Вход

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

0 продукта | 0 лв.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

auto motor und sport Bulgaria logo

Toyota връща темата с ДВГ на водород

05.05.2021 13:59

Изоставената от BMW и Mazda технология придобива нов характер в маратонски надпревари

В този факт има интересно съвпадение. В края на април Toyota Motor Corporation обяви че тества двигател с вътрешно горене използващ като гориво водород. В момента японската компания е сред лидерите в областта на развитието на технологиите с водородни горивни клетки и има сключен договор за доставки на такива клетки и за бъдещите серийни модели на BMW. На пръв поглед фактът че Toyota разработва двигател с вътрешно горене захранван с водород изглежда странно – заради трудния контрол на горивните процеси в тези топлинни машини и големият обем на гориво-въздушната смес. Двигател с атмосферно пълнене от този тип има значително намалена мощност, фактор, който в съчетание с редица други стана причина той да бъде изоставен от BMW след години на развойна работа. Същото може да се каже и за Mazda, която разработи вариант на двигателя си Renesis за работа на водород. Поради различните пространства за пълнене и извършване на горивния процес ванкеловият двигател е подходящ за работа с водород. Но това е една друга история…

И ето че сега Toyota отваря отново тази глава в автомобилната история. Трябва да споменем все пак че захранвания с водород двигател с вътрешно горене все пак отделя и други емисии освен водни пари – като азотни окиси, особено когато работи с бедни смеси и на въглеводороди, заради наличието на маслен смазващ филм върху цилиндровите стени. Агрегатът за който става дума обаче задвижва състезателен автомобил базиран на Toyota Corolla Sport, която ще участва в сериите Super Taikyu (цялото име на състезанието е Super Taikyu Series 2021 Powered by Hankook Round 3 NAPAC Fuji Super TEC 24 Hours) на пистата Фуджи Спийдуей на 21-23 май. 

Горивната система на трицилиндровия турбо мотор е модифицирана за да го захранва с водород. Наличието на турбопълнене и директно впръскване в голяма степен елиминира проблеми със силно дифузионната и обемна смес от водород и въздух, която не позволява ефективно пълнене на атмосферния мотор (моля вижте по-долу повече информация за поведението на водорода в качеството му на гориво в двигателя с вътрешно горене). Залог са успех са и фактите че двигателят G16E-GTS е един от най-високотехнологичните трицилиндрови агрегати и че този тип машини за по-подходящи за турбопълнене от четирицилиндровите заради по-слабото влияние на вълновите ефекти в изпускателната система.   

За да намали в максимална степен емисиите генерирани от автомобила с оглед на факта че производството на водород изисква енергия, състезателният автомобил на Toyota ще се зарежда с водород произведен от Fukushima Hydrogen Energy Research Field в град Нами, префектура Фукушима. Освен намаленото замърсяване, което е добро послание при изискването за използване на двигател с вътрешно горене в състезанията, Toyota постига с това си действие и маркетингов ефект с акцента върху водорода като източник на енергия. Лидер в областта на горивните клетки, за разлика от много други автомобилни компании, японската марка смята че тези технологични решения имат сериозно бъдеще и смята да продължава да ги развива.        

Водородът в ДВГ

Интересно е да се отбележи, че поради физическите и химически свойства на водорода, той е много по-лесно възпламеним от бензина. На практика това означава, че за да се инициира процес на горене при водорода е необходимо влагането на много по-малка първоначална енергия. От друга страна във водородните двигатели с лекота могат да се използват и много „бедни” смеси – нещо, което при съвременните бензинови двигатели се постига с цената на сложни и скъпи технологии.

Топлината между частиците на водород-въздушната смес се разсейва по-слабо, а едновременно с това при него температурата на самовъзпламеняване е значително по-висока, както е по-висока и скоростта  на горивните процеси в сравнение с тези при бензина. Водородът има малка плътност и силна дифузионна способност (възможност за проникване на частиците в друг газ – в този случай във въздуха).

Именно малката активираща енергия, необходима за самовъзпламеняване е един от най-големите проблеми по отношение на контрола на горивните процеси при двигателите, използващи  водород, защото сместа лесно може да се запали самоволно вследствие от контакта до по-горещи зони в горивната камерата и да повлече след себе си верига от напълно неконтролируеми процеси. Избягването на този риск е едно от най-големите предизвикателства при конструирането на  водородните двигатели, но не по-лесно е да се елиминират следствията от факта, че силно дифузната горящата смес се движи изключително близо до цилиндровите стени и може да  проникне през извънредно тесни процепи като покрай притворените клапани например... Всичко това задължително се отчита при проектирането на тези двигатели.

Високата температура на самозапалване и високото октаново число (от порядъка на 130) дават възможност степента на сгъстяване на двигателя, а оттам и неговата ефективност да се увеличи, но при това отново се появява опасността от самозапалване на водорода от допира до по-силно загрята част в цилиндъра. Предимство на високата дифузионна способност на водорода е възможността за лесно смесване с въздуха, което пък при пробив на резервоара гарантира бързо и безопасно разсейване на горивото.

Идеалната по отношение на горенето смес въздух-водород е със съотношение от около 34:1 (при бензина тази пропорция е 14,7:1).

Това означава, че за съединяването на една и съща маса водород и бензин, в първия случай ще е необходим над два пъти повече въздух. В същото време водород-въздушната смес заема значително по-голямо пространство което обяснява защо двигателите, работещи с водород имат по-малка мощност. Чисто цифровата илюстрация на съотношенията и обемите е достатъчно красноречива – плътността на готовия за изгаряне водород е 56 пъти по-малка от тази на бензиновите пари....  Трябва да отбележим обаче, че по принцип водородните двигатели могат да работят и със смеси въздух-водород в съотношение до 180:1 (т. е. с много „бедни” смеси), което на свой ред означава, че моторът би могъл да функционира без наличието на дроселова клапа и да ползва принципа на работа на дизеловите мотори. Трябва задължително да се спомене също така, че водородът е безспорен лидер при сравняването с въглеводородите като енергийни източници на база маса – килограм водород има почти три пъти по-високо енергийно съдържание от килограм  бензин.

Както и при бензиновите двигатели, втечненият водород може да се впръсква и непосредствено пред клапаните в колекторните тръби, но оптималното решение е впръскването да става директно по време на такта сгъстяване – в този случай мощността може да надвиши с 25% тази на сравним бензинов двигател. Това се дължи на факта, че горивото (водородът) не измества въздуха както при бензиновия или дизеловия двигател, позволявайки горивната камера да е изпълнена само със (значително по-голямо от обичайното количество) въздух. Освен това за разлика от бензиновите двигатели, при водородния не е необходимо конструктивно да се организира завихряне, защото водородът дифузира достатъчно добре с въздуха и без тази мярка. Поради различните скорости на горене в отделните участъци на цилиндъра е по-добре да се поставят две свещи, като при водородните двигатели използването на платинени електроди не е уместно, защото платината се превръща в катализатор който води да окисляване на горивото още при ниски температури. 

Поради необходимостта от по-голямо количество въздух за изгаряне на същото количество водород, турбопълненето е важен компенсиращ фактор. В това отношение двигателят на Toyota ще бъде най-оптималната класическа машина с възвратно-постъпателно движение на буталото адаптирана за работа с водород в развойната дейност в тази област. Оставда да видим как ще се представи автомобилът на състезанието в Япония.     

Текст: Георги Колев 

Коментари
comments powered by Disqus