Водородный двигатель для автомобиля, как избавиться от нефтяной зависимости

Износ термостата

Наиболее часто неполадки в системе связаны именно с клапаном переключающим круги циркуляции, он же термостат. Если деталь заклинивает в одном положении или клапан перекрывает каналы кругов циркуляции неплотно, прогрев двигателя может занять значительно больше времени или наоборот, агрегат начнёт сильно перегреваться без достаточного охлаждения.


Принцип работы термостата

Как правило, поломка термостата связана с нарушением его целостности. Основой клапана является термический воск, который при нагревании расширяется и сдавливает мембрану, открывающую большой круг циркуляции. Если воск по какой-либо причине вытек из детали, то клапан перестанет функционировать и антифриз не сможет полноценно охлаждаться. Также причиной износа может стать несвоевременная замена охлаждающей жидкости или её низкое качество. Коррозия пружины термостата вызывает заклинивание детали в открытом или реже закрытом положении. В обоих случаях двигатель не сможет работать в нормальном температурном диапазоне — жидкость будет либо постоянно охлаждаться, даже когда в этом нет необходимости, либо наоборот, всё время будет горячей.

Пружина термостата подверглась коррозии

Определить износ довольно просто и это можно сделать двумя способами. Проще всего проверку произвести несъёмным методом. Для этого сразу после запуска двигателя следует потрогать входной патрубок радиатора. Если он стал тёплым почти сразу после пуска ДВС, это говорит о том, что термостат заклинило в открытом положении. И наоборот, когда патрубок остаётся холодным, даже если показатель температуры находится в пиковом положении, это свидетельствует о неспособности термостата открываться.

Более точно удостовериться в том, что причина некорректной работы системы охлаждения заключается именно в неисправности термостата можно путём его демонтажа. Снятый клапан кладётся в ёмкость с водой и подвергается нагреву. Когда температура воды достигнет 90оС, исправный клапан обязательно должен сработать — шток термостата сместится. Если этого не происходит, можно с уверенностью считать деталь неисправной.

Вышедший из строя термостат не подлежит ремонту, а требует обязательной замены. Его стоимость для большинства автомобилей редко превышает 1000 рублей. Клапан вполне можно заменить самостоятельно, без посещения автосервиса.

ДВС на водородном топливе

В течении многих лет идут поиски возможности приспособить двигатели внутреннего сгорания Для полной или гибридной работы на водородном топливе. В Англии ещё в первой половине 40-ых годов девятнадцатого века запатентовали двигатель, который работает на воздушно-водородной смеси. Концерн «Цеппелин» в начале 20 века в качестве движущей установки собственных знаменитых дирижаблей использовал двигатели внутреннего сгорания, которые работают на водороде.

Формированию водородной энергетики способствовал и мировой энергетический кризис, разразившийся в 70 годах прошлого столетия. Однако с его завершением водородные резервные электростанции быстро были забыты. И это не обращая внимания на множество положительных качеств если сравнивать с традиционным топливом:

  • совершенная возгораемость топливной смеси на основе воздуха и водорода, что предоставляет шанс лёгкого пуска мотора при любой температуре воздуха;
  • большое тепловыделение при горении газа;
  • безусловная безопасность в экологическом плане – отработавшие газы превращаются в воду;
  • выше в 4 раза скорость сгорания если сравнивать с бензиновой смесью;
  • способность смеси работать без детонации при большой степени сжатия.

Ключевой технической основой, являющейся непреодолимой преградой в применении водорода в качестве топлива машин стала невозможность поместить большое количество газа на транспортном средстве. Размер топливного бачка для водорода будет сравним с параметрами самого автомобиля. Большая взрывоопасность газа должна вычеркивать возможность малейшей утечки. В жидком виде нужна криогенная установка. Данный вариант также мало осуществим на автомобиле.

Безопасность установки

Многие умельцы размещают пластины в пластиковых ёмкостях. Не стоит экономить на этом. Нужен бак из нержавеющего металла. Если его нет, можно использовать конструкцию с пластинами открытого типа. В последнем случае необходимо применять качественный изолятор тока и воды для надёжной работы реактора.


Известно, что температура горения водорода составляет 2800. Это самый взрывоопасный газ в природе. Газ Брауна – не что иное, как «гремучая» смесь водорода. Поэтому водородные генераторы на автомобильном транспорте требуют качественной сборки всех узлов системы и наличия датчиков для слежения за течением процесса.

Датчик температуры рабочей жидкости, давления и амперметр не будут лишними в конструкции установки

Особое внимание стоит уделить гидрозатвору на выходе из реактора. Он жизненно необходим

Если произойдёт воспламенение смеси, такой клапан предотвратит распространение пламени в реактор.

Водородный генератор для отопления жилых и производственных помещений, работающий на тех же принципах, отличается в несколько раз большей производительностью реактора. В таких установках отсутствие гидрозатвора представляет смертельную опасность. Водородные генераторы на автомобилях в целях обеспечения безопасной и надёжной работы системы также рекомендуется оборудовать таким обратным клапаном.

Особенности гибридных конструкций

Характеристики, которыми обладает водородное топливо, активно использовались многими конструкторами с целью создания уникального гидродвигателя внутреннего сгорания. Например, разработанный В.С. Кащеевым метод – это принципиально иная установка, имеющая не только традиционный подающий воздух впускной клапан и выпускное устройство отвода выхлопных газов, но и отдельный клапанный механизм подачи водорода, а также свечу зажигания в головке блоков цилиндров.

Несмотря на некоторые принципиальные отличия, механизм работы остаётся неизменным, поэтому любые гибридные силовые агрегаты принято считать переходной стадией от применения дизеля и бензина к использованию водородного топлива. Благодаря высоким показателям КПД, лёгкое химическое вещество вводится в состав топливно-воздушных смесей, что значительно повышает степень сжатия, а также снижает токсичность выхлопов. Кроме этого, взаимодействие кислорода с водородом сопровождается выделением достаточного количества энергии, которая нужна автомобильным электродвигателям.

Двигатель на водородном топливе

Есть две перспективы. Первая (краткосрочная) — необходимо добиться большей эффективности использования нефтетоплива, долгосрочная — решением может стать переключение транспортных средств с бензиновых/дизельных двигателей на электрические топливные элементы (электрохимические генераторы), работающие на водороде, которые никогда не разряжаются. Бесшумные, не загрязняющие окружающую среду, это одни из самых экологически чистых источников энергии, когда-либо разработанных. Разберёмся, как они работают.

Есть два способа заставить современный автомобиль двигаться:

  1. Использовать двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В процессе сжигания нефотетоплива вырабатывается тепло, благодаря чему транспортное средство может ехать.
  2. Электромобили работают совершенно по-другому. Там используются аккумуляторы, которые подают электроэнергию на электродвигатели, напрямую приводящие в движение колеса.

Есть гибридные автомобили, сочетающие оба варианта, водитель может переключатся между ними в соответствии с условиями вождения. Устройство водородного двигателя — нечто среднее между ДВС и аккумулятором. Он вырабатывает энергию, используя топливо из бака (газообразный водород под давлением, а не бензин или дизель). Процесса сжигания нет, H2 химически соединяется с кислородом из воздуха, образуя воду. Высвобождаемое электричество используется для питания электродвигателя. Никаких выхлопных газов.

Что происходит внутри

В основе принципа действия водородного двигателя лежит электрохимическая реакция. Состав топливного элемента — это три основные части:

  • положительно (желтая) и отрицательно (сиреневая) заряженные клеммы;
  • электролит (серый).

Электричество возникает следующим образом:

  1. Газообразный H2 из резервуара подаётся к положительному полюсу. Поскольку вещество взрывоопасно, бак должен быть чрезвычайно прочным.
  2. Кислород из воздуха (голубые капли) идёт по второй трубке.
  3. Положительная клемма металлическая (платина или палладий). Достигая катализатора, атомы H2 распадаются на ионы и электроны.
  4. Положительно заряженные протоны притягиваются к отрицательному полюсу, двигаясь к нему через электролит. Последний представляет собой тонкую полимерную мембрану.
  5. Электроны проходят через внешнюю цепь.
  6. Приходит в действие электродвигатель, заставляющий колёса автомобиля двигаться.
  7. На отрицательной клемме протоны и электроны рекомбинируют с кислородом путём химической реакции, которая производит воду.
  8. Выхлоп — водяной пар.

Процесс будет продолжаться до тех пор, пока есть запасы H2 и O2. Поскольку воздух всегда доступен, единственный ограничивающий фактор — количество водорода H2 в баке.

Параметры давления в гидроаккумуляторе

Сила напора воды в магистрали регулируется параметрами давления воздуха в гидроаккумуляторе. Стандартные значения, которые устанавливает изготовитель оборудования, равняются 1,5-3,0 атм. Соответствие прибора этим показателям можно проверить, установив манометр в ниппель устройства.


Проблему недостаточного давления в системе решают путем накачивания воздушной массы через предохранительный клапан. Прежде чем приступать к регулировке прибора, необходимо отключить электропитание и полностью слить воду из станции.

Следующими параметрами, влияющими на силу напора, являются максимальный и минимальный уровни срабатывания реле давления. Чем больше разница между ними, тем продуктивнее выглядит работа гидроаккумулятора. Однако при таком подходе увеличивается нагрузка на мембрану прибора, которая, при необоснованном повышении параметров, может порваться.

Верхняя граница включения равна рекомендуемым параметрам предельного давления в магистральном трубопроводе (по паспорту). Нижняя – значение минимальной плотности воздуха + 0,5 бар.

Изменение давления в системе водоснабжения выполняют путем регулировки силы затяжки пружин, находящихся в корпусе реле. Для увеличения напора гайку накручивают по часовой стрелке, для уменьшения – против.

Значение, установленное пользователем, не должно превышать более чем на 95% рекомендуемые параметры, указанные в техническом паспорте устройства.

Ещё один удивительный прорыв

Компания «Ротман Текнолоджиз Лтд.» располагает и другим способом превращения воды в топливо для двигателей. Называется этот способ «электролиз». Вода при этом превращается в газ Брауна, который также является отличным топливом для бензиновых двигателей. (Газ Брауна представляет собой смесь двухатомных и одноатомных молекул водорода и кислорода. Обычно получается электролизом воды. Обладает недостаточно изученными свойствами. – Прим. перев.) За исключением одного отличия, этот метод похож на тот, который мы в прошлом году представляли в нашем электронном магазине.

Почему газ Брауна как топливо лучше чистого водорода? Вот наше мнение на этот счет.

В настоящее время окружающая среда испытывает серьезнейшие проблемы, и одна из них – это потеря атмосферного кислорода. Содержание его в воздухе становится таким низким, что в некоторых регионах это представляет угрозу самому существованию человека. Нормальное содержание кислорода в воздухе – 21 процент, но в некоторых регионах оно в несколько раз ниже! Так, например, в Японии в Токио оно упало до 6-7 процентов. Если содержание в воздухе кислорода достигнет 5 процентов, люди начнут умирать. В Токио на углах улиц даже установили пункты продажи кислородных подушек, чтобы в случае необходимости человек мог подышать кислородом. Если мы не примем меры, то, в конце концов, уменьшение содержания кислорода в воздухе повлияет на каждого из нас. Получаемый электролитным способом, газ Брауна может поставлять в атмосферу кислород, в то время как другие технологии либо никак не влияют на атмосферу (как при использовании чистого водорода или топливных баков), либо загрязняет ее (как при использовании ископаемого топлива). Поэтому мы считаем, что именно эта технология в ближайшем будущем должна быть выбрана для обеспечения топливом транспортных средств.

Сравнение технологий

Перед тем как рассказать о том, как в компании «Ротман Текнолоджиз Лтд.» получают газ Брауна из воды, давайте сравним три технологии получения водородного топлива: (а) с топливным баком, (б) чистоводородная и (в) газ Брауна. Рассмотрим эти технологии с точки зрения производства или потребления ими кислорода. С топливным баком. Кислород берется из воздуха для сжигания водорода в баке. Из выхлопной трубы выходят кислород и водяной пар. Однако кислород изначально забирался из воздуха, а не из топлива, так что применение этого способа не уменьшает, но и не увеличивает его содержание в атмосфере. Чистоводородная. Водород как топливо самодостаточен, не требует атмосферного кислорода для горения, что в смысле сохранности атмосферного кислорода представляет собой преимущество по сравнению с использованием ископаемых видов топлива. Собственно, при надлежащем сгорании водорода в выхлопе ничего не остается. Если же для создания водорода требуются соль и металлический сплав, то в выхлопе будут присутствовать их остатки. Но и водородное топливо не добавляет кислорода в атмосферу. Газ Брауна. Это самое совершенное топливо для наших транспортных средств. Получается он из воды (то есть водорода и кислорода), так же как и чистый водород, но сгорает в ДВС так, что, в зависимости от регулировки, может отдавать кислород в атмосферу. На выхлопе получается кислород и водяной пар (как и в случае топливных баков), однако кислород здесь берется из воды, используемой для получения газа. Поэтому при сжигании газа Брауна в атмосферу поступает дополнительный кислород. Таким образом, использование газа Брауна помогает решить очень опасную для нас проблему уменьшения кислорода в окружающей среде. С этой точки зрения газ Брауна представляет собой идеальное топливо для автомобилей будущего. 

Принцип работы

Устройство водородных двигателей не отличается особой сложностью. Главным отличием является способ подачи и воспламенения смесей при полном сохранении основного принципа преобразования. При этом на фоне традиционного бензина и дизеля, водородное топливо обеспечивает мгновенную скорость реакции даже в условиях незначительного уровня давления внутри топливной системы. Для образования смеси участие воздуха не является необходимым, а остающийся в камере сгорания пар, после прохождения сквозь радиатор и конденсации, снова становится Н2О.

Безусловно, топливный элемент в данном варианте предполагает использование специального электролизера, обеспечивающего выделение достаточного количества водорода для участия в возобновлённом гидролизе с кислородом. Основная проблема состоит в том, что в современных реалиях данный вариант практически невыполним. Современные технологии не гарантируют стабильность функционирования и беспроблемный запуск мотора при отсутствии атмосферного воздуха.

Пентакарбонилжелезо

Это неорганическое соединение активно используется в химпроме, при этом высокотоксично и очень опасно для окружающей среды. А еще это диверсионный яд, он обладает высокой летучестью, является штатным вооружением спецслужб. Пентакарбонилжелезо как яд очень удобен в использовании так как по большому счету практически незаметен при выявлении причин отравления. Он отлично растворяется в любых жидкостях, в том числе спиртосодержащих, не разлагаясь, и не имеет ни вкуса, ни запаха. Симптомы очень похожи на отравление угарным газом. Оба ингредиента яда — железо и угарный газ — присутствуют в нашем организме.

По одной из версий бывшего премьера Грузии Зураба Жванию в 2005 году убили именно пентакарбонилжелезом. Хотя, по официальной версии политик отравился угарным газом. Якобы виной всему неисправная печь на съемной квартире, где находился Жвания.

Система впрыска в наше время

Интересно теперь узнать, как обстоят дела с водяным впрыском в настоящее время. После 2005 года особого интереса к системе никто не проявлял. Но, как и ранее, требовалось лишь немного времени, чтобы кто-то вновь вспомнил про воду с метаном.


И это оказалась компания BMW. Причём они использовали впрыск не для увеличения мощности, как это происходило ранее, а для уменьшения уровня потребления топлива.

Первопроходцем стал автомобиль BMW M4, использующийся в качестве машины безопасности в рамках мотогонок серии MotoGP. На его двигателе использовалась обычная форсунка. Она подавала жидкость в коллектор. Но у баварцев был ещё и другой опытный мотор с 3 цилиндрами, турбиной и рабочим объёмом 1,5 литра. Здесь применялась более продвинутая технология.

Смешивание воды с горючим происходило за счёт работы насоса высокого давления производства Bosch, который включался в работу только тогда, когда обороты мотора превышали отметку в 4 тысячи единиц. Смесь топлива и воды с метаном, двигаясь через форсунку, проникала внутрь камеры сгорания. Это позволило повысить мощность от начальной 201 л.с. до 215 лошадок. Параллельно увеличилась устойчивость к детонации, что дало возможность использовать степень сжатия на 9,5 к 1, а уже 11,0 к 1. Инженеры отметили также общее улучшение отдачи при работе мотора на низких и средних оборотах.

Водяной бак на машине, оснащённый подогревом, имел объём 7 литров. В стандартных условиях расход смеси воды и спирта составлял 1,5 литра на каждые 100 километров пути. Потому водителю требовалось заправляться через 500 км.

Но инженеры BMW не были бы собой, если бы не придумали выход из ситуации. Они учли, что во время работы системы кондиционирования в автомобиле образуется достаточно большое количество конденсата. Эту жидкость они заставили сливаться в бак. Так удалось сэкономить около 8% топлива на 100 километров при движении автомобиля в условиях смешанного цикла. В теории такая система может идеально работать с гибридными приводами. Но в баварском автоконцерне пока на этот счёт ничего не говорят.

Двигатели, оснащённые системой водометанового впрыска, запускают в серийное производство. Причём автомобили с такими силовыми установками будут поставлять в Россию. Большинство плюсом появления подобных систем заключается в том, что моторы станут менее требовательными к качеству топлива. Если быть точнее, то к его октановому числу. То есть для BMW будет вполне достаточно заправлять автомобиль неплохим АИ95.

Принцип сборки

Разберем примерную структуру цепи, использующей электрогенератор, и прицепим к нему двигатель на реактивной тяге. Это наглядно покажет, как работает определенный элемент. Цепь будет состоять из следующих компонентов: вращающиеся лопасти для генератора переменного тока, преобразователя переменного тока в постоянный, аккумулятора, совместимого электродвигателя, системы реактивной тяги.

Для обеспечения работоспособности генератора необходимо хотя бы примерно представлять скорость вращения ротора. Отталкиваясь от скорости вращения, получаем представление о мощности, которую должен вырабатывать генератор.

Электрический асинхронный генератор переменного тока состоит из статора (неподвижной части) и ротора (вращающейся). Статор состоит из блока наложенных друг на друга листов металла диэлектрика (не проводящих ток) с вырезанными сквозными пазами, и магнитных катушек, вставляющихся в них. Катушки не должны соприкасаться с блоком. Для этого используются специальные прокладки внутри, и стрелки снаружи из изолирующего материала. За пределы пазов они выступать не должны. Также изолируются катушки друг от друга. Форма и элементы ротора могут отличаться друг от друга.

Возьмем за основу двигатели на воде своими руками с расчетом на три фазы, так как данный вид наиболее распространен. Это значит, что будет использовано три катушки одинаковых размеров. В домашних условиях при напряжении в 220 вольт постоянного тока в 19 ампер, потребуется провод с сечением 1,5 миллиметра. Работать будет при условии потребления не выше 4,1 киловатта. Стоит также учесть частоту вращения. Количество вращений в секунду измеряется в герцах. В России принята чистота 50 Герц в секунду для электроники. Провода на выходе соединяются «треугольником» или «звездой».

Модели с водородным двигателем

Работы по разработке и производству реально функционирующего прототипа инновационного автомобиля обходятся примерно в миллион долларов. Самые крупные автомобильные концерны располагают такими суммами, но крайне редко считают вложение средств в подобные проекты высокодоходным мероприятием.

Honda FCX Clarity

Модель имеет силовую установку в виде водородных топливных элементов. Лизинговые продажи стартовали в Америке 11 лет назад, а для заправки топливом разрабатывалась очень компактная по размерам энергетическая станция (Home Energy Station). Подсистема разгона и торможения в этом автомобиле оснащена эксклюзивным ионистором в виде супер-конденсатора без наличия традиционных «обкладок». Запас хода на одном заряде составляет 700 км. Розничная цена модели – почти 63 тысячи американских долларов.

Hyundai Tucson/ix35 FCEV

Внедорожник класса «К1» был запущен в серийное производство шесть лет назад. Модель, занявшая лидирующие позиции в области использования водородного топлива, отличается компактными размерами. Автомобиль оснащён силовой установкой, представленной двумя газовыми баллонами, которые заполняются сжатым водородом под давлением 700 атм. В динамике эта машина очень хороша, но оптимальный вариант – городской цикл езды.

Hyundai Nexo

Южнокорейская модель второго поколения водородных кроссоверов отличается не только новой платформой, но также лёгким кузовом, аккумуляторной батареей в багажнике и улучшенным строением топливных элементов. Объём трёх одинаковых по размерам баков составляет 52,2 л водорода. Модель была протестирована за Полярным кругом, где довольно легко подтвердила свою работоспособность в суровых климатических условиях.

Toyota Mirai FCV

Японский водородный экомобиль – это новая эра автомобилестроения. Для четырёхдверного седана характерно наличие заметно улучшенной силовой установки, модернизированных и усовершенствованных агрегатов. В модели Тойота Мирай установлены высокоэффективные водородные топливные элементы FC stack и синхронный электрический двигатель переменного тока. Запас хода на одном заряде двух заправочных баллонов составляет 650 км.


С этим читают