lett brukes i hydrogenmotorer – noe moderne bensinmotorer oppnår gjennom komplekse og kostbare teknologier.

Varmen mellom partiklene i hydrogen-luftblandingen spres mindre, og samtidig er selvantennelsestemperaturen og hastigheten på forbrenningsprosessene mye høyere enn for bensin. Hydrogen har lav tetthet og sterk diffusivitet (muligheten for at partikler trenger inn i en annen gass - i dette tilfellet luft).

Den lave aktiveringsenergien som kreves for selvantennelse er en av de største utfordringene i å kontrollere forbrenningsprosesser i hydrogenmotorer fordi blandingen lett kan selvantenne på grunn av kontakt med varmere områder i forbrenningskammeret og motstand mot å følge en kjede av helt ukontrollerte prosesser. Å unngå denne risikoen er en av de største utfordringene ved utvikling av hydrogenmotorer, men det er ikke lett å eliminere konsekvensene av at en svært diffus brennende blanding beveger seg svært nær sylinderveggene og kan trenge gjennom ekstremt trange hull. som lukkede ventiler, for eksempel... Alt dette må tas i betraktning når man designer disse motorene.

En høy selvantennelsestemperatur og et høyt oktantall (ca. 130) tillater en økning i motorens kompresjonsforhold og dermed dens effektivitet, men igjen er det fare for selvantennelse av hydrogen ved kontakt med den varmere delen. i sylinderen. Fordelen med den høye diffusjonskapasiteten til hydrogen er muligheten for enkel blanding med luft, noe som i tilfelle tankstans garanterer rask og sikker spredning av drivstoffet.

Den ideelle luft-hydrogenblandingen for forbrenning har et forhold på omtrent 34:1 (for bensin er dette forholdet 14,7:1). Dette betyr at når man kombinerer samme masse hydrogen og bensin i det første tilfellet, kreves det mer enn dobbelt så mye luft. Samtidig tar hydrogen-luftblandingen betydelig mer plass, noe som forklarer hvorfor hydrogendrevne motorer har mindre effekt. En rent digital illustrasjon av forhold og volumer er ganske veltalende - tettheten av hydrogen klar for forbrenning er 56 ganger mindre enn for bensindamp .... Det skal imidlertid bemerkes at i prinsippet kan hydrogenmotorer også operere med luft-hydrogen-blandinger opp til 180:1 (dvs. svært "magre" blandinger), som igjen betyr at motoren kan drives. uten strupeventil og bruk prinsippet om dieselmotorer. Det bør også bemerkes at hydrogen er den ubestridte lederen i sammenligningen av hydrogen og bensin som energikilder når det gjelder masse - et kilo hydrogen er nesten tre ganger mer energikrevende enn et kilo bensin.

Som med bensinmotorer kan flytende hydrogen injiseres rett foran ventilene i manifoldene, men den beste løsningen er injeksjon direkte under kompresjonsslaget - i dette tilfellet kan effekten overstige en tilsvarende bensinmotor med 25 %. Dette er fordi drivstoffet (hydrogen) ikke fortrenger luft som i en bensin- eller dieselmotor, slik at bare luft (betydelig mer enn vanlig) fyller forbrenningskammeret. Dessuten, i motsetning til bensinmotorer, trenger ikke hydrogenmotorer strukturell virvling fordi hydrogen diffunderer godt nok med luft uten dette tiltaket. På grunn av de forskjellige forbrenningshastighetene i forskjellige deler av sylinderen, er det bedre å plassere to tennplugger, og i hydrogenmotorer er bruken av platinaelektroder upraktisk, siden platina blir en katalysator som fører til drivstoffoksidasjon ved lave temperaturer.

H2R

H2R er en fungerende supersport-prototype bygget av BMW-ingeniører og drevet av en tolvsylindret motor som når en maksimal ytelse på 285 hk når den drives av hydrogen. Takket være dem akselererer den eksperimentelle modellen fra 0 til 100 km/t på seks sekunder og når en toppfart på 300 km/t. H2R-motoren er basert på standard toppmodellen som brukes i bensin 760i og tok bare ti måneder å utvikle seg. For å forhindre spontan forbrenning har de bayerske spesialistene utviklet en spesiell strømningssyklus og injeksjonsstrategi inn i forbrenningskammeret, ved å bruke mulighetene som tilbys av motorens variable ventiltidssystemer. Før blandingen kommer inn i sylindrene, blir sistnevnte avkjølt med luft, og tenning utføres bare ved det øverste dødpunktet - på grunn av den høye forbrenningshastigheten med hydrogendrivstoff er det ikke nødvendig med tenningsfremgang.

Funn

Den økonomiske analysen av overgangen til ren hydrogenenergi er foreløpig ikke veldig optimistisk. Produksjon, lagring, transport og tilførsel av lett gass er fremdeles ganske energikrevende prosesser, og på det nåværende teknologiske stadiet av menneskelig utvikling kan en slik ordning ikke være effektiv. Dette betyr imidlertid ikke at forskning og søken etter løsninger ikke vil fortsette. Forslag om å generere hydrogen fra vann ved hjelp av elektrisitet fra solcellepaneler og lagre det i store tanker høres optimistisk ut. På den annen side høres prosessen med å generere elektrisitet og hydrogen i gassfasen i Sahara-ørkenen, transportere den til Middelhavet med rørledning, flytende og transportere den med kryogene tankbiler, laste den ut i havner og til slutt transportere den med lastebil, høres litt latterlig for øyeblikket ...

En interessant idé ble nylig presentert av det norske oljeselskapet Norsk Hydro, som foreslo å produsere hydrogen fra naturgass på produksjonssteder i Nordsjøen, og det gjenværende karbonmonoksidet ble lagret i utarmede felt under havbunnen. Sannheten ligger et sted i midten, og bare tiden vil vise hvor utviklingen av hydrogenindustrien vil gå.

Mazda-variant

Det japanske selskapet Mazda viser også sin versjon av hydrogenmotoren - i form av en roterende sportsbil RX-8. Dette er ikke overraskende, fordi designfunksjonene til Wankel-motoren er ekstremt egnet for bruk av hydrogen som drivstoff. Gassen lagres under høyt trykk i en spesiell tank, og drivstoffet sprøytes direkte inn i forbrenningskamrene. På grunn av det faktum at når det gjelder roterende motorer, er områdene der injeksjon og forbrenning finner sted atskilt, og temperaturen i sugedelen er lavere, reduseres problemet med muligheten for ukontrollert tenning betydelig. Wankel-motoren tilbyr også nok plass til to injektorer, noe som er ekstremt viktig for å injisere den optimale mengden hydrogen.

Legg til en kommentar