Водородный двигатель принцип работы

Хранение водорода обычно устроено в газообразной форме в баке, при этом бак должен быть испытан большим давлением. Принцип хранения водорода требует от бака высоких прочностных характеристик и он должен выдерживать давление до 300 бар. В связи с этим увеличивается масса водорода и повышаются требования к безопасности.

Хранение водорода обычно устроено в газообразной форме в баке, при этом бак должен быть испытан большим давлением. Принцип хранения водорода требует от бака высоких прочностных характеристик и он должен выдерживать давление до 300 бар. В связи с этим увеличивается масса водорода и повышаются требования к безопасности.

Хранить водород можно также в сжиженном виде. Для этого используется криогенный бак. Такой способ заправки водородом позволяет заправлять автомобиль для прохождения 300 км. Температура хранения колеблется около (-253 градуса Цельсия). Одним из недостатков такой системы может быть то, что теплота выталкивает водород наружу, что приводит к бесполезным потерям топлива.

Принцип приготовление рабочей смеси водородного двигателя. Во всех из перечисленных системах подача водорода осуществляется в впускной трубопровод. Смесеобразование основывается на непрерывном впуске топлива, с помощью электрического клапана и распределителя водорода. Считается прогрессивным разработка приготовления смеси способом импульсного впрыска водорода в впускной трубопровод.

Автомобиль на водородном топливе имеет так называемый топливный элемент или по-научному — электрохимический генератор. Это своего рода «вечная» батарейка, внутри которой идет реакция окисления водорода и на выходе получается чистый водяной пар, азот и электричество. Т.е. выхлоп такого водородного автомобиля экологический чистый, в нем содержание углекислого газа CO2 равняется нулю.

Главные недостатки

Главный недостаток — высокая себестоимость. Помимо электрохимического генератора, который при массовом производстве может стоить дешевле батарей для электромобилей, нужны еще прочные и легкие баки. Для этого используют дорогой углепластик.

Серьезный недостаток — энергетическая эффективность. Если использовать водород только как промежуточное звено в цепочке доставки энергии от электростанции к колесам автомобиля, то КПД составит не более 30% с учетом потерь на перекачку и охлаждение водорода перед заправкой. В отличие от 70-80% у электромобилей.

Если получать водород из попутного нефтяного газа, то КПД становится несравнимо выше — до 70%. Правда, ценой выбросов углекислого газа.

Если производить автомобили с водородными двигатели, то где взять заправки? В Европе количество водородных заправок можно пересчитать по пальцам, у нас их вовсе нет. Инженеры для таких случаев изобрели бивалентный двигатель, который может одновременно работать на водородном топливе и бензине. Владелец данного автомобиля не будет зависеть от наличия на заправке водородного топлива.

Во времена, не столь далёкие, а именно в Великую Отечественную войну, есть свидетельство ещё одного удачного использования водорода, как источника получения энергии. В Ленинграде в блокаду бензина катастрофически не хватало. Поэтому было решено для работы аэростатов заграждения и приводящих лебёдок использовать водород, которого было достаточно. И это сыграло немаловажную роль по защите города.

О выгодах применения

У водородного карбюраторного мотора горючее только обогащается газовой смесью на 10%, но это на 30–50% понижает расход самого горючего. Получается, что на том же объёме топлива вы будете проезжать, например, не сто пятьдесят, а двести вёрст.

Вот какие достоинства водородного двигателя уже сегодня. А в будущем применение этого чудесного газа, как движущей силы для автомобиля, открывает широчайший ряд выгодных аспектов.

Для получения энергии нужна будет только вода

Выгодные аспекты

• бесплатное сырьё — вода, из которой газ можно брать бесконечно;
• во время реакции получаемые вещества вреда экологии не доставляют;
• благодаря реактивному сгоранию КПД рассматриваемого агрегата на порядок выше карбюраторного;
• колоссальная горючесть газа позволяет силовой установке бесперебойно работать при любых атмосферных показателях как минусовых, так и плюсовых;
• детонация при сгорании водородной смеси в разы ниже, чем у бензина, что снижает шумы и вибрацию при работе агрегата;
• здесь не требуется сложных систем трансмиссии, охлаждения и смазки, значит, повышается простота обслуживания благодаря уменьшению числа деталей.

Доводка до совершенства

Чтобы двигатель на водородных элементах работал в постоянном режиме, помимо прочего, ему нужны объёмные аккумуляторы и преобразователи. А в том виде, в котором они доступны сейчас, используется слишком много места для них. Здесь при изготовлении нужен принципиально новый подход.

Топливные элементы ещё слишком дорогие. Пока только ведётся поиск альтернативных материалов для их производства.

Не доработана пожаробезопасность силовой установки. И вопрос ёмкостей для водорода остаётся открытым. Само устройство водородного двигателя, можно сказать, ещё только приобретает будущие черты.

Компании-конкуренты считают, что водород поможет их центрам быть более эффективными. «Складская техника — это ниша, в которой водородные топливные ячейки уже прочно закрепились, — говорит Данила Шапошников. — Электрические аккумуляторы погрузчиков быстро садятся и подолгу заряжаются. Возникают большие паузы в работе. Кроме того, батареи имеют короткий срок службы. А техника на водороде надежна, неприхотлива и, кроме того, экологична — такие погрузчики могут работать в закрытых помещениях».

Нишевой элемент

Компании-конкуренты считают, что водород поможет их центрам быть более эффективными. «Складская техника — это ниша, в которой водородные топливные ячейки уже прочно закрепились, — говорит Данила Шапошников. — Электрические аккумуляторы погрузчиков быстро садятся и подолгу заряжаются. Возникают большие паузы в работе. Кроме того, батареи имеют короткий срок службы. А техника на водороде надежна, неприхотлива и, кроме того, экологична — такие погрузчики могут работать в закрытых помещениях».

То, что силовые установки, работающие на водороде, практически бесшумны, делает их привлекательными для производства военной техники. Уже сейчас такими установками оснащают, например, подводные лодки. Водород служит и для нужд домохозяйств: энергетические станции мощностью от 1 до 5 кВт могут вырабатывать электроэнергию в режиме когенерации, попутно давая тепло для системы отопления и нагрева воды.

В случае массового внедрения таких силовых установок, резко увеличится количество водорода в атмосфере, что может привести к разрушению озонового слоя Земли, так как водородные двигатели выделяют значительно больше оксидов азота, чем бензиновые.

Водородные двигатели внутреннего сгорания

ДВС на водороде имеет КПД ниже, чем у двигателей на топливных элементах, однако тот факт, что для получения 1 кВт энергии водорода нужно меньше, чем бензина, позволяет смириться с пониженным коэффициентом полезного действия.

Отличным примером автомобиля с водородным двигателем может служить экспериментальный седан BMW 750hL, выпускающийся ограниченной серией и доступный покупателям. В нем установлен 12-ти цилиндровый двигатель, работающий на ракетном топливе (водород + кислород), позволяющий разогнаться до 140 км/ч.

Сжиженный водород хранится в специальном баке при низкой температуре. Запаса водорода хватает примерно на 300 километров. В случае если он израсходован, двигатель автоматически переключается на питание от дополнительного бака с бензином. Цена BMW Hydrogen 7 сопоставима со стоимостью обычной «семерки» и составляет около 93 тысяч долларов.

Ввиду перечисленных выше особенностей, использования водорода, как чистого топлива для ДВС, невозможно без внедрения изменений конструкции силового агрегата, а также навесного оборудования.

Особенности водорода, как топлива для ДВС

• после сгорания остается только водяной пар;
• реакция происходит намного быстрей, чем в случаи с бензином либо дизелем;
• детонационная устойчивость позволяет повысить степень сжатия;
• благодаря своей летучести, водород способен проникать в самые малые полости, зазоры между деталями (лишь особые сплавы повышенной прочности способны переносить разрушительное воздействия водорода на структуру металла);
• теплоотдача сгорания водорода в 2,5 раза больше, чем у бензиновой смеси;
• широкий диапазон реакции. Минимальная пропорция водорода, достаточная для реакции с кислородом, составляет всего 4%. Такая особенность позволяет настраивать режимы работы двигателя, дозируя консистенцию смеси;
• хранение водорода осуществляется в сжатом или жидком агрегатном состоянии. При пробое бака, газ под давлением испаряется.

Ввиду перечисленных выше особенностей, использования водорода, как чистого топлива для ДВС, невозможно без внедрения изменений конструкции силового агрегата, а также навесного оборудования.

Как устроен водородный двигатель? В пятидесятые годы минувшего столетия возникал идея применения водорода в качестве недорогого и экологичного вида топлива. Один килограмм водорода оценивается примерно в 3-5 долларов. Водородные разработки стали еще более популярными, так как не приходится беспокоиться об исчезновении невозобновляемых ресурсов. Кроме всего прочего, водородный генератор не вредит окружающей среде. Говоря о побочных продуктах работы двигателя, можно назвать лишь воду и тепло.

Поскольку запасы нефти в мире не являются неисчерпаемыми источниками, то дефицит топливных ресурсов предсказывают уже в очень скорое время. Цены на бензин довольно высоки, поэтому следует рассмотреть альтернативные источники топлива на случай исчезновения традиционных энергоресурсов. Водородный двигатель – один из подходящих вариантов.

Как устроен водородный двигатель? В пятидесятые годы минувшего столетия возникал идея применения водорода в качестве недорогого и экологичного вида топлива. Один килограмм водорода оценивается примерно в 3-5 долларов. Водородные разработки стали еще более популярными, так как не приходится беспокоиться об исчезновении невозобновляемых ресурсов. Кроме всего прочего, водородный генератор не вредит окружающей среде. Говоря о побочных продуктах работы двигателя, можно назвать лишь воду и тепло.

Водород хранится в баках в газообразной форме, причем цистерна должна предварительно пройти испытание на высокое давление. Бак должен выдерживать давление до трехсот бар. Следовательно, требования к безопасности во время транспортировки водорода повышены. Также можно сохранять водород в виде сжиженной массы: криогенный бак вполне подойдет для таких целей. С помощью водорода можно заправить авто для прохождения расстояния в триста километров.

Хранение водорода осуществляется при температуре до -250 градусов. Минус такой системы в том, что теплота приводит к выталкиванию водорода извне и топливным потерям. Если водородный двигатель для вас пока является «неосвоенной целиной», можно обратить внимание на традиционные дизельные и бензиновые двигатели. На сайте www.dinamotimal.ru вы найдете много интересной и захватывающей информации в отрасли различных энергоносителей.

Приготовить рабочую смесь для водородного двигателя можно довольно просто. Подача водорода в различных системах происходит путем впускного трубопровода с использованием электроклапана и распределителя топлива. Ведется работа над приготовлением смеси для импульсного впрыска водорода в трубопровод. Водородное топливо во время сгорания не образует углекислый газ, а чтобы уменьшить другие выбросы, используют очистки различного типа.

Протоны, проходящие в тот же период времени в катодную камеру, соединяются с приходящими извне электронами, что происходит опять же вследствие наличия катализатора.

Принцип работы водородного двигателя

Функционирование двигателя на водородном топливе отличается от действия двигателя внутреннего сгорания, прежде всего, особенностями подачи и воспламенения смеси топлива, но принцип работы остаётся таким же.

Бензин горит медленно, а в случае с водородом время впрыска сдвигается к моменту возвращения поршня к крайнему положению, давление же может быть низким.

Водородный двигатель в идеальных условиях и вовсе способен работать без поступления воздуха: в камере сгорания останется после сжатия пар, который снова станет водой (это обеспечит радиатор). Однако на практике добиться этого сложно, т. к. на авто придётся устанавливать электролизер (специальное устройство, отделяющее водород от воды с целью осуществления реакции с кислородом).

1. Степень сжатия слишком высока. H2 вступит в реакцию с моторным маслом.
2. Выпускной коллектор раскаляется. Даже незначительная утечка может привести к воспламенению.

Устройство и особенности работы

Проблема бензиновых двигателей заключается в том, что топливо горит долго и занимает пространство КС несколько ранее, чем поршень принимает нижнее положение. Принцип работы водородного двигателя таков: быстрая реакция H2 сдвигает время впрыска ближе ко времени возвращения поршня к крайнему нижнему положению. При этом давление в структуре подачи топлива повышается незначительно.

Среди значимых недостатков можно выделить сложность и дороговизну получения топлива в промышленных объёмах, отсутствие регламента хранения и транспортирования. Вес машины естественным образом заметно увеличится, что обусловлено необходимостью установки на транспортное средство тяжёлых токовых преобразователей и мощных аккумуляторных батарей.

Водородные топливные элементы

Водородный топливный элемент, с конструктивной точки зрения, является своеобразной аккумуляторной «батарейкой» с высокими показателями коэффициента полезного действия (порядка 50%). Внутри корпуса протекают физико-химических процессы с участием специальной мембраны, отвечающей за проведение протонов. Посредством такого мембранного элемента происходит деление корпуса на пару частей – резервуар с анодом и камеру с катодом.

Камера с анодом заполняется водородом, а в катодную часть поступает атмосферный кислород. В качестве покрытия электродов используются дорогостоящие редкоземельные металлы, включая платину. Особенности поверхности обеспечивают взаимодействие с водородными молекулами, в результате чего происходит потеря электронов. Одномоментно с этим процессом выполняется прохождение протонов сквозь мембрану к катоду. Благодаря такому воздействию катализатора протоны соединяются с поступившими извне электронами.

Результат произошедшей реакции – образование воды и поступление электронов из анодной камеры в электрическую цепь, подключённую к силовому агрегату. Таким образом, двигатель приводится в движение водородным топливным элементом и может проработать порядка 200-250 км. Тормозит применение такой технологии и серийный выпуск автомобилей с водородными двигателями необходимость использовать в конструкции элементов платину, палладий и другие дорогостоящие металлы.

5 Другая реакция получение двигателя внутреннего сгорания на водороде Кстати, можно провести реакцию другим способом, тогда вторым из продуктов окажется не СО 2, а СО (тот самый, с которым борются экологи); смесь последнего с водородом получила название синтез газ. Поскольку Н г и СО горючи, их можно вместе непосредственно сжигать в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания.

1 Принцип работы двигателя внутреннего сгорания на водороде

2 Экологические чистые автомобили Об экологически чистых автомобилях заговорили еще в семидесятых годах XX века. Но тернистый путь от идеи к реальному прототипу начался гораздо позже и продолжается до сих пор.

3 Работа двигателя внутреннего сгорания на водороде На автомобиле находятся баллоны с водородом и кислородом. В специальном электрохимическом генераторе между водородом и кислородом происходит химическая реакция при температуре около 100 С, в результате чего производится электричество, а в качестве «выхлопа» образуется вода. Вот основной принцип энергоустановки. Водород, определяющий пробег автомобиля, находится под давлением 290 атмосфер, и машина может пройти 250 километров.

5 Другая реакция получение двигателя внутреннего сгорания на водороде Кстати, можно провести реакцию другим способом, тогда вторым из продуктов окажется не СО 2, а СО (тот самый, с которым борются экологи); смесь последнего с водородом получила название синтез газ. Поскольку Н г и СО горючи, их можно вместе непосредственно сжигать в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания.

6 История – В 1841 г. в Англии был выдан патент на двигатель, работающий на смеси водорода с кислородом. В 1852 г. в Мюнхене (Германия) был построен двигатель внутреннего сгорания (ДВС), в котором смесь водорода с воздухом сжималась насосом до 2…8 бар и воспламенялась электрической искрой. В 1928 г. двигатели внутреннего сгорания компании «Цеппелин», работающие на Н2, использовались для дирижаблей. В 1923 г. Г.Р. Рикардо проводил исследование влияния состава смеси водород-воздух на детонацию двигателя, работающего на Н2.

11 Уступают по весу и габаритам Н есмотря на активное развитие водородных систем питания двигателя, они еще уступают по весу и габаритам бензиновой и дизельной системам. Поэтому одним из направлений разработок является двигатель, работающий на бензине с присадкой водорода. При этом могут быть использованы существующие баллоны или водород можно получать непосредственно на автомобиле путем термокаталитической переработки части расходуемого бензина.

13 Вопрос 1 Что образуется в качестве «выхлопа» в водородных двигателях? 1)вода 2)водород 3)кислород 4) СО 2 Что образуется в качестве «выхлопа» в водородных двигателях? 1)вода 2)водород 3)кислород 4) СО 2

14 Вопрос 2 На какой пробег рассчитан нынешний прототип автомобиля на водо­ родном топливе? 1) 150 км 2) 350 км 3) 250 км 4) 100 км На какой пробег рассчитан нынешний прототип автомобиля на водо­ родном топливе? 1) 150 км 2) 350 км 3) 250 км 4) 100 км

15 Вопрос 3 Какое перспективное топливо можно использовать в двигателях, кроме водорода и кислорода? 1) воду 2) метанол 3) СО 2 4) водяной пар Какое перспективное топливо можно использовать в двигателях, кроме водорода и кислорода? 1) воду 2) метанол 3) СО 2 4) водяной пар

16 источники on=51&article=85 vnutrennego-sgoraniya-na-vodorode on=51&article=85 vnutrennego-sgoraniya-na-vodorode Студент 21 группы Фазуллин Рустам Радифович руководитель: Сабитова Файруза Рифовна преподаватель физики ГАОУ СПО «Сармановский аграрный колледж» Студент 21 группы Фазуллин Рустам Радифович руководитель: Сабитова Файруза Рифовна преподаватель физики ГАОУ СПО «Сармановский аграрный колледж»