Виды работы водяных двигателей

Водородный двигатель: типы,устройство,принцип работы,фото,видео

Первым разработчиком, представившим водородный двигатель для автомобиля широкой публике, был концерн «Тойота». Ещё в 1997 году ими был презентован внедорожник FCHV, который тогда так и не запустили в серийное производство

Сегодня ведут исследования и другие компании, среди них:

  • Honda Motor,
  • Volkswagen,
  • General Motors,
  • Daimler AG,
  • Ford Motor,
  • BMW и так далее.

История создания водородного двигателя

Начнем с того, что идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Как видно, двигатель на водороде «родился» задолго до того, как был поднят ряд вопросов касательно окружающей среды и токсичности выхлопа.

Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде были предприняты не для защиты окружающей среды, а в целях банального использования водорода в качестве топлива. Спустя несколько десятков лет (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, который успешно работал на смеси воздуха и водорода.

Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Затем об этом двигателе вспомнили только тогда, когда в 70-е годы XX века случился топливный кризис. В результате компания BMW в 1979 г. построила автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Агрегат работал относительно стабильно, не было взрывов и выбросов водяного пара.

Другие автопроизводители также начали работы в этой области, в результате чего к концу XX века появилось не только много прототипов, но и вполне успешно действующих образцов двигателей на водородном топливе (бензиновый и дизельный двигатель на водороде).

Однако после того как топливный кризис окончился, работы над водородными ДВС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже по причине серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете быстро сокращаются и на нефтепродукты закономерно растут цены.

Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород является вполне доступной альтернативой. На сегодняшний день над водородными ДВС ведут работы GM, BMW, Honda, корпорация Ford и т.д.

ТИПЫ ВОДОРОДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Наука непрерывно развивается. Каждый день придумываются новые концепты. Но только лучшие из них воплощаются в жизнь. Сейчас существует всего два типа водородных двигателей, которые могут быть рентабельными и производительными.

Первый тип водородного двигателя работает на топливных элементах. К сожалению, водородные двигатели данного типа до сих пор имеют высокую стоимость. Дело в том, что в конструкции содержаться дорогие материалы вроде платины.

Ко второму типу относятся водородные двигатели внутреннего сгорания. Принцип работы таких устройств сильно напоминает пропановые модели. Именно поэтому их часто перенастраивают для работы под водород. К сожалению, КПД подобных устройств на порядок ниже тех, что функционируют на топливных элементах.

На данный момент тяжело сказать, какая из двух технологий по созданию водородных двигателей победит. У каждой есть свои плюсы и минусы. В любом случае работы в данном направлении не прекращаются. Поэтому, вполне возможно, что к 2030 году машину с водородным двигателем можно будет купить в любом автосалоне.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Главное отличие двигателей на водороде от привычных нам сейчас бензиновых либо дизельных аналогов заключается в способе подачи и воспламенении рабочей смеси. Принцип преобразования возвратно-поступательных движений КШМ в полезную работу остается неизменным. Ввиду того что горение топлива на основе нефтепродуктов происходит медленно, камера сгорания наполняется топливно-воздушной смесью немного раньше момента поднятия поршня в свое крайнее верхнее положение (ВМТ). Молниеносная скорость реакции водорода позволяет сдвинуть время впрыска к моменту, когда поршень начинает свое возвратное движение к НМТ. При этом давление в топливной системе не обязано быть высоким (4 атм. достаточно).

Читайте также:  Двигатель к13с хино технические характеристики

В идеальных условиях водородный двигатель может иметь систему питания закрытого типа. Процесс смесеобразования происходит без участия атмосферного воздуха. После такта сжатия в камере сгорания остается вода в виде пара, который проходя через радиатор, конденсируется и превращается обратно в Н2О. Такой тип аппаратуры возможен в том случаи, если на автомобиле установлен электролизер, который отделит с полученной воды водород для повторной реакции с кислородом.

На практике такой тип системы осуществить пока что сложно. Для исправной работы и уменьшения силы трения в моторах используется масло, испарения которого являются частью отработанных газов. На современном этапе развития технологий устойчивая работа и беспроблемный запуск двигателя, работающего на гремучем газе, без использования атмосферного воздуха неосуществимы.

Минусы водородного мотора

Водородные двигатели для автомобилей при всех плюсах не лишены недостатков:

  1. Высокая стоимость, на которую влияют, во-первых, электрический генератор, во-вторых, необходимые для эксплуатации авто баки из углепластика.
  2. Низкая энергетическая эффективность. У электромобиля КПД равняется 70%, у водородного топлива – 30%, если же водород получать из нефти, этот показатель увеличится примерно в 2 раза, но тогда появится углекислый газ.
  3. Малое количество заправок. Если в Европе они хотя бы есть, то в России такие заправочные станции в принципе отсутствуют.
  4. Необходимость периодической проверки баллонов, заправленных водородом, в целях безопасности.
  5. Увеличение веса машины и, как следствие, ухудшение маневренности.

Безусловно, защита окружающей среды имеет огромное значение, но пока что автолюбители не готовы жертвовать собственным комфортом и деньгами ради экологии.

Рекомендации по созданию водородного двигателя своими руками

В обычных условиях выделить гидроген из воды практически невозможно. Для успешного протекания процесса необходимо использование специальных катализаторов. На сегодняшний день применяются такие их разновидности:

  1. достаточно простая конструкция, управляемая весьма примитивным механизмом, выполняется в виде цилиндрических банок. К сожалению, элементарное устройство данного катализатора негативно отразилось на производительности водородного двигателя. Её максимальная величина характеризуется показателем 0,7 л газа, выделяемого за одну минуту. Такой вид катализатора подходит для ДВС на водороде с небольшой ёмкостью, а именно до 1,5 литров. Увеличение количества банок способствует возможности эксплуатации силового агрегата большего объёма;
  2. наилучшей эффективностью обладает катализатор, представленный обособленными ячейками. Такая система характеризуется максимальным коэффициентом полезного действия;
  3. на долгосрочную эксплуатацию рассчитаны открытые пластины или сухой катализатор. Благодаря свободному доступу воздуха из окружающей среды создаётся возможность наиболее эффективного охлаждения. Из перечисленных разновидностей система имеет средний показатель производительности, выражающийся величиной, колеблющейся в пределах 1-2 л газа, выделяемого из воды на протяжении одной минуты.

Конструкторские бюро и исследовательские институты не прекращают изыскания по разработке водородных двигателей, обладающих приемлемой производительностью при максимальном КПД. Уже сегодня практикуется применение гибридных устройств, в которых успешно сочетаются различные источники питания. Оптимальной считается комбинация водорода с бензином. Также учёные продолжают поиски идеального катализатора, способного обеспечить наибольшую производительность.

Формирование водородного агрегата

Для начала надлежит обеспечить устройство трубопровода с добавочными ёмкостями Датчик уровня жидкости, закреплённый в центре крышки, препятствует ложному срабатыванию во время движения вверх-вниз. Этим прибором управляется система автоматической подпитки.

Датчик давления регулирует подкачку воды, включая т отключая её при показателях соответственно 40 и 45 psi. При достижении нагрузки в 50 psi приводится в действие предохранитель, в конструкции которого предусмотрены две функционально значимые части:

  • вентиль аварийного сброса используется в экстремальных ситуациях;
  • разрывной диск, принцип работы которого заключается в активации при показателе давления в 60 psi, обеспечивая сохранность системы.

Особое внимание следует уделить качественному отводу тепла. Для этой цели подбирается наиболее холодная свеча.

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

Читайте также:  Как понять что масло в двигателе плохое

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной). Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода. В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. Основным минусом является высокая стоимость топливных элементов по причине использования платины, палладия и других дорогих металлов. В результате конечная стоимость транспорта с таким двигателем сильно возрастает.

ТРУДНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОДОРОДНЫХ ДВС

Главное препятствие на пути внедрения технологии – это стоимость получения водорода (Н2), а также комплектующих для его хранения и транспортировки. К примеру, для сохранения сжиженного состояния нужно поддерживать стабильную температуру -253º С. Наиболее доступный способ получения Н2 – это электролиз воды. Промышленное снабжение водородом требует больших энергетических затрат. Рентабельным этот процесс сможет сделать ядерная энергетика, которой также пытаются найти рациональную альтернативу. Транспортировка и хранение газа требуют использования дорогостоящих материалов и высококачественных механизмов.К другим недостаткам водородного топлива можно отнести:

  • взрывоопасность. В замкнутом пространстве достаточная для реакции концентрация гремучего газа может спровоцировать взрыв. Усугубить ситуацию способна высокая температура воздуха. Из-за высокой степени диффузности водорода существует риск попадания Н2 в выхлопной коллектор, где реакция с горячими выхлопными газами приведет к возгоранию смеси. Роторный двигатель, ввиду особенностей компоновки, является более предпочтительным для водородного автомобиля;
  • для хранения водорода требуется емкость большого объема, а также специальные системы, препятствующие улетучиванию Н2 и обеспечивающие защиту от механических деформаций. Если для автобусов, грузовиков либо водного транспорта такая особенность не играет большой роли, то легковые автомобили теряют ценные кубометры багажного отделения;
  • в режимах высокотемпературных нагрузок водород способен провоцировать разрушительное воздействие на детали цилиндропоршневой группы и моторное масло. Применение соответствующих сплавов и смазочных материалов ведет к удорожанию производства и эксплуатации двигателей, работающих на водороде.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Автомобилестроение – далеко не единственная область, где могут применяться водородные двигатели. Водный, железнодорожный транспорт, авиация, а также различная вспомогательная спецтехника могут использовать силовые установки подобного типа.

Интерес к внедрению технологии водородных двигателей проявляют как дочерние предприятия, так и крупные автоконцерны (BMW, Volskwagen, Toyota, GM, Daimler AG и прочие). Уже сейчас на дорогах можно встретить не только опытные образцы, но и полноценные представители модельного ряда, приводимые в движение с помощью водорода. BMW 750i Hydrogen, Honda FSX, Toyota Mirai и многие другие модели отлично зарекомендовали себя во время дорожных испытаний. К сожалению, высокая стоимость водорода, отсутствие инфраструктуры заправочных станций, а также достаточного количества квалифицированных сотрудников, оборудования для ремонта и обслуживания не позволяют запустить такие автомобили в массовое производство. Оптимизация всего цикла использования гремучего газа являются первоначальной задачей области развития водородной энергетики.

Источник

Система охлаждения двигателя — принцип работы

Поддержание оптимальной температурной среды необходимо для стабильного функционирования и долгой эксплуатации ДВС. От этого также зависят эффективность масла, обогрев салона, газовая рециркуляция, работа коробки и турбонадува. Система обеспечивает оптимальный тепловой режим даже при 45 градусах Цельсия, дает мотору быстро нагреваться до рабочей нормы и способствует минимальному расходу мощности на “включение” отдельных элементов и пр.

Узнайте стоимость диагностики двигателя онлайн за 3 минуты

Не тратьте время впустую – воспользуйтесь поиском Uremont и получите предложения ближайших сервисов с конкретными ценами!

Как работает охлаждение автомобильного двигателя

Для обеспечение нормальной “охлаждающей” деятельности необходим блок управления. Она учитывает температуру окружающей среды, смазки, рабочей жидкости и пр. После математической оценки различных параметров подаются команды, а также производится регулировка для компенсации отклонений.

Элементы узла перечислены ниже:

  • радиаторы (трубчатый, масляный, газовый);
  • вентилятор (возможно механическое, гидравлическое или электрическое приводное устройство);
  • насос (необходим для циркуляции жидкости);
  • термостат (регулирует объем раствора в радиаторе, вариант с электрическим подогревом позволяет использовать три его рабочих положения);
  • отопительный теплообменник (позволяет использовать тепло из воздуха для последующего обогрева);
  • бачок расширителя (компенсирует изменение объема воздушной массы);
  • рубашка охлаждения мотора (магистрали для жидкости, проходящие через цилиндрический блок и головку блока ДВС);
  • система управления (в том числе датчики).
Читайте также:  Регулятор числа оборотов пускового двигателя

Как работает ЭБУ охлаждения двигателя? Температурный сенсор посылает в блок управления электрический сигнал, опираясь на тепловые данные.

При необходимости на выходе радиатора монтируют дополнительное считывающее устройство.

Блок реагирует на сигналы, подключая различные части агрегата. Автоматизацию работы обеспечивает специальная программа, обрабатывающая сигналы и отслеживающая настройки. Здесь также могут “привлекаться” реле (послеостановочного охлаждения и вспомогательного насоса), нагреватель термостата и “мозги” радиаторного вентилятора.

Виды способов охлаждения двигателя

Температура мотора регулируется за счет хладагента с воздухом. Основываясь на этом, разделяют три вида процессов:

  • жидкостный (выполняется принудительно или благодаря разнице плотности холодного и горячего растворов, комбинированный вариант неэффективен при включенном моторе/+40 градусах Цельсия за окном);
  • воздушный (обдув вытесняет из-под капота теплый воздух, происходит естественным путем или при помощи вентилятора, как самостоятельный “охладитель” не используется — низкая эффективность);
  • комбинированный (включает “воздушный” и “жидкий” контуры одновременно).

Системы охлаждения двигателя на основе раствора бывают открытыми или закрытыми.

В первых участвует большее количество хладагента (высокая температура кипения). Во втором случае пароотводная трубка обеспечивает взаимодействие с атмосферой.

Работа системы охлаждения двигателя

Рассмотрим комбинированный способ, так как он самый популярный из-за своей эффективности. При запуске ДВС включается насос, который перекачивает жидкость через малый контур. После прогрева мотора начинает работать термостат, активируя большой “холодный” контур. Раствор “омывает” узлы двигателя и расширяется из-за нагрева. Доля жидкости попадает в бачок. В результате компенсируется лишний объем жидкости (это не зависит от давления).

Проходя через радиатор системы охлаждения двигателя автомобиля, антифриз теряет температуру, “перетекая” на новый цикл. При недостаточности работы такого алгоритма специальный датчик передает сигнал на управляющий блок, чтобы запустить вентилятор. В случае, когда такая мера не помогает, на “приборке” загорается лампочка перегрева мотора.

Рециркулирующие радиаторы, синхронизирующие температуру смазки и выхлопа, присутствуют не всегда. А жаль — при наличии подобных агрегатов эксплуатация авто становится безопаснее и экономичнее. Если автомобиль комплектуется турбонадувом, конструкция включает допконтур для снижения воздушной температуры.

Особенности жидкостного охлаждения двигателя

Сначала для этих целей использовали деионизированную или дистиллированную воду. Сегодня этого недостаточно: в современных авто рабочий температурный диапазон шире. Еще один недостаток “прародителей” антифриза — отсутствие антикоррозийного свойства. В настоящее время спец. средства содержат присадки, обеспечивающие необходимые технические характеристики рабочего раствора, например:

  • этиленгликоль;
  • ингибиторы коррозии.

При жидкостной системе охлаждения двигателя допустимо добавление чистой воды в экстренном случае. После этого рекомендуем заменить хладагент на качественный, чтобы не допустить перегрева и окисления составных элементов.

Помните о регулярном ТО. Чаще всего производители рекомендуют проводить плановую замену каждые 70-100 тыс. км пробега. Опытные автолюбители советуют регулярно измерять уровень антифриза. Это делают на холодном ДВС. Нормой считается уровень нижнего края трубки расширительного бачка. Для ориентира есть пометки “минимум” и “максимум”. Если после долива уровень быстро падает, потеряна герметичность. Необходим ремонт или замена запчастей.

Для чего нужна рубашка охлаждения двигателя

Этот элемент используется при “воздушном” варианте. Тепло от цилиндрического блока и головки “переходит” обдувающему воздуху. Через рассматриваемое устройство при помощи вентилятора прогоняется холодная воздушная масса. Это происходит благодаря связи с коленчатым валом при участии ременной передачи. Чтобы улучшить теплоотвод, цилиндры с головками снабжают “ребрами”. Заслонки, управляемые термостатами, регулируют интенсивность процесса.

Такой вариант используют реже, предпочитая “жидкостный” аналог.

Агрегатор Uremont.com предлагает автовладельцам инструменты для решения вопросов любой сложности:

  • интерактивная карта (для быстрого определения подходящего по расположению варианта — актуально для России, Беларуси и Казахстана);
  • оценки и отзывы пользователей (дают возможность проанализировать качество услуг, предоставляемых партнерскими СТО);
  • онлайн-заявка (оформляя запрос через специальный бланк, вы получаете отклики в течение нескольких минут) и пр.

Источник

Adblock
detector