BMW және сутегі сынақ дискісі: екінші бөлім

«Су. BMW компаниясының таза қозғалтқыштарының жалғыз түпкі өнімі мұнай отынының орнына сұйық сутекті пайдалану және әркімге таза ар-ұжданмен жаңа технологияларды пайдалануға мүмкіндік береді».

BMW жолы

Бұл сөздер бірнеше жыл бұрын неміс компаниясының жарнамалық науқанынан алынған үзінді. Ұзақ уақыт бойы ешкім бавариялықтардың мотор технологиясына қатысты не істеп жатқанын жақсы білетініне және осы саладағы сөзсіз әлемдік көшбасшылардың бірі екеніне күмән келтірген жоқ. Сондай-ақ соңғы жылдары сатылымының айтарлықтай өсуін көрсеткен компания болашағы белгісіз перспективалы технологиялар үшін аз танымал жарнамаларға бір тонна ақшаны лақтырады деп ойлауға болмайды.

Сонымен бірге, келтірілген сөздер Бавариялық автоөндіруші флагманының 745 сағаттық сутегі экзотикалық нұсқасын насихаттау науқанының бөлігі болып табылады. Экзотикалық, өйткені BMW-ның пікірінше, автомобиль өнеркәсібі басынан бері қоректендіретін көмірсутекті отынға баламаларға көшу бүкіл өндірістік инфрақұрылымды өзгертуді талап етеді. Соңғысы қажет, өйткені бавариялықтар перспективалы даму жолын кеңінен жарнамаланған отын ұяшықтарынан емес, іштен жанатын қозғалтқыштарды сутегімен жұмыс істеуге түрлендіруден көреді. BMW жаңартуды шешуге болатын мәселе деп санайды және қозғалтқыштың сенімді өнімділігіне қол жеткізу және оның таза сутегі арқылы бақыланбайтын жану процестеріне бейімділігін жоюдың негізгі мәселесін шешуде айтарлықтай жетістіктерге жетті. Бұл бағыттағы табыс қозғалтқыш процестерін электронды басқару саласындағы құзыреттілікке және BMW патенттелген Valvetronic және Vanos икемді газ тарату жүйелерін пайдалану мүмкіндігіне байланысты, онсыз «сутегі қозғалтқыштарының» қалыпты жұмысын қамтамасыз ету мүмкін емес еді. . Дегенмен, бұл бағыттағы алғашқы қадамдар 1820 жылы дизайнер Уильям Сесил «вакуумдық принцип» деп аталатын сутегі отынымен жұмыс істейтін қозғалтқышты жасаған кезде басталады - схема кейін ойлап тапқан ішкі қозғалтқышы бар қозғалтқыштан мүлдем өзгеше. . жану. 60 жылдан кейін ішкі жану қозғалтқыштарын алғаш жасаған кезде пионер Отто сутегінің шамамен 50% құрайтын жоғарыда аталған және көмірден алынған синтетикалық газды пайдаланды. Дегенмен, карбюратордың өнертабысымен бензинді пайдалану әлдеқайда практикалық және қауіпсіз болды, ал сұйық отын осы уақытқа дейін болған барлық басқа баламаларды ауыстырды. Сутегінің отын ретіндегі қасиеттерін көптеген жылдар өткен соң ғарыш саласы қайта ашты, ол сутегі адамзатқа белгілі кез келген отынның ең жақсы энергия/масса қатынасына ие екенін тез ашты.

1998 жылдың шілдесінде Еуропалық автомобиль индустриясының қауымдастығы (ACEA) Еуропалық Одаққа Одақта жаңадан тіркелген көліктерден шығарылатын CO2008 шығарындыларын орта есеппен километрге 2 граммнан 140-қа азайтуға міндеттеме алды. Іс жүзінде бұл 25 жылмен салыстырғанда шығарындылардың 1995% төмендеуін білдірді, ал жаңа парктің орташа отын шығыны шамамен 6,0 л / 100 км құрады. Жақын болашақта 14 жылға қарай көмірқышқыл газының шығарындыларын 2012% төмендетуге мүмкіндік беретін қосымша шаралар күтілуде. Бұл автокөлік компаниялары үшін тапсырманы өте қиын етеді және BMW мамандарының пікірінше, төмен көміртекті отынды қолдану арқылы немесе отын құрамынан көміртекті толық жою арқылы шешіледі. Бұл теорияға сәйкес, сутегі барлық даңқымен автомобиль аренасында қайта пайда болады.

Бавариялық компания сутегімен жұмыс істейтін машиналарды сериялы шығарған алғашқы автомобиль өндірушісі болды. BMW компаниясының жаңа әзірлемелерге жауапты мүшесі, профессор Беркхард Гешелдің «компания қазіргі 7 сериясының мерзімі аяқталғанға дейін сутегі машиналарын сататын болады» деген оптимистік және сенімді пікірлері орындалды. 7 а.к., 2006 цилиндрлі қозғалтқышы бар, 12 жылы шығарылған, жетінші сериясы - гидроген 260 соңғы нұсқасымен. бұл хабар қазірдің өзінде шындыққа айналды. Ниет өте өршіл болып көрінді, бірақ себепсіз емес. BMW 1978 жылдан бастап сутегіде жұмыс істейтін ішкі жану қозғалтқыштарымен тәжірибе жүргізіп келеді және 11 жылдың 2000 мамырында осы балама мүмкіндіктердің ерекше көрсетілімін жасады. Он екі цилиндрлі сутегі қозғалтқышымен жұмыс жасайтын алдыңғы аптаның 15 750 л.с. көліктерінен тұратын әсерлі паркі 170 000 км марафонды аяқтап, компанияның жетістігі мен жаңа технологияның уәдесін көрсетті. 2001 және 2002 жылдары осы көлік құралдарының кейбіреулері сутегі идеясын қолдайтын әр түрлі шерулерге қатысуды жалғастырды. Содан кейін 7 км / сағ жылдамдыққа қабілетті заманауи 4,4 литрлік V-212 қозғалтқышын қолданатын келесі 12 серияға негізделген жаңа дамудың уақыты келді, содан кейін XNUMX цилиндрлі V-XNUMX дамыған. Компанияның ресми пікірі бойынша, BMW-нің отын ұяшықтарына қарағанда бұл технологияны таңдауының себебі коммерциялық және психологиялық болып табылады. Біріншіден, бұл өндіріс инфрақұрылымы өзгерген жағдайда айтарлықтай аз инвестицияларды қажет етеді. Екіншіден, адамдар бұрынғы ішкі жану қозғалтқышына үйренгендіктен, олар оны ұнатады және онымен бөлісу қиын болады. Үшіншіден, әзірге бұл технология отын ұяшығының технологиясына қарағанда тезірек дамып келе жатқандығы белгілі болды.

BMW автомобильдерінде сутегі өте оқшауланған криогенді ыдыста сақталады, мысалы, неміс тоңазытқыштары Linde тобы жасаған жоғары технологиялық термос бөтелкесі. Төмен сақтау температурасында отын сұйық фазада болады және әдеттегі отын сияқты қозғалтқышқа енеді.

Бұл кезеңде Мюнхен компаниясының дизайнерлері жанармайдың жанама бүркуіне назар аударды, ал қоспаның сапасы қозғалтқыштың жұмыс режиміне байланысты. Жартылай жүктеме режимінде қозғалтқыш дизельдік отынға ұқсас майсыз қоспаларда жұмыс істейді - өзгерту тек айдалатын отын мөлшерінде ғана жасалады. Бұл қоспаның «сапасын бақылау» деп аталады, онда қозғалтқыш артық ауамен жұмыс істейді, бірақ жүктеменің аздығына байланысты азот шығарындыларының түзілуі барынша азайтылады. Маңызды қуат қажет болғанда қозғалтқыш бензин қозғалтқышы сияқты жұмыс істей бастайды, қоспаның «сандық бақылауына» және қалыпты (майыспайтын) қоспаларға ауысады. Бұл өзгерістер, бір жағынан, қозғалтқыштағы процестерді электронды басқару жылдамдығының арқасында, ал екінші жағынан, газ таратуды басқару жүйелерінің икемді жұмысының арқасында мүмкін - «қос» Vanos, олармен бірге жұмыс істейді. Дроссельсіз Valvetronic қабылдауды басқару жүйесі. BMW инженерлерінің айтуынша, бұл әзірлеменің жұмыс схемасы технологияның дамуының аралық кезеңі болып табылады және болашақта қозғалтқыштар цилиндрлерге және турбокомпрессорға сутегі айдауына ауысады. Бұл әдістер бензин қозғалтқышына қарағанда автокөліктің жақсы динамикасына әкеледі және ішкі жану қозғалтқышының жалпы тиімділігін 50%-ға арттырады деп күтілуде. Мұнда біз «отын элементтері» тақырыбына тоқталудан әдейі бас тарттық, өйткені бұл мәселе соңғы кездері өте белсенді қолданылуда. Сонымен қатар, біз оларды BMW-ның сутегі технологиясы контекстінде айтуымыз керек, өйткені Мюнхендегі дизайнерлер автокөліктердегі борттық электр желісін қуаттандыру үшін дәл осындай құрылғыларды қолдануға шешім қабылдады, бұл аккумулятордың кәдімгі қуатын мүлдем жояды. Бұл қозғалыс отынды қосымша үнемдеуге мүмкіндік береді, өйткені сутегі қозғалтқышы генераторды басқарудың қажеті жоқ, ал борттық электр жүйесі толығымен автономды және жетек жолына тәуелсіз болады - ол қозғалтқыш жұмыс істемей тұрғанда да электр энергиясын өндіре алады, сондай-ақ өндіреді. және энергияны тұтыну толық оңтайландыруға мүмкіндік береді. Су сорғысын, май сорғыларын, тежегіш күшейткішті және сымды жүйелерді қуаттандыру үшін қажет болғанша электр энергиясын өндіруге болатындығы да қосымша үнемдеуге әкеледі. Алайда, барлық осы жаңалықтармен қатар, жанармай бүрку жүйесі (бензин) іс жүзінде қымбат дизайндық өзгерістерге ұшыраған жоқ. Сутегі технологиясын ілгерілету мақсатында 2002 жылдың маусымында BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN компаниялары CleanEnergy серіктестік бағдарламасын құрды, ол сұйытылған және сығылған сутегі бар АГС -ты дамытудан басталды.

BMW басқа да бірқатар бірлескен жобалардың бастамашысы болып табылады, оның ішінде мұнай компанияларымен, олардың ішінде ең белсенді қатысушылары Арал, ВР, Shell, Total болып табылады. Бұл перспективалы салаға қызығушылық экспоненциалды түрде өсуде – алдағы он жылда тек Еуроодақ сутегі технологияларын әзірлеу мен енгізуді қаржыландыруға арналған қорларға 2,8 миллиард еуро көлемінде тікелей қаржылық жарналар береді. Осы кезеңде «сутегін» игеруге жеке компаниялардың инвестиция көлемін болжау қиын, бірақ ол коммерциялық емес ұйымдардан түсетін аударымдардан бірнеше есе асып түсетіні анық.

Ішкі жану қозғалтқыштарындағы сутегі

Бір қызығы, сутегінің физикалық және химиялық қасиеттеріне байланысты ол бензинге қарағанда әлдеқайда жанғыш. Іс жүзінде бұл сутегідегі жану процесін бастау үшін әлдеқайда аз бастапқы энергия қажет дегенді білдіреді. Екінші жағынан, өте нәзік қоспаларды сутегі қозғалтқыштарында оңай қолдануға болады - заманауи бензин қозғалтқыштары күрделі және қымбат технологиялар арқылы қол жеткізе алатын нәрсе.

Сутегі-ауа қоспасының бөлшектері арасындағы жылу аз бөлінеді, сонымен бірге өздігінен тұтану температурасы мен жану процестерінің жылдамдығы бензиндікінен әлдеқайда жоғары. Сутегінің тығыздығы төмен және күшті диффузиялық қасиеті бар (бөлшектердің басқа газға ену мүмкіндігі - бұл жағдайда ауа).

Өздігінен тұтану үшін қажетті төмен белсендіру энергиясы сутегі қозғалтқыштарындағы жану процестерін басқарудағы ең үлкен қиындықтардың бірі болып табылады, себебі қоспа жану камерасындағы ыстық аймақтармен жанасу және толығымен бақыланбайтын процестер тізбегіне төзімділік салдарынан өздігінен оңай тұтануы мүмкін. Бұл тәуекелді болдырмау сутегі қозғалтқыштарын жасаудағы ең үлкен қиындықтардың бірі болып табылады, бірақ жоғары диффузиялық жану қоспасы цилиндр қабырғаларына өте жақын өтетін және өте тар саңылауларға өте алатын фактінің салдарын жою оңай емес. жабық клапандар сияқты, мысалы... Осы қозғалтқыштарды жобалау кезінде мұның барлығын ескеру қажет.

Автоматты түрде жоғары температура және жоғары октанды сан (шамамен 130) қозғалтқыштың сығылу коэффициентін және сәйкесінше оның тиімділігін жоғарылатуға мүмкіндік береді, бірақ тағы да сутектің ыстық бөлігіне тиіп кету қаупі бар. цилиндрде. Сутектің жоғары диффузиялық сыйымдылығының артықшылығы - резервуардың ыдырауы жағдайында отынның тез және қауіпсіз таралуына кепілдік беретін ауамен оңай араласу мүмкіндігі.

Жану үшін тамаша ауа-сутегі қоспасы шамамен 34:1 қатынасына ие (бензин үшін бұл қатынас 14,7:1). Бұл бірінші жағдайда сутегі мен бензиннің бірдей массасын біріктіргенде екі есе көп ауа қажет екенін білдіреді. Сонымен қатар, сутегі-ауа қоспасы айтарлықтай көбірек орын алады, бұл сутегімен жұмыс істейтін қозғалтқыштардың неліктен аз қуатқа ие екенін түсіндіреді. Пропорциялар мен көлемдердің таза цифрлық иллюстрациясы өте керемет - жануға дайын сутегінің тығыздығы бензин буынан 56 есе аз .... Дегенмен, сутегі қозғалтқыштары негізінен 180:1 (яғни өте «арық» қоспалар) дейінгі ауа-сутегі қоспаларымен де жұмыс істей алатынын атап өткен жөн, бұл өз кезегінде қозғалтқышты басқаруға болатынын білдіреді. дроссельдік клапансыз және дизельді қозғалтқыштардың принципін қолданыңыз. Сондай-ақ, сутегінің массасы бойынша энергия көздері ретінде сутегі мен бензинді салыстыруда сөзсіз көшбасшы екенін атап өткен жөн - сутегі килограммы бір килограмм бензинге қарағанда үш есе дерлік энергияны көп қажет етеді.

Бензин қозғалтқыштары сияқты, сұйытылған сутекті коллекторлардағы клапандардың алдына тікелей айдауға болады, бірақ ең жақсы шешім сығымдау кезінде тікелей айдау болып табылады - бұл жағдайда қуат ұқсас бензин қозғалтқышынан 25% асып кетуі мүмкін. Себебі жанармай (сутегі) бензин немесе дизельдік қозғалтқыштағыдай ауаны ығыстырмайды, жану камерасын тек ауамен (әдеттегіден айтарлықтай көп) толтыруға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, бензин қозғалтқыштарынан айырмашылығы, сутегі қозғалтқыштары құрылымдық айналуды қажет етпейді, өйткені бұл шарасыз сутегі ауамен жеткілікті түрде жақсы таралады. Цилиндрдің әртүрлі бөліктеріндегі әртүрлі жану жылдамдығына байланысты екі ұшқынды орналастырған дұрыс, ал сутегі қозғалтқыштарында платина электродтарын пайдалану мүмкін емес, өйткені платина төмен температурада отынның тотығуына әкелетін катализаторға айналады.

H2R

H2R - бұл BMW инженерлері жасаған және сутегімен жұмыс істегенде максималды қуаты 285 а.к. болатын он екі цилиндрлі қозғалтқышпен жұмыс істейтін суперспорт прототипі. Олардың арқасында эксперименталды модель алты секундта 0-ден 100 км/сағ жылдамдыққа жетеді және 300 км/сағ максималды жылдамдыққа жетеді.H2R қозғалтқышы бензин 760i-де қолданылатын стандартты жоғарғы деңгейлі блокқа негізделген және бар болғаны он болды. дамыту үшін айлар. Өздігінен жанудың алдын алу үшін бавариялық мамандар қозғалтқыштың ауыспалы клапанының уақыт жүйесімен қамтамасыз етілген мүмкіндіктерді пайдалана отырып, жану камерасына арнайы ағын циклі мен айдау стратегиясын әзірледі. Қоспа цилиндрлерге түспес бұрын, соңғысы ауамен салқындатылады, ал тұтану тек жоғарғы өлі орталықта жүзеге асырылады - сутегі отынымен жоғары жану жылдамдығына байланысты тұтануды алға жылжыту қажет емес.

қорытындылар

Таза сутегі энергиясына көшудің қаржылық талдауы әлі де оптимистік емес. Жеңіл газды өндіру, сақтау, тасымалдау және жеткізу әлі де энергияны қажет ететін процестер болып табылады, ал адамзат дамуының қазіргі технологиялық кезеңінде мұндай схема тиімді бола алмайды. Алайда, бұл зерттеулер мен шешімдер іздеу жалғаспайды деген сөз емес. Суды сутектен күн батареяларынан алынатын электр қуатын алу және оны үлкен сыйымдылықтарда сақтау туралы ұсыныстар оптимистік тұрғыдан естіледі. Екінші жағынан, Сахара шөліндегі газ фазасында электр энергиясы мен сутегін өндіру, оны Жерорта теңізіне құбыр арқылы тасымалдау, сұйылту және криогенді цистерналармен тасымалдау, порттарға түсіру және ақыр соңында оны жүк көлігімен тасымалдау процесі сәл күлкілі болып көрінеді ...

Жақында қызықты идеяны Норвегияның Norsk Hydro мұнай компаниясы ұсынды, ол Солтүстік теңіздегі өндіріс орындарында табиғи газдан сутегін шығаруды ұсынды, ал қалдық көмірқышқыл газы теңіз түбіндегі таусылған кен орындарында сақталды. Шындықтың ортасында жатыр, тек сутегі индустриясының қайда кететінін уақыт көрсетеді.

Mazda нұсқасы

Жапондық Mazda компаниясы да сутегі қозғалтқышының өз нұсқасын - RX-8 роторлы спорт машинасы түрінде көрсетуде. Бұл таңқаларлық емес, өйткені Ванкел қозғалтқышының дизайн ерекшеліктері сутекті отын ретінде пайдалану үшін өте қолайлы. Газ жоғары қысыммен арнайы резервуарда сақталады, ал отын тікелей жану камераларына айдалады. Айналмалы қозғалтқыштар жағдайында айдау және жану орын алатын аймақтар бөлінген, ал сору бөлігіндегі температура төмен болғандықтан, бақылаусыз тұтану мүмкіндігі мәселесі айтарлықтай төмендейді. Wankel қозғалтқышы сонымен қатар екі инжекторға жеткілікті орын ұсынады, бұл сутегінің оңтайлы мөлшерін айдау үшін өте маңызды.