Сутекті қозғалтқыш. Бұл қалай жұмыс істейді және кемшіліктер

Іштен жанатын қозғалтқыштар жеке қуат блогы ретінде күрт пайда болған жоқ. Керісінше, классикалық қозғалтқыш жылу қозғалтқыштарын жетілдіру және жетілдіру нәтижесінде пайда болды. Біз автомобильдер капотының астында көріп үйренген қондырғының біртіндеп қалай пайда болғандығы туралы оқыңыз. жеке мақалада.

Алайда, ішкі жану қозғалтқышымен жабдықталған алғашқы машина пайда болған кезде, адамзат жылқы тәрізді үнемі тамақтануды қажет етпейтін өздігінен жүретін машинаны алды. 1885 жылдан бастап қозғалтқыштарда көп нәрсе өзгерді, бірақ бір кемшілік өзгеріссіз қалды. Бензин (немесе басқа отын) мен ауаның қоспасы жану кезінде қоршаған ортаны ластайтын зиянды заттар тым көп бөлінеді.

Егер өздігінен жүретін көліктер пайда болғанға дейін Еуропа елдерінің сәулетшілері ірі қалалар ат тезегінде батып кетеді деп қорықса, бүгінде мегаполис тұрғындары лас ауамен тыныстайды.

Тасымалдаудағы экологиялық стандарттарды қатаңдату көлік құралдары өндірушілерін қуатты дренажды тазартуға мәжбүр етеді. Осылайша, көптеген компаниялар бұрын жасалған Анжос Джедликтің технологиясына - 1828 жылы пайда болған электр тартымындағы өздігінен жүретін арбаға қызығушылық танытты. Бүгінгі күні бұл технология автомобиль әлемінде мықтап орныққандығы соншалық, сіз ешкімді электромобильмен немесе гибридпен таң қалдырмайсыз.

Бірақ шынымен де жігерлендіретін нәрсе - бұл электр энергиясы стансалары, оның жалғыз шығуы - ауыз су. Бұл сутегі қозғалтқышы.

Сутекті қозғалтқыш дегеніміз не?

Бұл отын ретінде сутекті қолданатын қозғалтқыш түрі. Бұл химиялық элементті қолдану көмірсутегі ресурстарының сарқылуын азайтады. Мұндай қондырғыларға қызығушылықтың екінші себебі - қоршаған ортаның ластануын азайту.

Көлікте қандай қозғалтқыш қолданылатынына байланысты оның жұмысы классикалық ішкі жану қозғалтқышынан ерекшеленеді немесе бірдей болады.

Қысқаша тарихы

Ішкі жану сутегі қозғалтқыштары ICE принципі жетілдіріліп, жетілдіріліп жатқан кезде пайда болды. Француз инженері және өнертапқышы іштен жанатын қозғалтқыштың өзіндік нұсқасын жасады. Ол өзінің дамуында қолданған отын сутегі болып табылады, ол H электролизі нәтижесінде пайда болады₂A. 1807 жылы алғашқы сутегі машинасы пайда болды.

Исаак Де Риваз 1807 жылы әскери техниканың тракторын жасауға патент берді. ол сутекті энергия блоктарының бірі ретінде пайдалануды ұсынды.

Қуат блогы поршень болды, ал ондағы тұтану цилиндрде ұшқынның пайда болуына байланысты болды. Рас, өнертапқыштың алғашқы туындысы қолмен ұшқын шығаруды қажет етті. Небәрі екі жылдан кейін ол өз жұмысын аяқтады, ал алғашқы өздігінен жүретін сутегі машинасы дүниеге келді.

Алайда, ол кезде дамуға мән берілмеген, өйткені газды алу және сақтау бензин сияқты оңай емес. Ленинградта 1941 жылдың екінші жартысынан бастап блокада кезінде сутегі қозғалтқыштары іс жүзінде қолданылды. Дегенмен, бұл тек сутегі бірліктері емес екенін мойындауымыз керек. Бұл қарапайым жану қозғалтқыштары ГАЗ, олар үшін жанармай болған жоқ, бірақ ол кезде газ көп болды, өйткені олар әуе шарларымен толтырылды.

80-ші жылдардың бірінші жартысында көптеген елдер, тек еуропалық елдер ғана емес, сонымен қатар Америка, Ресей және Жапония қондырғылардың осы түрімен тәжірибе жасап көрді. Сонымен, 1982 жылы Квант зауыты мен РАФ автомобиль кәсіпорнының бірлескен жұмысымен сутегі мен ауа қоспасында жұмыс істейтін аралас қозғалтқыш пайда болды және қуат көзі ретінде 5 кВт / сағ батарея қолданылды.

Содан бері әр түрлі елдер өздерінің модельдік желілеріне «жасыл» көлік құралдарын енгізуге талпыныс жасады, бірақ көп жағдайда мұндай машиналар прототип санатында қалды немесе өте шектеулі шығарылды.

Бұл қалай жұмыс істейді

Бүгінгі таңда осы санаттағы жұмыс істейтін қозғалтқыштар көп болғандықтан, әр жағдайда сутегі зауыты өзінің принципі бойынша жұмыс істейтін болады. Классикалық ішкі жану қозғалтқышын ауыстыра алатын бір модификацияның қалай жұмыс істейтінін қарастырыңыз.

Мұндай қозғалтқышта отын элементтері міндетті түрде қолданылады. Олар электрохимиялық реакцияны белсендіретін генераторлардың бір түрі. Құрылғының ішінде сутек тотығады, реакция нәтижесінде электр, су буы және азот бөлінеді. Мұндай қондырғыда көмірқышқыл газы шығарылмайды.

Ұқсас қондырғыға негізделген көлік құралы - сол электромобиль, тек ондағы батарея әлдеқайда аз. Жанармай ұяшығы барлық көлік жүйелерін басқаруға жеткілікті энергия өндіреді. Тек ескерту керек, бұл процестің басынан бастап энергияны өндіруге дейін ол шамамен 2 минутты алуы мүмкін. Бірақ қондырғының максималды шығысы жүйе қызғаннан кейін басталады, бұл сағатына төрттен 60 минутқа дейін созылады.

Электр станциясы бекер жұмыс істемеуі үшін және тасымалдауға сапарды алдын-ала дайындаудың қажеті жоқ, оған кәдімгі аккумулятор орнатылған. Жүргізу кезінде ол қалпына келтіруге байланысты қайта зарядталады, және ол тек машинаны іске қосу үшін қажет.

Мұндай автомобильге әртүрлі көлемдегі цилиндр орнатылған, оған сутегі құйылады. Жүргізу режиміне, машинаның көлеміне және электр қондырғысының қуатына байланысты бір кило газ 100 шақырым жол жүруге жетеді.

Сутекті қозғалтқыш түрлері

Сутекті қозғалтқыштардың бірнеше модификациясы болғанымен, олардың барлығы екі түрге бөлінеді:

• Отын элементі бар қондырғы түрі;
• Өзгертілген ішкі жану қозғалтқышы, сутегімен жұмыс істеуге бейімделген.

Әр түрін бөлек қарастырайық: олардың ерекшеліктері қандай.

Сутегі отын элементтеріне негізделген электр станциялары

Отын ұяшығы электрохимиялық процесс жүретін батарея принципіне негізделген. Сутегі аналогының айырмашылығы оның жоғары тиімділігінде (кейбір жағдайларда 45 пайыздан асады).

Жанармай ұяшығы - бұл екі элемент орналастырылған бір камера: катод және анод. Екі электрод платинамен (немесе палладиймен) қапталған. Олардың арасында мембрана орналасқан. Ол қуысты екі камераға бөледі. Қуысқа катодпен оттегі, ал екіншісіне сутек беріледі.

Нәтижесінде химиялық реакция пайда болады, оның нәтижесі оттегі мен сутегі молекулаларының электр энергиясын шығарумен қосылуы. Процестің жанама әсері - бөлінетін су мен азот. Отын элементтерінің электродтары автомобильдің электр тізбегіне, оның ішінде электр қозғалтқышына қосылады.

Ішкі жану қозғалтқыштары

Бұл жағдайда қозғалтқыш сутегі деп аталса да, ол әдеттегі ICE сияқты құрылымға ие. Айырмашылық тек жанатын бензин немесе пропан емес, сутегі. Егер сіз цилиндрді сутегімен толтырсаңыз, онда бір мәселе бар - бұл газ әдеттегі қондырғының тиімділігін шамамен 60 пайызға төмендетеді.

Қозғалтқышты жаңартпай сутегіге ауысудың тағы бірнеше проблемалары:

• ГТС сығылған кезде газ жану камерасы мен поршень жасалған металмен химиялық реакцияға түседі, көбінесе бұл қозғалтқыш майымен де болуы мүмкін. Осыған байланысты жану камерасында тағы бір қосылыс пайда болады, ол жақсы жағудың ерекше қабілетімен ерекшеленбейді;
• Жану камерасындағы саңылаулар мінсіз болуы керек. Егер бір жерде жанармай жүйесі кем дегенде ағып кетсе, ыстық заттармен жанасқан кезде газ оңай жанып кетеді.

Honda Clarity қозғалтқышы

Осы себептерге байланысты сутекті айналмалы қозғалтқыштарда отын ретінде пайдалану тиімді (олардың ерекшелігі неде, оқыңыз) осында). Мұндай қондырғылардың қабылдау және шығару коллекторлары бір-бірінен бөлек орналасқан, сондықтан кірістегі газ қызбайды. Қозғалтқыштар модернизацияланып жатқан кезде, арзан және экологиялық таза отынды пайдалану проблемаларын болдырмауға тырысыңыз.

Отын элементтерінің қызмет ету мерзімі қанша?

Бүгінгі күні бүкіл әлемде мұндай машиналар өте сирек кездеседі және олар серияға енбеген, бұл энергия көзі қандай ресурсқа ие екенін айту қиын. Шеберлерде бұл тұрғыда әлі тәжірибе жоқ.

Айту керек жалғыз нәрсе - Toyota өкілдерінің айтуынша, олардың Mirai шығаратын автокөлігінің жанармай элементі 250 мың шақырымға дейін энергияны үздіксіз өндіруге қабілетті. Бұл кезеңнен кейін сіз құрылғының тиімділігін бақылауыңыз керек. Егер оның өнімділігі айтарлықтай төмендеген болса, жанармай элементі уәкілетті қызмет көрсету орталығында ауыстырылады. Рас, бұл процедурадан компания лайықты соманы алады деп күтуге болады.

Қандай компаниялар сутекті автомобильдер шығарады немесе жасамақшы?

Көптеген компаниялар экологиялық таза энергия блогын дамытумен айналысады. Дизайн бюросында қазірдің өзінде жұмыс нұсқалары бар, серияларға шығуға дайын авто маркалар:

• Mercedes-Benz-бұл GLC F-Cell кроссовері, оның сатылымы 2018 жылы жарияланған, бірақ әзірге оны Германияның санаулы кәсіпорындары мен министрліктері ғана сатып алған. Жақында GenH2 сутегі отынды тракторының прототипі ұсынылды;
• Hyundai - Nexo прототипі екі жыл бұрын енгізілген;
• BMW - бұл құрастыру желісінен шыққан сутегі 7 сутегінің прототипі. 100 данадан тұратын партия эксперименттік кезеңде қалды, бірақ бұл қазірдің өзінде.

Америкада да, Еуропада да сатып алуға болатын вагондардың ішінде сәйкесінше Toyota мен Honda-дан Mirai және Clarity модельдері бар. Басқа компаниялар үшін бұл әзірлеме сызба түрінде немесе жұмыс істемейтін прототип түрінде болады.

toyota mirai

Honda айқындығы

Сутегімен жүретін автомобиль қанша тұрады?

Сутегі машинасының құны лайықты. Мұның себебі - отын элементтерінің (палладий немесе платина) электродтарын құрайтын қымбат металдар. Сондай-ақ, заманауи автокөлік көптеген қауіпсіздік жүйелерімен жабдықталған және электр элементтерінің жұмысын тұрақтандырады, бұл да материалдық ресурстарды қажет етеді.

Мұндай автомобильге техникалық қызмет көрсету (отын элементтері ауыстырылғанға дейін) соңғы ұрпақтың қарапайым машинасынан әлдеқайда қымбат емес. Сутегі өндірісіне демеушілік жасайтын елдер бар, бірақ мұны ескергенде де сіз газдың бір килограмы үшін орта есеппен 11 жарым доллар төлеуге тура келеді. Қозғалтқыштың түріне байланысты бұл шамамен жүз шақырымға жетуі мүмкін.

Неліктен сутекті автомобильдер электромобильдерге қарағанда жақсы?

Егер сіз отын жасушалары бар сутегі қондырғысын алсаңыз, онда мұндай автомобиль біз жолдарда көруге үйренген электромобильмен бірдей болады. Жалғыз айырмашылық - электромобиль желіден немесе жанармай құю станциясындағы терминалдан зарядталады. Сутегі тасымалы өзі үшін электр энергиясын өндіреді.

Мұндай машиналардың құнына келетін болсақ, олар қымбатырақ. Мысалы, Tesla модельдері негізгі конфигурацияда 45 мың доллардан тұрады. Жапониядан сутегі аналогтарын 57 мың кубға сатып алуға болады. Бавариялықтар, керісінше, өз көліктерін «жасыл» отынға 50 мың долларға сатады.

Практиканы ескере отырып, автотұрақта жарты сағат (батареялардың барлық түрлеріне жол берілмейтін жылдам зарядтаумен) күткеннен гөрі машинаны бензинмен толтыру оңай (бұл шамамен бес минутты алады). Бұл сутегі өсімдіктерінің плюсы.

Тағы бір жағымды жағы - отын элементтері техникалық қызмет көрсетуді қажет етпейді және олардың қызмет ету мерзімі айтарлықтай үлкен. Электромобильдерге келетін болсақ, олардың үлкен аккумуляторы зарядсыздандыру циклдарының көп болуына байланысты шамамен бес жылда ауыстыруды қажет етеді. Аяз кезінде электромобильдердегі батарея жазға қарағанда әлдеқайда тез зарядталады. Бірақ сутегі тотығу реакциясындағы элемент бұдан зардап шекпейді және электр энергиясын тұрақты түрде шығарады.

Сутекті автомобильдердің болашағы қандай және оларды жолда қашан көруге болады?

Еуропа мен АҚШ-та сутегі машинасын қазірдің өзінде табуға болады. Алайда, олар әлі де қызығушылық санатында. Ал бүгінде оның болашағы көп емес.

Бұл көлік түрінің барлық елдердің жолдарын жақында толтыра алмауының басты себебі - өндірістік қуаттың жетіспеушілігі. Біріншіден, сутегі өндірісін құру қажет. Сонымен қатар, мұндай деңгейге жету керек, бұл экологиялық тазалықтан басқа, көптеген автокөлік жүргізушілері үшін қол жетімді отын. Осы газды өндіруден басқа, оны тасымалдауды ұйымдастыру қажет (бірақ ол үшін сіз метан тасымалданатын магистральдарды қауіпсіз пайдалана аласыз), сондай-ақ көптеген жанармай құю станцияларын тиісті терминалдармен жабдықтаңыз.

Екіншіден, әрбір автомобиль өндірушіге айтарлықтай инвестицияларды қажет ететін өндіріс желілерін байыпты модернизациялау қажет болады. Әлемдік эпидемияның басталуына байланысты тұрақсыз экономикада мұндай тәуекелге баратындар аз.

Егер сіз электр көлігінің даму қарқынын қарасаңыз, танымал ету процесі өте тез жүрді. Алайда, электромобильдердің танымал болу себебі - жанармайды үнемдеу мүмкіндігі. Бұл көбінесе қоршаған ортаны сақтау үшін емес, оларды сатып алудың бірінші себебі болып табылады. Сутегі жағдайында ақшаны үнемдеу мүмкін болмайды (кем дегенде қазір), өйткені оны өндіруге әлдеқайда көп энергия жұмсалады.

Сутегі қозғалтқыштарының артықшылықтары мен негізгі кемшіліктері

Сонымен, қорытындылау. Сутегімен жұмыс істейтін қозғалтқыштардың артықшылықтарына келесі факторлар жатады:

• Қоршаған ортаға зиянды эмиссия;
• Қуат блогының үнсіз жұмысы (электрлік тарту);
• Жанармай ұяшығын қолданған жағдайда жиі техникалық қызмет көрсету қажет емес;
• Жылдам жанармай құю;
• Электр машиналарымен салыстырғанда қозғалтқыш жүйесі мен энергия көзі тіпті аязды температурада тұрақты жұмыс істейді.

Дамуды жаңалық деп атауға болмайтынына қарамастан, оның орташа мотористке оған сақтықпен қарауға итермелейтін бірқатар кемшіліктері бар. Мұнда олардың кейбіреулері бар:

• Сутектің тұтануы үшін ол газ күйінде болуы керек. Бұл белгілі бір қиындықтар туғызады. Мысалы, жеңіл газдарды сығу үшін арнайы қымбат компрессорлар қажет. Сондай-ақ жанармайды дұрыс сақтау және тасымалдау проблемасы бар, өйткені ол өте тез тұтанғыш;
• Автокөлікке орнатылатын цилиндрді мезгіл-мезгіл тексеру қажет болады. Ол үшін автомобилистке мамандандырылған орталыққа бару қажет болады, және бұл қосымша шығындар;
• Сутегі машинасында үлкен аккумулятор пайдаланылмайды, дегенмен, қондырғы әлі де салмақты, бұл көлік құралының динамикалық сипаттамаларына айтарлықтай әсер етеді;
• Сутегі - кішкене ұшқыннан жанып кетеді, сондықтан мұндай машинаның қатысуымен болатын апат ауыр жарылыспен бірге жүреді. Кейбір жүргізушілердің өз қауіпсіздігіне және басқа жол қозғалысына қатысушылардың өміріне жауапсыз қарайтындығын ескере отырып, мұндай көлік құралдары жолға шығарылмауы керек.

Адамзаттың таза ортаға деген қызығушылығын ескере отырып, «жасыл» көлікті аяқтау мәселесінде үлкен серпіліс болады деп күтілуде. Бірақ бұл орын алған кезде оны уақыт көрсетеді.

Осы уақытта Toyota Mirai-дегі бейне шолуды қараңыз:

Болашақ сутегі туралы ма? Toyota Mirai - ТОЛЫҚ ШОЛУ және техникалық сипаттамалар | LiveFEED®

Сұрақтар мен жауаптар:

Неліктен сутегі қозғалтқышы қауіпті? Сутегі қоспасының жануы кезінде қозғалтқыш бензиннің жануынан гөрі көбірек қызады. Нәтижесінде поршеньдердің, клапандардың жану және қондырғының шамадан тыс жүктелу ықтималдығы жоғары.

Сутегі көлігіне қалай жанармай құю керек? Мұндай машина газ тәрізді күйде (сұйытылған немесе сығылған газ) сутегімен жанармай құйылады. Жанармай сақтау үшін ол 350-700 атмосфераға дейін қысылады, ал температура -259 градусқа жетуі мүмкін.

Ішкі жану сутегі қозғалтқышы қалай жұмыс істейді? Автокөлік аккумулятордың бір түрімен жабдықталған. Арнайы пластиналар арқылы оттегі мен сутегі өтеді. Нәтижесінде су буы мен электр тогы бөлінетін химиялық реакция пайда болады.