Gyriant prawf BMW a hydrogen: rhan dau

"Dŵr. Yr unig gynnyrch terfynol o beiriannau glân BMW yw defnyddio hydrogen hylif yn lle tanwydd petrolewm a galluogi pawb i fwynhau technolegau newydd gyda chydwybod glir."

Ffordd BMW

Mae'r geiriau hyn yn ddyfyniad o ymgyrch hysbysebu gan gwmni Almaeneg sawl blwyddyn yn ôl. Am gyfnod hir ni fu neb yn amau'r ffaith bod y Bafariaid yn gwybod yn iawn beth maen nhw'n ei wneud o ran technoleg moduron ac maen nhw'n un o arweinwyr y byd diamheuol yn y maes hwn. Ni fyddai meddwl ychwaith y byddai cwmni sydd wedi dangos twf gwerthiant cadarn yn ystod y blynyddoedd diwethaf yn taflu tunnell o arian ar hysbysebion anhysbys ar gyfer technolegau addawol sydd â dyfodol ansicr.

Ar yr un pryd, fodd bynnag, mae'r geiriau a ddyfynnir yn rhan o ymgyrch i hyrwyddo fersiwn hydrogen 745-awr braidd yn egsotig o'r gwneuthurwr ceir Bafaria blaenllaw. Egsotig, oherwydd yn ôl BMW, bydd y newid i ddewisiadau amgen i danwydd hydrocarbon, y mae'r diwydiant modurol wedi bod yn ei fwydo o'r cychwyn cyntaf, yn gofyn am newid yn y seilwaith cynhyrchu cyfan. Mae'r olaf yn angenrheidiol oherwydd bod y Bafariaid yn gweld llwybr datblygu addawol nid yn y celloedd tanwydd a hysbysebir yn eang, ond wrth drawsnewid peiriannau hylosgi mewnol i redeg ar hydrogen. Mae BMW yn credu bod yr uwchraddio yn broblem y gellir ei datrys ac mae eisoes wedi gwneud cynnydd sylweddol wrth ddatrys y brif broblem o gyflawni perfformiad injan dibynadwy a dileu ei dueddiad ar gyfer prosesau hylosgi heb eu rheoli gan ddefnyddio hydrogen pur. Mae llwyddiant yn y cyfeiriad hwn oherwydd cymhwysedd ym maes rheoli prosesau injan yn electronig a'r posibilrwydd o ddefnyddio systemau dosbarthu nwy hyblyg patent BMW Valvetronic a Vanos, heb hynny byddai'n amhosibl sicrhau gweithrediad arferol "peiriannau hydrogen" . Fodd bynnag, mae'r camau cyntaf i'r cyfeiriad hwn yn dyddio'n ôl i 1820, pan greodd y dylunydd William Cecil injan tanwydd hydrogen yn gweithredu ar yr hyn a elwir yn "egwyddor gwactod" - cynllun gwahanol iawn i gynllun yr injan a ddyfeisiwyd yn ddiweddarach gydag injan fewnol. . llosgi. Yn ei ddatblygiad cyntaf o beiriannau tanio mewnol 60 mlynedd yn ddiweddarach, defnyddiodd yr arloeswr Otto y nwy synthetig a grybwyllwyd eisoes ac yn deillio o lo gyda chynnwys hydrogen o tua 50%. Fodd bynnag, gyda dyfeisio'r carburetor, mae'r defnydd o gasoline wedi dod yn llawer mwy ymarferol a mwy diogel, ac mae tanwydd hylif wedi disodli'r holl ddewisiadau eraill sydd wedi bodoli hyd yn hyn. Cafodd priodweddau hydrogen fel tanwydd eu hailddarganfod flynyddoedd yn ddiweddarach gan y diwydiant gofod, a ddarganfu’n gyflym mai hydrogen oedd â’r gymhareb egni/màs orau o unrhyw danwydd sy’n hysbys i ddynolryw.

Ym mis Gorffennaf 1998, ymrwymodd Cymdeithas Ewropeaidd y Diwydiant Modurol (ACEA) i'r Undeb Ewropeaidd i leihau allyriadau CO2008 o gerbydau sydd newydd eu cofrestru yn yr Undeb 2 gram y cilomedr ar gyfartaledd. Yn ymarferol, roedd hyn yn golygu gostyngiad o 140% mewn allyriadau o gymharu â 25, ac roedd y defnydd o danwydd ar gyfartaledd yn y fflyd newydd tua 1995 l / 6,0 km. Yn y dyfodol agos, disgwylir i fesurau ychwanegol leihau allyriadau carbon deuocsid 100% erbyn 14. Mae hyn yn gwneud y dasg i gwmnïau ceir yn anodd dros ben ac, yn ôl arbenigwyr BMW, gellir ei datrys naill ai trwy ddefnyddio tanwydd carbon isel neu drwy ddileu carbon yn llwyr o'r cyfansoddiad tanwydd. Yn ôl y theori hon, mae hydrogen yn ailymddangos yn yr arena fodurol yn ei holl ogoniant.

Daeth y cwmni Bafaria yn wneuthurwr ceir cyntaf i gynhyrchu mas o gerbydau hydrogen. Mae honiadau optimistaidd a hyderus yr Athro Burkhard Geschel, aelod o fwrdd BMW sy'n gyfrifol am ddatblygiadau newydd, y bydd "y cwmni'n gwerthu ceir hydrogen cyn i'r Gyfres 7 gyfredol ddod i ben" wedi dod yn wir. Gyda'i fersiwn ddiweddaraf, cyflwynwyd yr Hydrogen 7, y seithfed gyfres, yn 2006, gydag injan 12-silindr 260 hp. mae'r neges hon eisoes wedi dod yn realiti. Roedd y bwriad yn ymddangos yn eithaf uchelgeisiol, ond nid heb reswm. Mae BMW wedi bod yn arbrofi gyda pheiriannau tanio mewnol sy'n rhedeg ar hydrogen er 1978, ac ar 11 Mai 2000 gwnaeth arddangosiad unigryw o bosibiliadau'r dewis arall hwn. Cwblhaodd fflyd drawiadol o 15 cerbyd 750 hl o genhedlaeth flaenorol yr wythnos, wedi'i bweru gan beiriannau deuddeg silindr hydrogen, y marathon 170 km, gan dynnu sylw at lwyddiant y cwmni a'r addewid o dechnoleg newydd. Yn 000 a 2001, parhaodd rhai o'r cerbydau hyn i gymryd rhan mewn arddangosiadau amrywiol i gefnogi'r syniad hydrogen. Yna roedd yn bryd cael datblygiad newydd yn seiliedig ar y 2002 Cyfres nesaf, gan ddefnyddio injan fodern 7-litr V-4,4 a allai fod ar gyflymder uchaf o 212 km / h, ac yna'r datblygiad diweddaraf gyda V-12 XNUMX-silindr. Yn ôl barn swyddogol y cwmni, mae'r rhesymau pam y dewisodd BMW y dechnoleg hon dros gelloedd tanwydd yn fasnachol ac yn seicolegol. Yn gyntaf, bydd angen cryn dipyn yn llai o fuddsoddiad ar y dull hwn os bydd y seilwaith cynhyrchu yn newid. Yn ail, oherwydd bod pobl wedi arfer â'r hen beiriant tanio mewnol da, maen nhw'n ei hoffi a bydd yn anodd rhan ag ef. Ac yn drydydd, yn y cyfamser, trodd fod y dechnoleg hon yn datblygu'n gyflymach na thechnoleg celloedd tanwydd.

Mewn ceir BMW, mae hydrogen yn cael ei storio mewn llestr cryogenig uwch-inswleiddio, fel potel thermos uwch-dechnoleg a ddatblygwyd gan grŵp rheweiddio Almaeneg Linde. Ar dymheredd storio isel, mae'r tanwydd yn y cyfnod hylif ac yn mynd i mewn i'r injan fel tanwydd rheolaidd.

Ar y cam hwn, canolbwyntiodd dylunwyr cwmni Munich ar chwistrelliad tanwydd anuniongyrchol, ac mae ansawdd y gymysgedd yn dibynnu ar fodd gweithredu'r injan. Yn y modd llwyth rhannol, mae'r injan yn rhedeg ar gymysgeddau main tebyg i danwydd disel - dim ond faint o danwydd sy'n cael ei chwistrellu y gwneir y newid. Dyma "reolaeth ansawdd" yr hyn a elwir yn gymysgedd, lle mae'r injan yn rhedeg â gormod o aer, ond oherwydd y llwyth isel, mae ffurfio allyriadau nitrogen yn cael ei leihau. Pan fydd angen pŵer sylweddol, mae'r injan yn dechrau gweithio fel injan gasoline, gan symud i "reolaeth feintiol" y gymysgedd a chymysgeddau arferol (nid main). Mae'r newidiadau hyn yn bosibl, ar y naill law, oherwydd cyflymder rheolaeth electronig o brosesau yn yr injan, ac ar y llaw arall, oherwydd gweithrediad hyblyg systemau rheoli dosbarthu nwy - Vanos "dwbl", gan weithio ar y cyd â'r System rheoli cymeriant Valvetronic heb sbardun. Dylid cofio, ym marn peirianwyr BMW, mai dim ond cam canolradd yn natblygiad technolegau yw cynllun gweithio'r datblygiad hwn ac y bydd peiriannau yn y dyfodol yn newid i chwistrelliad hydrogen uniongyrchol i silindrau a turbocharging. Disgwylir i'r technegau hyn arwain at well dynameg cerbydau nag injan gasoline gymharol a chynnydd yn effeithlonrwydd cyffredinol yr injan hylosgi mewnol o fwy na 50%. Yma fe wnaethom ymatal yn fwriadol rhag cyffwrdd ar y pwnc "celloedd tanwydd", gan fod y mater hwn wedi'i ddefnyddio'n eithaf gweithredol yn ddiweddar. Ar yr un pryd, fodd bynnag, mae'n rhaid i ni eu crybwyll yng nghyd-destun technoleg hydrogen BMW, wrth i'r dylunwyr ym Munich benderfynu defnyddio dyfeisiau o'r fath yn unig i bweru'r rhwydwaith trydanol ar fwrdd mewn ceir, gan ddileu pŵer batri confensiynol yn llwyr. Mae'r symudiad hwn yn caniatáu arbedion tanwydd ychwanegol, gan nad oes rhaid i'r injan hydrogen yrru'r eiliadur, ac mae'r system drydanol ar y bwrdd yn dod yn gwbl ymreolaethol ac yn annibynnol ar y llwybr gyrru - gall gynhyrchu trydan hyd yn oed pan nad yw'r injan yn rhedeg, yn ogystal â chynhyrchu ac mae defnyddio ynni yn addas ar gyfer optimeiddio llawn. Mae'r ffaith mai dim ond cymaint o drydan ag sydd ei angen y gellir ei gynhyrchu nawr i bweru'r pwmp dŵr, pympiau olew, atgyfnerthu brêc a systemau gwifrau hefyd yn trosi'n arbedion ychwanegol. Fodd bynnag, ochr yn ochr â'r holl ddatblygiadau arloesol hyn, yn ymarferol ni wnaed newidiadau dylunio drud i'r system chwistrellu tanwydd (gasoline). Er mwyn hyrwyddo technoleg hydrogen ym mis Mehefin 2002, creodd BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN y rhaglen bartneriaeth CleanEnergy, a ddechreuodd gyda datblygu gorsafoedd llenwi â hydrogen hylifedig a chywasgedig.

BMW yw cychwynnwr nifer o brosiectau eraill ar y cyd, gan gynnwys gyda chwmnïau olew, ymhlith y cyfranogwyr mwyaf gweithgar yw Aral, BP, Shell, Cyfanswm. Mae diddordeb yn y maes addawol hwn yn tyfu'n esbonyddol - yn ystod y deng mlynedd nesaf, bydd yr UE yn unig yn darparu cyfraniadau ariannol uniongyrchol i gronfeydd i ariannu datblygiad a gweithrediad technolegau hydrogen yn y swm o 2,8 biliwn ewro. Mae'n anodd rhagweld nifer y buddsoddiadau gan gwmnïau preifat yn natblygiad "hydrogen" yn ystod y cyfnod hwn, ond mae'n amlwg y bydd yn llawer mwy na'r didyniadau gan sefydliadau dielw.

Hydrogen mewn peiriannau tanio mewnol

Mae'n ddiddorol nodi, oherwydd priodweddau ffisegol a chemegol hydrogen, ei fod yn llawer mwy fflamadwy na gasoline. Yn ymarferol, mae hyn yn golygu bod angen llawer llai o egni cychwynnol i gychwyn y broses hylosgi hydrogen. Ar y llaw arall, gellir defnyddio cymysgeddau main iawn yn hawdd mewn peiriannau hydrogen - rhywbeth y mae peiriannau gasoline modern yn ei gyflawni trwy dechnolegau cymhleth a drud.

Mae'r gwres rhwng gronynnau'r cymysgedd hydrogen-aer yn llai gwasgaredig, ac ar yr un pryd, mae'r tymheredd tanio auto a chyfradd y prosesau hylosgi yn llawer uwch na gasoline. Mae gan hydrogen ddwysedd isel a thrylededd cryf (y posibilrwydd y bydd gronynnau'n treiddio i mewn i nwy arall - yn yr achos hwn, aer).

Yr egni actifadu isel sydd ei angen ar gyfer hunan-danio yw un o'r heriau mwyaf wrth reoli prosesau hylosgi mewn peiriannau hydrogen oherwydd gall y cymysgedd danio'n hawdd yn ddigymell oherwydd cyswllt ag ardaloedd poethach yn y siambr hylosgi a gwrthwynebiad i ddilyn cadwyn o brosesau cwbl heb eu rheoli. Mae osgoi'r risg hon yn un o'r heriau mwyaf wrth ddatblygu peiriannau hydrogen, ond nid yw'n hawdd dileu canlyniadau'r ffaith bod cymysgedd llosgi tra gwasgaredig yn teithio'n agos iawn at waliau'r silindr ac yn gallu treiddio i fylchau hynod gyfyng. megis falfiau caeedig, er enghraifft... Rhaid ystyried hyn i gyd wrth ddylunio'r moduron hyn.

Mae tymheredd awto uchel a rhif octane uchel (tua 130) yn caniatáu cynnydd yng nghymhareb cywasgu'r injan ac, felly, ei heffeithlonrwydd, ond unwaith eto mae perygl o awto-hydrogeniad o gysylltiad â'r rhan boethach. yn y silindr. Mantais cynhwysedd trylediad uchel hydrogen yw'r posibilrwydd o gymysgu'n hawdd ag aer, sydd, os bydd tanc yn torri i lawr, yn gwarantu gwasgariad cyflym a diogel o'r tanwydd.

Mae gan y cymysgedd aer-hydrogen delfrydol ar gyfer hylosgi gymhareb o tua 34:1 (ar gyfer gasoline, y gymhareb hon yw 14,7:1). Mae hyn yn golygu, wrth gyfuno'r un màs o hydrogen a gasoline yn yr achos cyntaf, mae angen mwy na dwywaith cymaint o aer. Ar yr un pryd, mae'r cymysgedd aer hydrogen yn cymryd llawer mwy o le, sy'n esbonio pam mae gan beiriannau sy'n cael eu pweru gan hydrogen lai o bŵer. Mae darlun cwbl ddigidol o gymarebau a chyfeintiau yn eithaf huawdl - mae dwysedd hydrogen sy'n barod i'w hylosgi 56 gwaith yn llai nag anwedd gasoline .... Fodd bynnag, dylid nodi, mewn egwyddor, y gall peiriannau hydrogen hefyd weithredu gyda chymysgeddau aer-hydrogen hyd at 180:1 (h.y. cymysgeddau "heb lawer o fraster"), sydd yn ei dro yn golygu y gellir gweithredu'r injan. heb falf throttle a defnyddio egwyddor peiriannau diesel. Dylid nodi hefyd mai hydrogen yw'r arweinydd diamheuol wrth gymharu hydrogen a gasoline fel ffynonellau ynni o ran màs - mae cilogram o hydrogen bron i dair gwaith yn fwy ynni-ddwys na chilogram o gasoline.

Yn yr un modd â pheiriannau gasoline, gellir chwistrellu hydrogen hylifedig yn uniongyrchol o flaen y falfiau yn y maniffoldiau, ond yr ateb gorau yw chwistrellu'n uniongyrchol yn ystod y strôc cywasgu - yn yr achos hwn, gall y pŵer fod yn fwy na 25% o injan gasoline tebyg. Mae hyn oherwydd nad yw'r tanwydd (hydrogen) yn dadleoli aer fel mewn injan gasoline neu ddiesel, gan ganiatáu dim ond aer (sylweddol fwy nag arfer) i lenwi'r siambr hylosgi. Hefyd, yn wahanol i beiriannau gasoline, nid oes angen chwyrlïo strwythurol ar beiriannau hydrogen oherwydd bod hydrogen yn tryledu'n ddigon da ag aer heb y mesur hwn. Oherwydd y cyfraddau llosgi gwahanol mewn gwahanol rannau o'r silindr, mae'n well gosod dau blygiau gwreichionen, ac mewn peiriannau hydrogen, mae'r defnydd o electrodau platinwm yn anymarferol, gan fod platinwm yn dod yn gatalydd sy'n arwain at ocsidiad tanwydd ar dymheredd isel.

H2R

Mae'r H2R yn brototeip supersport gweithredol a adeiladwyd gan beirianwyr BMW ac sy'n cael ei bweru gan injan deuddeg-silindr sy'n cyrraedd uchafswm allbwn o 285 hp pan gaiff ei bweru gan hydrogen. Diolch iddynt, mae'r model arbrofol yn cyflymu o 0 i 100 km / h mewn chwe eiliad ac yn cyrraedd cyflymder uchaf o 300 km / h. Mae'r injan H2R yn seiliedig ar yr uned pen uchaf safonol a ddefnyddir yn y petrol 760i a chymerodd dim ond deg misoedd i ddatblygu. Er mwyn atal hylosgi digymell, mae arbenigwyr Bafaria wedi datblygu cylchred llif arbennig a strategaeth chwistrellu i'r siambr hylosgi, gan ddefnyddio'r posibiliadau a ddarperir gan systemau amseru falf amrywiol yr injan. Cyn i'r cymysgedd fynd i mewn i'r silindrau, mae'r olaf yn cael ei oeri gan aer, a dim ond yn y ganolfan farw uchaf y cynhelir tanio - oherwydd y gyfradd hylosgi uchel â thanwydd hydrogen, nid oes angen tanio ymlaen llaw.

Canfyddiadau

Nid yw'r dadansoddiad ariannol o'r newid i ynni hydrogen glân yn optimistaidd iawn eto. Mae cynhyrchu, storio, cludo a chyflenwi nwy ysgafn yn dal i fod yn brosesau eithaf ynni-ddwys, ac ar y cam technolegol presennol o ddatblygiad dynol ni all cynllun o'r fath fod yn effeithiol. Fodd bynnag, nid yw hyn yn golygu na fydd ymchwil a chwilio am atebion yn parhau. Mae cynigion i gynhyrchu hydrogen o ddŵr gan ddefnyddio trydan o baneli solar a'i storio mewn tanciau mawr yn swnio'n optimistaidd. Ar y llaw arall, mae'r broses o gynhyrchu trydan a hydrogen yn y cyfnod nwy yn Anialwch y Sahara, ei gludo i Fôr y Canoldir ar y gweill, ei hylifo a'i gludo gan danceri cryogenig, ei ddadlwytho mewn porthladdoedd a'i gludo mewn tryc o'r diwedd yn swnio ychydig yn chwerthinllyd ar hyn o bryd ...

Cyflwynwyd syniad diddorol yn ddiweddar gan y cwmni olew o Norwy, Norsk Hydro, a gynigiodd gynhyrchu hydrogen o nwy naturiol mewn safleoedd cynhyrchu ym Môr y Gogledd, a storiwyd y carbon monocsid gweddilliol mewn caeau disbydd o dan wely'r môr. Gorwedd y gwir yn rhywle yn y canol, a dim ond amser a ddengys i ble y bydd datblygiad y diwydiant hydrogen yn mynd.

Amrywiad Mazda

Mae'r cwmni Japaneaidd Mazda hefyd yn dangos ei fersiwn o'r injan hydrogen - ar ffurf car chwaraeon uned cylchdro RX-8. Nid yw hyn yn syndod, oherwydd mae nodweddion dylunio injan Wankel yn hynod addas ar gyfer defnyddio hydrogen fel tanwydd. Mae'r nwy yn cael ei storio dan bwysedd uchel mewn tanc arbennig, ac mae'r tanwydd yn cael ei chwistrellu'n uniongyrchol i'r siambrau hylosgi. Oherwydd y ffaith, yn achos peiriannau cylchdro, bod yr ardaloedd lle mae pigiad a hylosgiad yn digwydd wedi'u gwahanu, ac mae'r tymheredd yn y rhan sugno yn is, mae problem y posibilrwydd o danio heb ei reoli yn cael ei leihau'n sylweddol. Mae injan Wankel hefyd yn cynnig digon o le i ddau chwistrellwr, sy'n hynod bwysig ar gyfer chwistrellu'r swm gorau posibl o hydrogen.