Автостроители двух известных фирм преодолели все трудности, связанные с такой гибридизацией.Как
и для авто на топливных элементах, которым предрекают скорый рассвет,
создателям машин с водородным ДВС нужно было сперва решить, каким
способом хранить водород в автомобиле.
Самый
перспективный вариант — металл-гидриды — ёмкости со специальными
сплавами, которые впитывают водород в свою кристаллическую решётку и
отдают его при нагревании.
Так
достигается самая высокая безопасность хранения и самая высокая
плотность упаковки топлива. Но это и самый хлопотный, и дальний по
срокам массовой реализации вариант.
Ближе
к серийному производству топливные системы с баками, в которых водород
хранится в газообразном виде под высоким давлением (300-350 атмосфер),
либо в жидком виде, при сравнительно невысоком давлении, но низкой (253
градуса Цельсия ниже нуля) температуре.
Соответственно, в первом случае нам нужен баллон, рассчитанный на высокое давление, а во втором — мощнейшая теплоизоляция.
Первая роботизированная автозаправочная станция для
жидкого водорода заработала в Мюнхене в 1999 году. Робот с помощью
цифровой камеры находит лючок водородного бака, вставляет шланг и
заправляет машину, после чего сам закрывает лючок. |
| |
|
Первый вариант более
опасен, но зато в таком баке водород может сохраняться долго. Во втором
случае безопасность куда выше, но на неделю-другую водородный
автомобиль на стоянку не поставишь.
Точнее,
поставишь, но водород хоть медленно, но будет нагреваться. Давление
вырастет, и предохранительный клапан начнёт стравливать дорогое топливо
в атмосферу.
Mazda выбрала вариант с баком высокого давления, BMW — с жидким водородом.
Немцы
понимают все недостатки своей схемы, но сейчас BMW уже экспериментирует
с необычной системой хранения, которую будет ставить на следующие свои
водородные машины.
Пока автомобиль
эксплуатируется, из окружающей атмосферы вырабатывается жидкий воздух и
закачивается в промежуток между стенками водородного бака и внешней
теплоизоляцией.
В таком баке
водород почти не нагревается, пока испаряется жидкий воздух во внешней
"рубашке". С таким устройством, говорят в BMW, водород в бездействующей
машине может сохраняться почти без потерь примерно 12 дней.
|
Водородный Mini (иллюстрация с сайта bmwworld.com). |
|
|
Следующий важный вопрос — способ подачи топлива в двигатель. Но здесь сначала нужно перейти, собственно, к автомобилям.
BMW
уже несколько лет эксплуатирует целый флот из опытных водородных
"семёрок". Да, баварцы перевели на водород именно флагманскую модель.
Заметим,
первый автомобиль на водороде BMW построила в 1979 году, но лишь в
последние несколько лет фирма буквально взорвалась новыми водородными
авто.
В рамках программы CleanEnergy в 1999-2001 годах BMW построила несколько двухтопливных (бензин/водород) "семёрок".
Их
4,4-литровые V-образные 8-цилиндровые двигатели развивают на водороде
184 лошадиные силы. На этом топливе (ёмкость в последней версии авто
составляет 170 литров) лимузины могут пройти 300 километров, и ещё 650
километров — на бензине (в машине оставлен стандартный бак).
Также
компания создала 12-цилиндровый двухтопливный двигатель, а ещё
оснастила 4-цилиндровым 1,6-литровым водородным движком
экспериментальный MINI Cooper.
Сначала
компания развивала впрыск газообразного водорода во впускные трубы
(перед клапанами). Потом экспериментировала с непосредственным впрыском
газообразного водорода (под большим давлением) непосредственно в
цилиндр.
А позже объявила, что,
по всей видимости, впрыск жидкого водорода в область перед впускными
клапанами, — самый многообещающий вариант. Но окончательный выбор не
сделан и изыскания в этой области будут продолжены.
|
Mazda RX-8 Hydrogen Rotary Engine (иллюстрация с сайта h2cars.biz). |
У Mazda своя гордость: она приспособила под водород свои знаменитые роторные двигатели Ванкеля.
Впервые такую машину японская компания построила в 1991 году, но это был чистый концепткар от бампера до бампера.
А
вот в январе 2004 года разорвалась бомба. Японцы показали водородный (а
точнее — двухтопливный) вариант своего знаменитого спорткара RX-8.
Его
роторный мотор с собственным, кстати, именем RENESIS, завоевал титул
"двигатель 2003 года", впервые в истории обставив на этом международном
конкурсе классических поршневых соперников.
И
вот теперь RENESIS научили "есть" водород, сохранив и бензиновое
питание. При этом японцы подчёркивают преимущество двигателя Ванкеля
при такой конверсии.
Водородный бак Mazda сертифицирован по японским и
германским стандартам на баллоны высокого давления на 350 атмосфер
(иллюстрация с сайта h2cars.biz). |
| |
|
Перед впускными
окнами в корпусе роторного мотора — масса свободного места, где в
отличие от тесной головки цилиндра поршневого ДВС легко разместить
форсунки. Их две на каждую из двух секций RENESIS.
В
двигателе Ванкеля полости всасывания, сжатия, рабочего хода и выхлопа
разделены (в то время как в обычном моторе — это один и тот же цилиндр).
Потому
здесь не может произойти случайного преждевременного воспламенения
водорода от "встречного огня", да и форсунки для впрыска работают
всегда в благоприятной (в смысле долговечности), холодной зоне мотора.
На водороде японский Ванкель развивает 110 лошадиных сил — почти вдвое меньше, чем на бензине.
Вообще-то,
в расчёте на вес водород энергетически более "содержательное" топливо,
чем бензин. Но таковы настройки топливных систем, выбранные инженерами
Mazda.
Итак, BMW и Mazda нанесли двойной удар по стану сторонников топливных элементов.
Хотя
стоимость последних постоянно снижается, а технологии совершенствуются,
не исключено, что именно серийные ДВС на водороде откроют новую эру на
дорогах планеты.
Вот прогноз баварцев.
В
последующие три года водородные заправки (хоть по одной) построят во
всех западноевропейских столицах, а также на самых крупных
трансъевропейских магистралях.
|
Так же, как и баварцы, японские инженеры сохранили в RX-8 HRE бак для бензина (иллюстрация с сайта mazda.co.jp). |
До 2010 года первые
двухтопливные авто появятся в магазинах. В 2015-м на дорогах их будет
уже несколько тысяч. В 2025 году четверть мирового автопарка будет
питаться водородом.
Какую пропорцию среди водородных машин составят машины с ДВС и авто на топливных элементах — деликатные немцы уточнять не стали.