Jak funguje benzínový motor s vodíkovým pohonem

Nejnovější koncepční vůz BMW vodíkový pohon řady 7 je stále daleko od příjezdu do obchodních zastoupení.

Vzhledem k neustále se zvyšujícím nákladům na benzín pracují automobilky po celém světě přesčasy, aby nákladově efektivně zlepšily spotřebu paliva ve vozidle a přitom stále splňovaly současné přísné požadavky na emise. Jedním slibným způsobem, jak zvýšit spotřebu paliva, je přidání vodíku ke směsi paliva a vzduchu v konvenčním benzínovém motoru. Říká se tomu plynový motor na vodíkový pohon. Protože však na vaší místní čerpací stanici není vodík snadno dostupný, nebyl prodej plynového motoru s vodíkovým pohonem na krátkém seznamu žádných automobilek. Až dosud to tak je.

V tomto článku si vysvětlíme novou technologii, která využívá palubní reformer s rychlou reakcí k výrobě malého množství vodíku z benzínu. Tento vodík se přidává do normální směsi vzduchu a paliva v motoru. Motory určené k provozu na směs vodíku a benzínu mohou dosáhnout úspory paliva o 20 až 30 procent bez nutnosti kontroly škodlivých emisí NOx, oxidů dusíku. Na následujících dvou stránkách vám řekneme, jak tento nový motor šetřící palivo funguje a proč to vypadá, že má potenciál stát se životaschopnou technologií šetřící palivo. Budeme řešit následující problémy týkající se této nové technologie:

• Co je to benzínový motor na zvýšení obsahu vodíku? K normální směsi nasávaného vzduchu a benzínu v motoru vozidla se přidá malé množství vodíku, které vyrobí na palubě reformátor. To výrazně zlepšuje celkovou kvalitu spalování tím, že umožňuje téměř dvojnásobné množství vzduchu pro dané množství paliva zavedeného do spalovací komory. To je energeticky účinnější, protože šetří energii snížením potřebného čerpání motoru. Zjistěte, co odborníci říkají o této nové technologii.

• Budoucnost plynových motorů s vodíkovým pohonem Závod je na vedoucí pozici v oblasti úspory paliva. Tam, kde se na plynový motor s vodíkovým pohonem hodí další technologie úspory paliva, jako jsou hybridní automobily, vozidla poháněná etanolem E85 a nová čistá auta naftová. Kolik plynu ušetří ve srovnání s jinými vozidly na alternativní palivo? Začnou spotřebitelé tento typ motoru v autech vidět v blízké budoucnosti? Zjistit v této sekci.

ArvinMeritor Tento prototypový reformátor, namontovaný blízko motoru pro testování v a V6 SUV má průměr 18 palců a průměr 4 palce.

Technologie benzínových motorů s vodíkovým pohonem je nová a teprve teď se začíná objevovat z laboratoře. Nabízí vyhlídku na ekonomický způsob výroby malého množství vodíku z benzínu pomocí palubního systému určeného k tomu. Tento systém, vynalezený vědci na Massachusetts Institute of Technology, a je zdokonalen dodavatelem automobilového průmyslu ArvinMeritor ve spolupráci s německou automobilovou strojírenskou firmou IAV, může poskytnout nákladově efektivní alternativu k technologii palivových článků a tradičnímu spalování benzínu a nafty. motory. Je možné, že motory na vodíkový pohon by mohly překlenout propast mezi dnešními benzínovými vozidly a vozidly budoucnosti s palivovými články..

Zatímco vozidla s palivovými články mohou mít dlouhodobý slib, skutečností je, že jsou od hromadné výroby roky daleko. Kritici uvádějí vysoké náklady na hromady palivových článků, problémy s hromadnou výrobou vodíkových paliv a obecné problémy s pohonnými hmotami jako klíčové překážky. Někteří věří, že to může trvat desetiletí, než budou vozidla s palivovými články běžně dostupná. Evropští výrobci automobilů se již obrátili na dražší dieselové motory, ale jejich náklady a související složitost rostou s přísnými novými požadavky na emise pro regulaci emisí částic a NOx.

Američtí výrobci automobilů, kteří čelí stejným obavám o dieselové motory, se zdráhají zavázat se k obrovským výdajům, které vyžaduje přechod z benzínu na dražší naftu. Například v současnosti musí spotřebitelé platit prémii ve výši 3 000 USD za lehký kamion poháněný naftou oproti konvenčnímu benzínovému vozidlu. To se v budoucnu zvýší, aby se kompenzovaly rostoucí náklady spojené s tím, aby dieselová vozidla splňovala nadcházející emisní předpisy. EPA nedávno udělila naftovým vozidlům přestávku uvolněním krátkodobých požadavků na NOx, ale pouze do roku 2009 a požadavek na emise ujetých kilometrů byl zpřísněn jako kompromis.

Co říkají odborníci

Podle odborníků společnosti ArvinMeritor a výkonných inženýrů Rudy Smaling a Jens Beister ve společnosti IAV jsou fakta o benzínovém motoru s vodíkovým pohonem a jeho výhodách jasná.

K normální směsi nasávaného vzduchu a benzínu se přidá malé množství vodíku vyrobeného na palubě reformátorem. To výrazně zlepšuje celkovou kvalitu spalování tím, že umožňuje téměř dvojnásobné množství vzduchu pro dané množství paliva zavedeného do spalovací komory. To je energeticky účinnější, protože šetří energii snížením potřebného čerpání motoru.

Palivová účinnost je rovněž získána použitím vyšších kompresních poměrů motoru, které umožňují vlastnosti náboje bohaté na vodík. Vodíkový palivový systém také šetří energii díky pozoruhodně malému množství elektrické energie potřebné k napájení reformátoru. Podle vývojářů potřebuje méně než 75 wattů, což je méně než elektrické potřeby jednoho standardního světlometu.

Analýza virtuálních vozidel akceptovaná v průmyslu založená na datech z testu motoru naznačila potenciál 20 až 30 procentního zlepšení spotřeby paliva pro přeplňovanou verzi motoru s podporou na vodík s přeplňovaným motorem ve srovnání s běžnými benzínovými motory.

Dále vysvětlíme, co je pro tuto technologii na skladě a kde ji zákazníci začnou vidět. 

Představte si SUV v plné velikosti jako je Toyota Sequoia [dno] to dostane úspora paliva velké sedan jako Ford Five Hundred [horní]. Vodíkový reformér mohl by to učinit skutečností.

Vodíkové benzínové motory mají potenciál výrazně zlepšit spotřebu paliva. Hlavní nákladová a ekologická výhoda vodíkem poháněného motoru štíhlé soustavy je nízká množství plynných emisí NOx, a tedy úplné odstranění potřeby externí regulace emisí NOx. V současné době je regulace emisí NOx hlavním problémem s náklady pro dieselové motory, které používají drahé pasti ke splnění emisních norem. Emise částic z motorové nafty musí být také shromažďovány filtrem, který musí být pravidelně regenerován.

Vodíkové benzínové motory nevyžadují ani NOx, ani filtry na regulaci částic a vyžadují pouze nízkonákladový oxidační katalyzátor k řízení malého množství výfukových plynů (nespálených uhlovodíků) vznikajících většinou během spouštění motoru a předčasného zahřívání. Další snížení požadavků na regulaci emisí pramení ze schopnosti motoru používat pouze fázi obohacenou čistým vodíkem během fáze studeného startu, kdy se při emisní zkoušce vytvoří 90% emisí..

Vodíkový systém je účinně technologie šroubování, kterou lze přidat do stávajícího motorového prostoru vozidla. Podle vývojářů jsou náklady na systém nižší než polovina přidaných nákladů na dieselové motory. Výrobní náklady na výrobu dieselových motorů v USA pro výměnu benzínových motorů jsou obrovské a pro americké výrobce, kteří v současné době čelí finančním potížím, by bylo obtížné.

Prototyp vodíkem podporovaného motoru se nyní instaluje do SUV vybaveného V6, který má dostatek volného místa pro reformátor a související systém. Začátek dlouhodobého testování silnic, informací o výkonu, spolehlivosti a trvanlivosti je plánován na konec tohoto roku, kdy se očekává první marketing výrobních aplikací pro rok 2010..

Údaje o výkonu generované během rané fáze testování budou jistě pozorně sledovány prakticky všichni, kteří se zabývají otázkami životního prostředí v automobilovém průmyslu a energetice, protože systém je spojen s heslem „vodík“.

Na prvním místě na seznamu zúčastněných stran jsou výrobci velkých SUV a dodávkových vozidel, u nichž vládní regulátoři hledají o 10 procent vyšší průměrné míle na galon oproti úrovni 22,2 mpg z roku 2007. Nová úroveň 24,1 mpg musí být dodržena do roku 2011.

Čtyřválcová vozidla budou pravděpodobně také nejlepšími kandidáty na tuto technologii, protože vysoké ceny benzínu budou i nadále vytvářet konkurenci mezi modely s vysokou spotřebou paliva, které usilují o vedení mpg. Přispívajícím faktorem na trhu s kompaktními automobily může být obava z hybridních nákladů na životnost hybridních vozidel v důsledku složitosti systému a výměny baterií, o nichž se v některých případech uvádí, že dosahují až 5 000 $. To se teprve nyní začíná projevovat v nízkých hodnotách opětovného prodeje, protože včasné produkční hybridy dosáhnou vysokého počtu najetých kilometrů.

Vodíkem podporovaný motor však nebude sám v závodě vedoucí pozice v oblasti úspory paliva. Zdokonalené motory s proměnným ventilem s přímým vstřikováním s přeplňovanými turbodmychadly, dieselové motory common-rail, hybridy a vozidla s pohonnými hmotami se o soutěžní automobilky těší v závodě s úsporou paliva.

Žádná z těchto technologií se nemůže pochlubit všemi výhodami vodíkem poháněného motoru, zejména dramaticky zvýšenou spotřebu paliva, minimální regulaci emisí a celkovou nákladovou efektivitu. Nakonec to bude vyžadovat kombinaci mnoha technologií k řešení touhy tohoto národa za svobodu řízení, ale je pravděpodobné, že v budoucnu budeme slyšet mnohem více o vodíkovém motoru.