Водород в автомобиле. Часть вторая: чистая энергия заряжает ДВС

BMW и Mazda сделали ход конём, предложив постепенный перевод автотранспорта на водород. Если построить машины, способные питаться и водородом, и бензином, говорят японские и немецкие инженеры, то водородная революция получится "бархатной". А значит — более реальной.

Автостроители двух известных фирм преодолели все трудности, связанные с такой гибридизацией.

Как и для авто на топливных элементах, которым предрекают скорый рассвет, создателям машин с водородным ДВС нужно было сперва решить, каким способом хранить водород в автомобиле.

 

 

Самый перспективный вариант — металл-гидриды — ёмкости со специальными сплавами, которые впитывают водород в свою кристаллическую решётку и отдают его при нагревании.

Так достигается самая высокая безопасность хранения и самая высокая плотность упаковки топлива. Но это и самый хлопотный, и дальний по срокам массовой реализации вариант.

Ближе к серийному производству топливные системы с баками, в которых водород хранится в газообразном виде под высоким давлением (300-350 атмосфер), либо в жидком виде, при сравнительно невысоком давлении, но низкой (253 градуса Цельсия ниже нуля) температуре.

Соответственно, в первом случае нам нужен баллон, рассчитанный на высокое давление, а во втором — мощнейшая теплоизоляция.

Первая роботизированная автозаправочная станция для жидкого водорода заработала в Мюнхене в 1999 году. Робот с помощью цифровой камеры находит лючок водородного бака, вставляет шланг и заправляет машину, после чего сам закрывает лючок.

Первый вариант более опасен, но зато в таком баке водород может сохраняться долго. Во втором случае безопасность куда выше, но на неделю-другую водородный автомобиль на стоянку не поставишь.

Точнее, поставишь, но водород хоть медленно, но будет нагреваться. Давление вырастет, и предохранительный клапан начнёт стравливать дорогое топливо в атмосферу.

Mazda выбрала вариант с баком высокого давления, BMW — с жидким водородом.

Немцы понимают все недостатки своей схемы, но сейчас BMW уже экспериментирует с необычной системой хранения, которую будет ставить на следующие свои водородные машины.

Пока автомобиль эксплуатируется, из окружающей атмосферы вырабатывается жидкий воздух и закачивается в промежуток между стенками водородного бака и внешней теплоизоляцией.

В таком баке водород почти не нагревается, пока испаряется жидкий воздух во внешней "рубашке". С таким устройством, говорят в BMW, водород в бездействующей машине может сохраняться почти без потерь примерно 12 дней.

	Водородный Mini (иллюстрация с сайта bmwworld.com).

Следующий важный вопрос — способ подачи топлива в двигатель. Но здесь сначала нужно перейти, собственно, к автомобилям.

BMW уже несколько лет эксплуатирует целый флот из опытных водородных "семёрок". Да, баварцы перевели на водород именно флагманскую модель.

Заметим, первый автомобиль на водороде BMW построила в 1979 году, но лишь в последние несколько лет фирма буквально взорвалась новыми водородными авто.

В рамках программы CleanEnergy в 1999-2001 годах BMW построила несколько двухтопливных (бензин/водород) "семёрок".

Их 4,4-литровые V-образные 8-цилиндровые двигатели развивают на водороде 184 лошадиные силы. На этом топливе (ёмкость в последней версии авто составляет 170 литров) лимузины могут пройти 300 километров, и ещё 650 километров — на бензине (в машине оставлен стандартный бак).

Также компания создала 12-цилиндровый двухтопливный двигатель, а ещё оснастила 4-цилиндровым 1,6-литровым водородным движком экспериментальный MINI Cooper.

Сначала компания развивала впрыск газообразного водорода во впускные трубы (перед клапанами). Потом экспериментировала с непосредственным впрыском газообразного водорода (под большим давлением) непосредственно в цилиндр.

А позже объявила, что, по всей видимости, впрыск жидкого водорода в область перед впускными клапанами, — самый многообещающий вариант. Но окончательный выбор не сделан и изыскания в этой области будут продолжены.

Mazda RX-8 Hydrogen Rotary Engine (иллюстрация с сайта h2cars.biz).

У Mazda своя гордость: она приспособила под водород свои знаменитые роторные двигатели Ванкеля.

Впервые такую машину японская компания построила в 1991 году, но это был чистый концепткар от бампера до бампера.

А вот в январе 2004 года разорвалась бомба. Японцы показали водородный (а точнее — двухтопливный) вариант своего знаменитого спорткара RX-8.

Его роторный мотор с собственным, кстати, именем RENESIS, завоевал титул "двигатель 2003 года", впервые в истории обставив на этом международном конкурсе классических поршневых соперников.

И вот теперь RENESIS научили "есть" водород, сохранив и бензиновое питание. При этом японцы подчёркивают преимущество двигателя Ванкеля при такой конверсии.

Водородный бак Mazda сертифицирован по японским и германским стандартам на баллоны высокого давления на 350 атмосфер (иллюстрация с сайта h2cars.biz).

Перед впускными окнами в корпусе роторного мотора — масса свободного места, где в отличие от тесной головки цилиндра поршневого ДВС легко разместить форсунки. Их две на каждую из двух секций RENESIS.

В двигателе Ванкеля полости всасывания, сжатия, рабочего хода и выхлопа разделены (в то время как в обычном моторе — это один и тот же цилиндр).

Потому здесь не может произойти случайного преждевременного воспламенения водорода от "встречного огня", да и форсунки для впрыска работают всегда в благоприятной (в смысле долговечности), холодной зоне мотора.

На водороде японский Ванкель развивает 110 лошадиных сил — почти вдвое меньше, чем на бензине.

Вообще-то, в расчёте на вес водород энергетически более "содержательное" топливо, чем бензин. Но таковы настройки топливных систем, выбранные инженерами Mazda.

Итак, BMW и Mazda нанесли двойной удар по стану сторонников топливных элементов.

Хотя стоимость последних постоянно снижается, а технологии совершенствуются, не исключено, что именно серийные ДВС на водороде откроют новую эру на дорогах планеты.

Вот прогноз баварцев.

В последующие три года водородные заправки (хоть по одной) построят во всех западноевропейских столицах, а также на самых крупных трансъевропейских магистралях.

Так же, как и баварцы, японские инженеры сохранили в RX-8 HRE бак для бензина (иллюстрация с сайта mazda.co.jp).

До 2010 года первые двухтопливные авто появятся в магазинах. В 2015-м на дорогах их будет уже несколько тысяч. В 2025 году четверть мирового автопарка будет питаться водородом.

Какую пропорцию среди водородных машин составят машины с ДВС и авто на топливных элементах — деликатные немцы уточнять не стали.

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru