BMW mtihani gari na hidrojeni: sehemu ya pili

"Maji. Bidhaa pekee ya mwisho ya injini safi za BMW ni kutumia haidrojeni kioevu badala ya mafuta ya petroli na kuwezesha kila mtu kufurahia teknolojia mpya kwa dhamiri safi."

Njia ya BMW

Maneno haya ni nukuu kutoka kwa kampeni ya utangazaji ya kampuni ya Ujerumani miaka kadhaa iliyopita. Kwa muda mrefu hakuna mtu aliyehoji ukweli kwamba Bavaria wanajua vizuri sana wanachofanya linapokuja teknolojia ya magari na ni mmoja wa viongozi wa dunia wasio na shaka katika uwanja huu. Wala haingefikiriwa kuwa kampuni ambayo imeonyesha ukuaji thabiti wa mauzo katika miaka ya hivi majuzi ingetupa tani ya pesa kwenye matangazo ambayo hayajulikani sana kwa teknolojia za kuahidi na siku zijazo zisizo na uhakika.

Wakati huo huo, hata hivyo, maneno yaliyonukuliwa ni sehemu ya kampeni ya kukuza toleo la kigeni la hidrojeni la saa 745 la kinara wa mtengenezaji wa magari wa Bavaria. Kigeni, kwa sababu kulingana na BMW, mpito kwa njia mbadala za mafuta ya hydrocarbon, ambayo tasnia ya magari imekuwa ikilisha tangu mwanzo, itahitaji mabadiliko katika miundombinu yote ya uzalishaji. Mwisho ni muhimu kwa sababu WaBavaria wanaona njia ya kuahidi ya maendeleo si katika seli za mafuta zinazotangazwa sana, lakini katika ubadilishaji wa injini za mwako wa ndani ili kukimbia kwenye hidrojeni. BMW inaamini kwamba uboreshaji huo ni tatizo linaloweza kutatuliwa na tayari umefanya maendeleo makubwa katika kutatua tatizo kuu la kufikia utendaji wa kuaminika wa injini na kuondoa tabia yake ya michakato ya mwako isiyodhibitiwa kwa kutumia hidrojeni safi. Mafanikio katika mwelekeo huu ni kwa sababu ya uwezo katika uwanja wa udhibiti wa elektroniki wa michakato ya injini na uwezekano wa kutumia mifumo ya usambazaji wa gesi yenye hati miliki ya BMW Valvetronic na Vanos, bila ambayo haiwezekani kuhakikisha operesheni ya kawaida ya "injini za hidrojeni" . Walakini, hatua za kwanza katika mwelekeo huu zilianzia 1820, wakati mbuni William Cecil aliunda injini yenye mafuta ya hidrojeni inayofanya kazi kwa kinachojulikana kama "kanuni ya utupu" - mpango tofauti sana na ule wa injini iliyozuliwa baadaye na injini ya ndani. . kuungua. Katika maendeleo yake ya kwanza ya injini za mwako wa ndani miaka 60 baadaye, mwanzilishi Otto alitumia gesi iliyotajwa tayari na inayotokana na makaa ya mawe na maudhui ya hidrojeni ya karibu 50%. Walakini, pamoja na uvumbuzi wa kabureta, matumizi ya petroli yamekuwa ya vitendo zaidi na salama, na mafuta ya kioevu yamebadilisha njia zingine zote ambazo zimekuwepo hadi sasa. Sifa za hidrojeni kama mafuta ziligunduliwa tena miaka mingi baadaye na tasnia ya angani, ambayo iligundua haraka kwamba hidrojeni ilikuwa na uwiano bora wa nishati/molekuli ya mafuta yoyote yanayojulikana kwa wanadamu.

Mnamo Julai 1998, Jumuiya ya Viwanda ya Magari ya Uropa (ACEA) iliahidi kwa Jumuiya ya Ulaya kupunguza uzalishaji wa CO2008 kutoka kwa magari yaliyosajiliwa katika Umoja huo kwa wastani wa gramu 2 kwa kilomita na 140. Katika mazoezi, hii ilimaanisha kupunguzwa kwa uzalishaji kwa 25% ikilinganishwa na 1995, na wastani wa matumizi ya mafuta ya meli mpya ilikuwa karibu 6,0 l / 100 km. Katika siku za usoni, hatua za ziada zinatarajiwa kupunguza uzalishaji wa kaboni dioksidi kwa 14% ifikapo 2012. Hii inafanya kazi kwa kampuni za gari kuwa ngumu sana na, kulingana na wataalam wa BMW, inaweza kutatuliwa ama kwa kutumia mafuta yenye kaboni ndogo au kwa kuondoa kabisa kaboni kutoka kwa muundo wa mafuta. Kulingana na nadharia hii, haidrojeni inajitokeza tena katika uwanja wa magari katika utukufu wake wote.

Kampuni ya Bavaria ikawa mtengenezaji wa gari la kwanza kuzalisha kwa wingi magari yanayotumia hidrojeni. Madai ya matumaini na ujasiri ya Profesa Burkhard Geschel, mjumbe wa bodi ya BMW anayehusika na maendeleo mapya, kwamba "kampuni itauza magari ya haidrojeni kabla ya kumalizika kwa Mfululizo wa 7 wa sasa" kutimia. Na toleo lake la hivi karibuni Hydrojeni 7, safu ya saba, iliyoletwa mnamo 2006, na injini 12 hp 260-silinda. ujumbe huu tayari umekuwa ukweli. Nia hiyo ilionekana kutamani sana, lakini sio bila sababu. BMW imekuwa ikijaribu injini za mwako za ndani zinazoendesha hidrojeni tangu 1978, na mnamo 11 Mei 2000 ilifanya onyesho la kipekee la uwezekano wa njia hii mbadala. Meli ya kuvutia ya magari 15 ya hl kutoka kizazi kilichopita cha juma, inayotumiwa na haidrojeni injini-silinda kumi na mbili, ilimaliza mbio za kilomita 750, ikiangazia mafanikio ya kampuni na ahadi ya teknolojia mpya. Mnamo 170 na 000, baadhi ya magari haya yaliendelea kushiriki katika maandamano anuwai kuunga mkono wazo la haidrojeni. Basi ilikuwa wakati wa maendeleo mapya kulingana na Mfululizo 2001 unaofuata, ukitumia V-2002 ya kisasa ya lita-7 na yenye uwezo wa kasi ya juu ya 4,4 km / h, ikifuatiwa na maendeleo ya hivi karibuni na silinda 212 V-12. Kulingana na maoni rasmi ya kampuni hiyo, sababu ambazo BMW ilichagua teknolojia hii juu ya seli za mafuta ni ya kibiashara na ya kisaikolojia. Kwanza, njia hii itahitaji uwekezaji mdogo sana ikiwa miundombinu ya uzalishaji inabadilika. Pili, kwa sababu watu wamezoea injini nzuri ya mwako ya zamani, wanaipenda na itakuwa ngumu kuachana nayo. Na tatu, wakati huo huo, ilibadilika kuwa teknolojia hii inakua haraka kuliko teknolojia ya seli ya mafuta.

Katika magari ya BMW, hidrojeni huhifadhiwa kwenye chombo cha cryogenic kilichowekwa maboksi zaidi, kama chupa ya hali ya juu ya thermos iliyoundwa na kikundi cha majokofu cha Ujerumani Linde. Katika halijoto ya chini ya uhifadhi, mafuta huwa katika awamu ya kioevu na huingia kwenye injini kama mafuta ya kawaida.

Katika hatua hii, wabunifu wa kampuni ya Munich walizingatia sindano ya mafuta isiyo ya moja kwa moja, na ubora wa mchanganyiko unategemea hali ya uendeshaji wa injini. Katika hali ya upakiaji wa sehemu, injini inaendesha kwenye mchanganyiko konda sawa na mafuta ya dizeli - mabadiliko yanafanywa tu kwa kiasi cha mafuta yaliyoingizwa. Hii ndio inayoitwa "kudhibiti ubora" wa mchanganyiko, ambayo injini inaendesha na hewa nyingi, lakini kwa sababu ya mzigo mdogo, uundaji wa uzalishaji wa nitrojeni hupunguzwa. Wakati kuna haja ya nguvu kubwa, injini huanza kufanya kazi kama injini ya petroli, ikienda kwa kile kinachoitwa "udhibiti wa upimaji" wa mchanganyiko na mchanganyiko wa kawaida (sio konda). Mabadiliko haya yanawezekana, kwa upande mmoja, kwa sababu ya kasi ya udhibiti wa elektroniki wa michakato kwenye injini, na kwa upande mwingine, kwa sababu ya utendakazi rahisi wa mifumo ya kudhibiti usambazaji wa gesi - "Double" Vanos, inayofanya kazi kwa kushirikiana na Mfumo wa udhibiti wa ulaji wa Valvetronic bila throttle. Ikumbukwe kwamba, kulingana na wahandisi wa BMW, mpango wa kufanya kazi wa maendeleo haya ni hatua ya kati tu katika ukuzaji wa teknolojia na kwamba katika siku zijazo injini zitabadilisha kuingiza sindano ya haidrojeni kwenye mitungi na turbocharging. Mbinu hizi zinatarajiwa kusababisha mienendo bora ya gari kuliko injini inayofanana ya petroli na kuongezeka kwa ufanisi wa jumla wa injini ya mwako wa ndani kwa zaidi ya 50%. Hapa tulijizuia kwa makusudi kugusa mada ya "seli za mafuta", kwani suala hili limetumika kikamilifu hivi karibuni. Wakati huo huo, hata hivyo, lazima tutaje katika muktadha wa teknolojia ya hidrojeni ya BMW, kwani wabunifu huko Munich waliamua kutumia vifaa kama hivyo kuwezesha mtandao wa umeme kwenye bodi, ikiondoa kabisa nguvu ya kawaida ya betri. Hatua hii inaruhusu uokoaji wa ziada wa mafuta, kwani injini ya hidrojeni sio lazima kuendesha alternator, na mfumo wa umeme wa ndani unakuwa huru kabisa na huru wa njia ya kuendesha - inaweza kutoa umeme hata wakati injini haifanyi kazi, na pia kutoa. na hutumia nishati hujitolea kwa uboreshaji kamili. Ukweli kwamba ni umeme tu unaohitajika sasa unaweza kuzalishwa kusukuma pampu ya maji, pampu za mafuta, nyongeza ya breki na mifumo ya waya pia inatafsiriwa kuwa akiba ya ziada. Walakini, sambamba na ubunifu huu wote, mfumo wa sindano ya mafuta (petroli) haukufanya mabadiliko ya bei ghali. Ili kukuza teknolojia za haidrojeni mnamo Juni 2002, BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN iliunda mpango wa ushirikiano wa CleanEnergy, ambao ulianza na utengenezaji wa vituo vya kujaza na hidrojeni iliyosababishwa na iliyoshinikizwa.

BMW ndiye mwanzilishi wa miradi mingine kadhaa ya pamoja, pamoja na kampuni za mafuta, kati ya ambayo washiriki wanaofanya kazi zaidi ni Aral, BP, Shell, Total. Kuvutiwa na eneo hili la kuahidi kunakua kwa kasi - katika miaka kumi ijayo, EU pekee itatoa michango ya moja kwa moja ya kifedha kwa fedha za kufadhili maendeleo na utekelezaji wa teknolojia ya hidrojeni kwa kiasi cha euro bilioni 2,8. Kiasi cha uwekezaji na makampuni binafsi katika maendeleo ya "hidrojeni" katika kipindi hiki ni vigumu kutabiri, lakini ni wazi kwamba itazidi mara nyingi makato kutoka kwa mashirika yasiyo ya faida.

Hidrojeni katika injini za mwako ndani

Inashangaza kutambua kwamba, kutokana na mali ya kimwili na kemikali ya hidrojeni, inawaka zaidi kuliko petroli. Kwa mazoezi, hii inamaanisha kuwa nishati kidogo ya awali inahitajika ili kuanzisha mchakato wa mwako katika hidrojeni. Kwa upande mwingine, mchanganyiko konda sana unaweza kutumika kwa urahisi katika injini za hidrojeni - kitu ambacho injini za kisasa za petroli hufikia kupitia teknolojia ngumu na za gharama kubwa.

Joto kati ya chembe za mchanganyiko wa hidrojeni-hewa hutolewa kidogo, na wakati huo huo, joto la kuwasha kiotomatiki na kiwango cha michakato ya mwako ni kubwa zaidi kuliko ile ya petroli. Hydrojeni ina wiani mdogo na diffusivity kali (uwezekano wa chembe kupenya ndani ya gesi nyingine - katika kesi hii, hewa).

Nishati ya chini ya uanzishaji inayohitajika kwa kujiwasha ni mojawapo ya changamoto kubwa katika kudhibiti michakato ya mwako katika injini za hidrojeni kwa sababu mchanganyiko unaweza kuwaka kwa urahisi kutokana na kugusa maeneo yenye joto zaidi kwenye chumba cha mwako na upinzani wa kufuata mlolongo wa michakato isiyodhibitiwa kabisa. Kuepuka hatari hii ni mojawapo ya changamoto kubwa katika kuendeleza injini za hidrojeni, lakini si rahisi kuondokana na matokeo ya ukweli kwamba mchanganyiko unaowaka sana husafiri karibu sana na kuta za silinda na unaweza kupenya mapungufu nyembamba sana. kama vile valves zilizofungwa, kwa mfano ... Yote hii lazima izingatiwe wakati wa kuunda motors hizi.

Joto la juu la autoignition na idadi kubwa ya octane (karibu 130) inaruhusu kuongezeka kwa uwiano wa compression ya injini na, kwa hivyo, ufanisi wake, lakini tena kuna hatari ya autoignition ya hidrojeni kutokana na kuwasiliana na sehemu ya moto zaidi. katika silinda. Faida ya usambazaji mkubwa wa haidrojeni ni uwezekano wa kuchanganya rahisi na hewa, ambayo ikitokea kuvunjika kwa tanki inahakikisha utawanyiko wa haraka na salama wa mafuta.

Mchanganyiko bora wa hewa-hidrojeni kwa mwako una uwiano wa takriban 34: 1 (kwa petroli uwiano huu ni 14,7: 1). Hii ina maana kwamba wakati wa kuchanganya molekuli sawa ya hidrojeni na petroli katika kesi ya kwanza, zaidi ya mara mbili ya hewa inahitajika. Wakati huo huo, mchanganyiko wa hidrojeni-hewa huchukua nafasi kubwa zaidi, ambayo inaelezea kwa nini injini za hidrojeni zina nguvu kidogo. Mchoro wa kidijitali wa uwiano na ujazo ni fasaha kabisa - msongamano wa hidrojeni iliyo tayari kwa mwako ni mara 56 chini ya ile ya mvuke wa petroli .... Hata hivyo, ni lazima ieleweke kwamba, kwa kanuni, injini za hidrojeni pia zinaweza kufanya kazi na mchanganyiko wa hewa-hidrojeni hadi 180: 1 (yaani mchanganyiko "konda" sana), ambayo ina maana kwamba injini inaweza kuendeshwa. bila valve ya koo na kutumia kanuni ya injini za dizeli. Ikumbukwe pia kwamba hidrojeni ndiye kiongozi asiye na shaka katika kulinganisha hidrojeni na petroli kama vyanzo vya nishati kwa suala la wingi - kilo ya hidrojeni ni karibu mara tatu zaidi ya nishati kuliko kilo ya petroli.

Kama ilivyo kwa injini za petroli, hidrojeni iliyoyeyuka inaweza kudungwa moja kwa moja mbele ya valvu kwenye manifolds, lakini suluhisho bora ni sindano moja kwa moja wakati wa kiharusi cha kushinikiza - katika kesi hii, nguvu inaweza kuzidi ile ya injini sawa ya petroli kwa 25%. Hii ni kwa sababu mafuta (hidrojeni) hayaondoi hewa kama katika injini ya petroli au dizeli, ikiruhusu hewa pekee (kwa kiasi kikubwa zaidi kuliko kawaida) kujaza chumba cha mwako. Pia, tofauti na injini za petroli, injini za hidrojeni hazihitaji kuzunguka kwa muundo kwa sababu hidrojeni huenea vizuri na hewa bila kipimo hiki. Kwa sababu ya viwango tofauti vya kuungua katika sehemu tofauti za silinda, ni bora kuweka plugs mbili za cheche, na katika injini za hidrojeni, utumiaji wa elektroni za platinamu hauwezekani, kwani platinamu inakuwa kichocheo kinachoongoza kwa oxidation ya mafuta kwa joto la chini.

H2R

H2R ni mfano wa supersport unaofanya kazi uliojengwa na wahandisi wa BMW na inaendeshwa na injini ya silinda kumi na mbili ambayo hufikia kiwango cha juu cha pato cha 285 hp inapoendeshwa na hidrojeni. Shukrani kwao, mfano wa majaribio huharakisha kutoka 0 hadi 100 km / h katika sekunde sita na kufikia kasi ya juu ya kilomita 300 / h. Injini ya H2R inategemea kitengo cha kiwango cha juu kinachotumiwa katika petroli 760i na ilichukua kumi tu. miezi ya kuendeleza. Ili kuzuia mwako wa hiari, wataalam wa Bavaria wameunda mzunguko maalum wa mzunguko na mkakati wa sindano kwenye chumba cha mwako, kwa kutumia uwezekano unaotolewa na mifumo ya muda ya valves ya injini. Kabla ya mchanganyiko kuingia kwenye mitungi, mwisho huo hupozwa na hewa, na moto unafanywa tu kwenye kituo cha juu kilichokufa - kutokana na kiwango cha juu cha mwako na mafuta ya hidrojeni, mapema ya moto haihitajiki.

Matokeo

Uchambuzi wa kifedha wa mpito kwa nishati safi ya haidrojeni bado hauna matumaini sana. Uzalishaji, uhifadhi, usafirishaji na usambazaji wa gesi nyepesi bado ni michakato ya nguvu nyingi, na katika hatua ya sasa ya kiteknolojia ya maendeleo ya binadamu mpango huo hauwezi kuwa na ufanisi. Walakini, hii haimaanishi kwamba utafiti na utaftaji wa suluhisho hautaendelea. Mapendekezo ya kuzalisha haidrojeni kutoka kwa maji kwa kutumia umeme kutoka kwa paneli za jua na kuyahifadhi kwenye matangi makubwa yanaonekana kuwa na matumaini. Kwa upande mwingine, mchakato wa kuzalisha umeme na haidrojeni katika awamu ya gesi katika Jangwa la Sahara, kuipeleka Bahari ya Mediterania kwa bomba, ikimiminika na kusafirishwa na mizinga ya cryogenic, ikipakuliwa katika bandari na mwishowe ikisafirishwa na sauti za lori ni ujinga kidogo kwa sasa ..

Wazo la kupendeza liliwasilishwa hivi karibuni na kampuni ya mafuta ya Norway ya Norsk Hydro, ambayo ilipendekeza kuzalisha haidrojeni kutoka gesi asilia katika maeneo ya uzalishaji katika Bahari ya Kaskazini, na mabaki ya kaboni monoksidi ilihifadhiwa katika sehemu zilizomalizika chini ya bahari. Ukweli uko mahali fulani katikati, na wakati tu ndio utakaoelezea maendeleo ya tasnia ya haidrojeni yatakwenda wapi.

Tofauti ya Mazda

Kampuni ya Kijapani ya Mazda pia inaonyesha toleo lake la injini ya hidrojeni - kwa namna ya kitengo cha mzunguko wa gari la michezo RX-8. Hii haishangazi, kwa sababu sifa za muundo wa injini ya Wankel zinafaa sana kwa kutumia hidrojeni kama mafuta. Gesi huhifadhiwa chini ya shinikizo la juu katika tank maalum, na mafuta huingizwa moja kwa moja kwenye vyumba vya mwako. Kutokana na ukweli kwamba katika kesi ya injini za rotary, maeneo ambayo sindano na mwako hufanyika hutenganishwa, na joto katika sehemu ya kunyonya ni ya chini, tatizo la uwezekano wa moto usio na udhibiti hupunguzwa sana. Injini ya Wankel pia inatoa nafasi ya kutosha kwa sindano mbili, ambayo ni muhimu sana kwa kudunga kiwango bora cha hidrojeni.