Jak działa silnik benzynowy napędzany wodorem

Najnowszy samochód koncepcyjny BMW - Zasilana wodorem seria 7 jest nadal daleko od przybycia do salonów.

W obliczu stale rosnących kosztów benzyny producenci samochodów na całym świecie pracują w godzinach nadliczbowych, aby w opłacalny sposób zmniejszyć zużycie paliwa przez pojazdy, jednocześnie spełniając dzisiejsze surowe wymagania dotyczące emisji. Jednym z obiecujących sposobów na zwiększenie oszczędności paliwa jest dodanie wodoru do mieszanki paliwowo-powietrznej w konwencjonalnym silniku benzynowym. Nazywa się to silnikiem gazowym napędzanym wodorem. Ponieważ jednak wodór nie jest łatwo dostępny na Twojej lokalnej stacji benzynowej, sprzedaż napędzanego wodorem silnika gazowego nie znajduje się na krótkiej liście żadnego producenta samochodów. To znaczy do teraz.

W tym artykule wyjaśnimy nową technologię, która wykorzystuje szybko reagujący pokładowy reformer do generowania niewielkiej ilości wodoru z benzyny. Ten wodór jest dodawany do normalnej mieszanki paliwowo-powietrznej silnika. Silniki zaprojektowane do pracy na mieszance wodoru i benzyny mogą uzyskać oszczędność paliwa o 20 do 30 procent bez konieczności kontrolowania szkodliwych emisji NOx, tlenków azotu. Na następnych dwóch stronach opowiemy, jak działa ten nowy silnik oszczędzający paliwo i dlaczego wygląda na to, że może stać się realną technologią oszczędzającą paliwo. Zajmiemy się następującymi kwestiami dotyczącymi tej nowej technologii:

• Co to jest silnik benzynowy zasilany wodorem? Niewielka ilość wodoru wytwarzanego na pokładzie reformera jest dodawana do normalnej mieszanki powietrza dolotowego i benzyny w silniku pojazdu. To znacznie poprawia ogólną jakość spalania, pozwalając na prawie dwa razy więcej powietrza dla danej ilości paliwa wprowadzanego do komory spalania. Jest to bardziej energooszczędne, ponieważ oszczędza energię poprzez zmniejszenie wymaganej ilości pompowania przez silnik. Dowiedz się, co mówią eksperci o tej nowej technologii.

• Przyszłość silników gazowych napędzanych wodorem Trwa wyścig o pozycję lidera w zakresie oszczędności paliwa. Gdzie silnik gazowy wzmocniony wodorem będzie pasował do innych technologii oszczędzających paliwo, takich jak samochody hybrydowe, pojazdy napędzane etanolem E85 i nowe, czyste samochody z silnikiem Diesla. Ile gazu oszczędza w porównaniu z innymi pojazdami napędzanymi paliwami alternatywnymi? Czy konsumenci zaczną widzieć ten typ silnika w samochodach w najbliższej przyszłości? Dowiedz się w tej sekcji.

ArvinMeritor Ten prototypowy reformer, zamontowany blisko silnika do testowania w V6 SUV ma 18 cali długości i 4 cale średnicy.

Technologia silników benzynowych wspomaganych wodorem jest nowa i dopiero teraz zaczyna pojawiać się w laboratorium. Daje perspektywę ekonomicznego sposobu produkcji niewielkiej ilości wodoru z benzyny za pomocą zaprojektowanego do tego systemu pokładowego. System ten, wynaleziony przez naukowców z Massachusetts Institute of Technology i udoskonalany przez dostawcę branży motoryzacyjnej ArvinMeritor we współpracy z niemiecką firmą inżynierii samochodowej IAV, może stanowić opłacalną alternatywę dla technologii ogniw paliwowych oraz tradycyjnego spalania benzyny i oleju napędowego. silniki. Możliwe, że silniki napędzane wodorem mogą wypełnić lukę między dzisiejszymi pojazdami benzynowymi a pojazdami z ogniwami paliwowymi przyszłości.

Chociaż pojazdy z ogniwami paliwowymi mogą być obiecujące w perspektywie długoterminowej, w rzeczywistości dzieli ich lata od masowej produkcji. Krytycy wymieniają wysokie koszty stosów ogniw paliwowych, problemy z masową produkcją paliwa wodorowego i ogólne problemy z paliwem jako główne przeszkody. Niektórzy uważają, że miną dziesięciolecia, zanim pojazdy z ogniwami paliwowymi staną się powszechnie dostępne. Europejscy producenci samochodów już zwrócili się ku droższym silnikom wysokoprężnym, ale ich koszt i związana z tym złożoność rosną wraz z nowymi, sztywniejszymi wymogami w zakresie kontroli emisji cząstek stałych i NOx.

Amerykańscy producenci samochodów borykający się z takimi samymi obawami dotyczącymi silników wysokoprężnych niechętnie ponoszą ogromne koszty związane z przejściem z benzyny na droższy olej napędowy. Na przykład konsumenci muszą obecnie zapłacić około 3000 dolarów premii za lekką ciężarówkę z silnikiem Diesla w porównaniu z konwencjonalnym pojazdem z silnikiem benzynowym. W przyszłości wzrośnie, aby zrekompensować rosnące koszty związane z zapewnieniem zgodności pojazdów z silnikami wysokoprężnymi z przyszłymi przepisami dotyczącymi emisji. Agencja EPA niedawno przyznała pojazdom z silnikiem wysokoprężnym przerwę, łagodząc zbliżające się wymagania dotyczące emisji NOx, ale tylko do 2009 r., A wymóg dotyczący dużych przebiegów został zaostrzony jako kompromis.

Co mówią eksperci

Według ekspertów z ArvinMeritor oraz inżynierów wykonawczych Rudy'ego Smalinga i Jensa Beistera z IAV, fakty dotyczące silnika benzynowego ze wspomaganiem wodorowym i jego zalet są jasne.

Niewielka ilość wodoru wytwarzanego na pokładzie reformera jest dodawana do zwykłej mieszanki powietrza dolotowego i benzyny. To znacznie poprawia ogólną jakość spalania, pozwalając na prawie dwa razy więcej powietrza dla danej ilości paliwa wprowadzanego do komory spalania. Jest to bardziej energooszczędne, ponieważ oszczędza energię poprzez zmniejszenie wymaganej ilości pompowania przez silnik.

Oszczędność paliwa uzyskano również dzięki zastosowaniu wyższych stopni sprężania silnika, co jest możliwe dzięki charakterystyce ładunku bogatego w wodór. Układ paliwowy ze wspomaganiem wodorem oszczędza również energię ze względu na niezwykle małą ilość energii elektrycznej potrzebnej do zasilania reformera. Według twórców potrzebuje mniej niż 75 watów, czyli mniej niż zapotrzebowanie elektryczne jednego standardowego reflektora.

Przyjęta w branży analiza wirtualnego pojazdu oparta na danych z testów silnika wskazała na możliwość poprawy zużycia paliwa o 20 do 30 procent w przypadku turbodoładowanej, zmniejszonej wersji silnika napędzanego wodorem w porównaniu z konwencjonalnymi silnikami benzynowymi.

Następnie wyjaśnimy, co czeka tę technologię i gdzie konsumenci zaczną ją dostrzegać. 

Wyobraź sobie pełnowymiarowego SUV-a, takiego jak Toyota Sequoia [Dolny] to dostaje oszczędność paliwa dużego sedan jak Ford Five Hundred [Top]. Reformator wodoru może to urzeczywistnić.

Silniki benzynowe wzmocnione wodorem mogą znacznie poprawić oszczędność paliwa. Główną zaletą ekonomiczną i środowiskową silnika z ubogim układem wspomaganym wodorem są niskie ilości gazów emitujących NOx, a tym samym całkowita eliminacja potrzeby zewnętrznej kontroli emisji NOx. Obecnie kontrola emisji NOx jest głównym problemem kosztowym w przypadku silników wysokoprężnych wykorzystujących drogie pułapki w celu spełnienia norm emisji. Emisje cząstek stałych z silników Diesla muszą być również zbierane przez filtr, który musi być okresowo regenerowany.

Silniki benzynowe zasilane wodorem nie wymagają ani NOx, ani filtrów cząstek stałych i wymagają jedynie taniego katalizatora utleniania do kontrolowania niewielkich ilości spalin (niespalonych węglowodorów) powstających głównie podczas rozruchu silnika i wczesnego nagrzewania. Dodatkowe cięcia w wymaganiach dotyczących kontroli emisji wynikają z możliwości wykorzystania przez silnik wyłącznie czystego wsadu wzbogaconego wodorem podczas fazy zimnego rozruchu, gdy 90% emisji jest generowanych w badaniu emisji.

System doładowania wodoru to w rzeczywistości technologia przykręcana, którą można dodać do komory silnika istniejącego pojazdu. Według twórców koszt systemu to mniej niż połowa kosztów dodanych dla diesli. Koszty produkcji oprzyrządowania diesli w celu zastąpienia silników benzynowych przez przemysł samochodowy w USA są ogromne i byłyby trudne dla amerykańskich producentów, którzy obecnie borykają się z trudnościami finansowymi.

Prototypowy silnik napędzany wodorem jest obecnie instalowany w SUV-ie wyposażonym w silnik V6, który ma wystarczająco dużo wolnego miejsca na reformator i powiązany z nim system. Rozpoczęcie długoterminowych testów drogowych pod kątem wydajności, niezawodności i trwałości planowane jest na koniec tego roku, a wprowadzenie na rynek pierwszej aplikacji produkcyjnej spodziewane jest w 2010 r..

Dane dotyczące wydajności generowane we wczesnej fazie testów z pewnością będą intensywnie obserwowane przez praktycznie wszystkich zainteresowanych kwestiami związanymi z motoryzacją i energią, częściowo dlatego, że system kojarzy się z modnym hasłem „wodór”.

Wysoko na liście zainteresowanych stron znajdują się producenci dużych SUV-ów i samochodów dostawczych, dla których rządowe organy regulacyjne domagają się o 10 procent wyższej średniej liczby kilometrów na galon w porównaniu z poziomem z 2007 roku wynoszącym 22,2 mil na galon. Nowy poziom 24,1 mpg ma zostać utrzymany do 2011 roku.

Czterocylindrowe pojazdy będą prawdopodobnie również głównymi kandydatami do tej technologii, ponieważ wysokie ceny benzyny nadal generują konkurencję wśród modeli o niskim zużyciu paliwa, poszukujących pozycji lidera w branży mpg. Czynnikiem wpływającym na rynek samochodów kompaktowych może być niepokój związany z kosztami eksploatacji pojazdu hybrydowego w związku ze złożonością systemu i wymianą baterii, które w niektórych przypadkach sięgają nawet 5000 USD. To dopiero teraz zaczyna być odzwierciedlane w niskich wartościach odsprzedaży, ponieważ wczesne hybrydy osiągają duże przebiegi.

Silnik napędzany wodorem nie będzie jednak sam w wyścigu o pozycję lidera w zakresie oszczędności paliwa. Zaawansowane, turbodoładowane, zmniejszone silniki z bezpośrednim wtryskiem i zmiennymi zaworami, silniki wysokoprężne Common Rail, hybrydy i pojazdy z zasilaniem flex-fuel walczą o uwagę producenta w wyścigu o oszczędność paliwa.

Żadna z tych technologii nie może pochwalić się wszystkimi zaletami silnika napędzanego wodorem, a mianowicie radykalnie zwiększoną oszczędnością paliwa, minimalną kontrolą emisji i ogólną opłacalnością. W końcu potrzeba połączenia wielu technologii, aby zaspokoić pragnienie wolności jazdy w tym kraju, ale prawdopodobnie w przyszłości usłyszymy znacznie więcej o silniku napędzanym wodorem..