Водород для дизеля

Водород для дизеля

А зачем, спросите вы? И ответ окажется на удивление прост: если вы это сделаете, то ваш транспортный бизнес станет заметно рентабельнее, чем у конкурентов.

Именно это и придумала компания Oil Drum Limited (Великобритания), организованная учеными из университета графства Кент. После года разработок, исследований и испытаний на среднетоннажных и тяжелых грузовиках английские изобретатели заявили, что их новейшая технология позволит коммерческому автомобилю экономить до 10% топлива. Расходы на горючее являются самой весомой статьей в затратах автопредприятия, это влияние стало особенно заметно в последнее время, когда цены на нефть только и делали, что росли. Сегодня все гиганты транспортного машиностроения усиленно разрабатывают новые эффективные решения, которые позволили бы сделать коммерческие перевозки более доходными. Но, как оказалось, оригинальные идеи приходят в голову не только инженерам из транснациональных корпораций, но и университетским ученым — жаль, что не нашим. Суть оригинального технического решения заключается в дооборудовании грузового автомобиля или автобуса дополнительным небольшого размера устройством — генератором водорода, при этом абсолютно не требуется менять оригинальные узлы и агрегаты, изначально установленные на транспортное средство автопроизводителем. Установленный генератор, потребляя электрический ток из АКБ, начинает расщеплять дистиллированную воду на молекулы водорода и кислорода (реакция электролиза). Далее водород в небольших количествах поступает в топливную систему, где смешивается с соляркой и поступает в цилиндры двигателя. Напомню, что водород сгорает в 10 раз быстрее, чем обычное дизтопливо. Поэтому, когда дизель- водородный коктейль попадает в камеру сгорания двигателя, там происходит более быстрая реакция воспламенения, и все топливо сгорает полностью. Это приводит к заметному сокращению вредных выхлопов, особенно сажи и угарного газа, существенно увеличивается топливная эффективность силового агрегата, и немного возрастает его мощность. Цифровой процессор установленного водородного оборудования постоянно измеряет обороты двигателя и его нагрузку, после чего происходит расчет точного количества подмешиваемого газа. Далее по его команде клапан открывается, и водород, смешиваясь с воздухом, под давлением поступает в цилиндры мотора, где эта смесь сжимается вместе с дизтопливом и сгорает. Поскольку процесс горения этого топливного коктейля происходит более полно, чем в обычном дизельном двигателе, то мощность и вращающий момент в этом моторе немного увеличиваются, в это же время бортовая электроника силового агрегата производит собственный перерасчет подачи дизтоплива, в меньшую сторону. Тем самым достигается столь желанный «уменьшительный» эффект.

Как считают разработчики, экономия топлива будет в пределах от 10% до 20%. Конечно, эта разбежка зависит от типа грузового автомобиля, особенностей маршрута и погодных условий. К сожалению, пока нет более точных данных, так как еще не проводилось независимых испытаний на тестовых треках, а вот первые клиенты, применившие водородные генераторы, говорят, что они заметили 10-процентное сокращение. Кроме того, они отмечают, что их водители стали заметно реже переключать передачи и чаще пользоваться передачами с более высокими передаточными числами. Также у «доработанных» грузовиков улучшилась тяговая динамика, особенно заметная на подъемах и обгонах более медленных автомобилей. В то же время тщательный анализ мотора показал, что не произошло никакого существенного увеличения температуры выхлопа на всех режимах движения, а, наоборот, в 90% измерений нагрев выхлопных газов даже имел более низкую температуру, тем самым доказывая, что дизель-водородная топливная смесь не причиняет никакого вреда машине. А что еще более важно, не было зафиксировано серьезного изменения максимальной мощности двигателя и вращающего момента. То есть и мотор, и трансмиссия модернизированного автомобиля работали с нормальными нагрузками, не превышающими расчетных. И последнее о механике: более полное сгорание топлива позитивно влияет на срок службы мотора, так как сокращаются внутренние трения из-за отсутствия нагара, и, следовательно, уменьшается износ механизмов.

Теперь о безопасности. В целом система очень безопасна, хотя водород — взрывоопасный газ, применяемый в ракетных двигателях. Датчики дополнительного оборудования постоянно считывают множество параметров мотора, измеряют тип детонации и температуру охлаждения. Если какие-нибудь неполадки будут обнаружены, то блок управления сразу перекроет клапан подачи водорода к двигателю. Но кроме этого надо отметить, что в комбинированном процессе горения используются совсем незначительные количества кислорода и водорода. Вообще только 2 литра водорода сохраняется в газовом баллоне системы, если же он будет расходоваться медленно, то контроллер даст команду на прекращение реакции электролиза. То есть водородный генератор работает исключительно исходя из потребностей водителя и автомобиля. Если в пути закончится дистиллированная вода, то ничего страшного не произойдет — грузовик просто продолжит движение на обычном дизтопливе до ближайшей… аптеки. Конечно, ученым давно было известно, что добавление водорода к топливу только улучшает процесс горения, однако до сих пор никто не мог создать портативную, надежную, безопасную и эффективную бортовую систему, которая смогла бы работать с любым двигателем внутреннего сгорания независимо от вида используемого топлива. Подытоживая, скажу, что водородный генератор является доказанным эффективным техническим решением, позволяющим уменьшить расходы на топливо и вредное воздействие на окружающую среду. Это добавочное устройство наверняка бы понравилось нашим автоперевозчикам, только вот не знаю, привезут ли их из Британии проворные бизнесмены, или, может, отечественные ученые очнутся и начнут-таки создавать полезные вещи для транспортников.

Водород поможет дизелю?

Как и все в этом мире, судьба дизеля оказалась переменчивой. Еще недавно он был в авангарде борьбы за экологию. Новейшие системы снижения токсичности отработавших газов, уникальные сажевые фильтры, прецизионная топливная аппаратура, программное обеспечение для оптимального управления впрыском – все это вселяло надежду, что конструкторы на верном «зеленом» пути.

Но после скандала с Volkswagen в 2015 году репутация дизеля оказалась подмоченной. И тут на арену экологического цирка вышел электромобиль. Именно его стали возводить на пьедестал, ехидно посматривая в сторону присмиревшего дизеля. Некоторые автопроизводители стали грозить отказом от ДВС в ближайшие десятилетия, а многие компании уже сегодня вкладывают солидные деньги в развитие электропривода. Так что, дизельгейт навсегда?

Но публикации в зарубежной прессе утверждают, что еще не все потеряно. И будущее сверхнизких выбросов может быть… дизельным. Так считает Эван Джонсон, технический директор компании HyTech Power (США). По его мнению, дизель просто нуждается в помощи альтернативного топлива – водорода. Ввод этого газа в воздушно-топливную смесь может существенно уменьшить расход топлива и снизить эмиссию отработавших газов.

Есть и конкретные цифры. HyTech Power обещает сокращение потребления топлива на 20–30%, снижение содержания твердых частиц в выхлопе на 85%, а оксидов азота – от 50 до 90%. Если Джонсон окажется прав, водородная инъекция может спасти дизель от забвения.

Пора ли дизелю на пенсию?

HyTech Power именует свою технологию ICA (Internal Combustion Assistance) – «внутренняя помощь сгоранию». Это практическая реализация известной идеи добавления чистого водорода и кислорода к дизельному топливу непосредственно перед его воспламенением – тем самым можно улучшить характеристики двигателя. Еще десять лет назад это было лишь заманчивой теорией, но времена изменились, и теория воплотилась в жизнь.

Работа ICA начинается с получения водорода методом электролиза. Тут все как обычно: на катализатор в резервуаре с водой подается ток, атомы водорода и кислорода отделяются друг от друга, и водород направляется к специальному впускному отверстию двигателя. Далее он вводится в воздушно-топливную смесь непосредственно перед сгоранием. Водород горит в 10 раз быстрее дизельного топлива, поэтому он быстро и во всем объеме камеры воспламеняет всю смесь. В итоге сгорание проходит гораздо эффективнее, а вредных выбросов образуется меньше.

Однако эта технология таила немало подводных камней. Повышение эффективности использования топлива было незначительным, и прежде всего потому, что система потреб­ляла слишком много энергии из бортовой сети для электролиза. В лаборатории этот процесс увеличил экономию топлива всего на 5%. На дороге показатели немного улучшались, но сильно зависели от состояния двигателя, качества топлива и нагрузки. Итог был не­утешительным: выгода не оправдывала затрат.

Блок ICA от HyTech Power с датчиками, интерфейсом и трубками подачи водорода, установленный на дизеле

Сегодня компания HyTech Power заявила, что решила эти проблемы, создав небольшой электролизер, который оказался в 3–4 раза эффективнее предыдущих. А новое программное обеспечение «научилось» оптимизировать время впрыска водорода. Специалисты HyTech обеспечили синхронизацию собственных алгоритмов с сигналами датчиков коленчатого и распределительного валов, и теперь программа в реальном времени определяет, когда и сколько впрыснуть водорода в каждый цилиндр.

Важно, что система ICA с программным обеспечением как дополнительное оборудование может быть адаптирована к любому двигателю. Tech Power утверждает, что при цене ICA 10 тыс. долл. большинство коммерческих грузовиков смогут «отбить» эти деньги через девять месяцев за счет экономии топлива и снижения затрат на техническое обслуживание. А для стационарных дизель-генераторов время окупаемости будет еще меньше.

Мэтью Борст, занимающий ответственный пост в Обществе автомобильных инженеров (SAE), заявил, что разработки HyTech могут возродить интерес к дизелю.

«Главное здесь – алгоритмы управления процессом, – уточнил г-н Борст. – Контроль процесса электролиза и управление впрыском водорода полностью отвечают современным требованиям к грузовым перевозкам по сокращению вредных выбросов. Потенциал новой системы представляется мне весьма перспективным».

Резервуар HyTech Power для электролиза с запатентованным катализатором (находится внутри резервуара)

Система ICA совместима и со старыми дизелями. Этой весной проводились дорожные испытания дизельных грузовых автомобилей в Сиэтле. Грузовики, принадлежащие FedEx, продемонстрировали 20–30%-ю экономию топлива с одновременным сокращением эксплуатационных расходов на фильтрацию твердых частиц.

А вот и независимая оценка. Лаборатория швейцарской экспертной компании SGS подтвердила, что ICA повысила топливную экономичность грузовых автомобилей FedEx на 27,4%. В настоящее время проводятся пробные испытания ICA с участием компании Caterpillar.

HyTech пока неохотно обсуждает долгосрочные перспективы своего детища. Дело в том, что ICA – лишь первая из водородных систем, находящихся в разработке. В частности, планируется создание подобного устройства для автомобилей с бензиновым двигателем, но подробности держатся в секрете.

Однако система ICA уже продается, и возникает вопрос: а как она будет делить рынок с электроприводом, в частности, с разработками той же Tesla?

Уже знакомый нам технический директор HyTech Power Эван Джонсон говорит, что электрическая платформа пока не имеет инфраструктуры для длительных непрерывных перевозок. И Мэтью Борст из Общества автомобильных инженеров SAE с ним соглашается.

Но вот что любопытно. Оба специалиста сходятся во мнении, что сегодня нельзя отдать предпочтение конкретной технологии – будь то электропривод, дизель или силовая установка с другими источниками энергии.

Но система ICA от HyTech и другие исследования в области дизельного топлива могут стать мостиком к эффективным двигателям будущего. И чем шире будет у человечества выбор, тем лучше.

ASF74 › Блог › Водород — как добавка к топливо-воздушной смеси. Стоит ли свеч игра?

Еще год назад, когда ездил на Мазде, сломал голову как победить аппетит прожорливого авто)…
Нашел интересную статью:
forums.drom.ru/honda-odyssey/t1151404350.html

Один из вариантов был — собрать водородный (ННО) генератор.

Второй вариант — купить малолитражку (тойоту Платз, старенький Приус, или Оку) и довести до ума 😉
Осуществил оба).

Хороший вопрос для чего вся затея… Что даёт электролизер? — экономию топлива! 20-30%… На деле — нужен эксперимент и реальный пример.
Весь секрет экономии — это наиболее полное сгорании ТВС при добавке, разложенного из воды, 2Н2 и О2. Скорость сгорания ТВС с добавкой водорода становится на порядок выше… В итоге смесь сгорает наиболее полно — это именно сгорание, а не детонация.

Заказал c алиэкспресс: EFIE-эмулятор и ШИМ контроллер, MAF-корректор собрал самостоятельно. Так же был приобретен сканер elm327 для монтиринга процессов двигателя и правильной настройки системы подачи HHO.
Рассчитал и собрал сам генератор. Но дело не пошло далеко: в статье в качестве электролита используется раствор обычной соды. Как я ни менял концентрацию ток не поднимался больше 5 А, а с ним и выход газа — очень мал. Похожий результат www.drive2.ru/l/4973322/?page=0#a149952102
Позднее нашел в городе КОH под заказ, заказал… но пока он ехал — я разбил машину вхлам)). Не захотела она таких издевательств))).
Как результат все комплектующие есть, а машины нет! но есть ОКА…
она и так экономная лучше не куда! 🙂 ради эксперимента придется поставить генератор на нее — очень хочется проверить действительно ли есть эффект, или все это средство набить карманы мошенникам.
наконец пришёл заказанный КОН — ниже фото испытания генератора с раствором едкого кали на выход газа (с 20% KOH).

Ниже мои расчеты генератора, взятые из опыта предшественников с интернет простора после корректировки для Оки.

Ока с движком 0.75 л.
для достижения максимальной эффективности (экономии топлива в целом) — выход газа из электролизера должен составлять 0.75*(0.4… 0.5л/м на каждый литр объема двигателя)=0.3 … 0.4 л/м.

где Эффективность — это использование минимальной нагрузки на двигатель со стороны электрогенератора при расчетном выходе газа без паразитных потерь тока на нагрев электролита — для достижения наибольшего КПД всей системы.
Для чего необходим (ШИМ, PWM) контроллер? — для нужной подачи тока в электролизер. Сам электролизер должен быть рассчитан соответственно: (плотность тока рабочей площади пластин без потерь на нагрев последних оптимальная t= 50°C).

К примеру из опыта предшественников потенциал между пластинами должен быть в пределах 2.3… 2.4V, рабочая площадь
пластин (80*160)=128см2, оптимальный ток при этом составлял 22… 25 А (при условии нагрева не выше 50°С). Плотность тока при этом составляла 0.17 А/см2, выход газа 1.2л/мин. при токе 35А выход газа — 2л/мин

При рабочей площади пластин 100 см2, плотности электролита 20%, напряжении 14,3 В, токе 14 А выход газа около 0,7 литров (маловато). Но по любому и с нержавейкой шёл нагрев до 60-ти гр.

для ОКИ нужен генератор с выходом газа 0.4л/м при потреблениии тока около 8-12А /0.14(A/см2) получаем рабочую площадь пластин =57см2 … 86см2
размеры 6*10 см… 6*15см

Нарезаны пластины с рабочей площадью: 130х70=91см2 (х2=182см2)

Дизельные двигатели стали чище за счет водорода

Возможно для дизелей не все потеряно

Альтернативные силовые агрегаты – это будущее – ближайшее, далекое, но будущее. Однако, удивительный факт состоит в том, что главным конкурентом разнообразным гибридным автомобилям с малым объемом выбросов вредных веществ и электромобилям до недавнего времени являлся именно дизельный мотор. Более того, инженеры-механики не оставляют надежды и попыток воскресить доброе имя дизельного силового агрегата, которые, как считают некоторые специалисты из США, смогут помочь изменить экологию к лучшему, если удастся создать низкоэмиссионный дизель.

Всего пять лет назад дизельные двигатели были в центре краткосрочной революции «зеленых технологий». Успех был близок благодаря новому программному обеспечению и материалам, которые смогли бы значительно улучшить показатели топливной эффективности дизельного автомобиля.

Увы, после Дизельгейта в 2015 году, дизельные моторы в глазах общественности были дискредитированы и теперь электрические силовые агрегаты представляют собой неоспоримое будущее (по крайней мере на словах автокомпаний). Автопроизводители обещают отказаться от двигателей внутреннего сгорания, а дизельные моторы вообще предпочитают убрать из линейки в ближайшее время. Но так ли все плохо для двигателя, в котором топливо возгорает под давлением?

Эван Джонсон так не думает. По его мнению, дизель просто нуждается в помощи другого альтернативного топлива- водорода. Джонсон, технический директор HyTech Power, говорит, что впрыскивание водорода в воздушно-топливную смесь дизельного двигателя может значительно улучшить расход топлива и снизить его выбросы. HyTech обещает от 20 до 30 процентов уменьшения в расходе топлива, на 85 процентов (!) меньше выбросов твердых частиц, и уменьшение в оксида азота от 50 до 90 процентов. Эти цифры просто фантастические и что самое парадоксальное, если технология уменьшения выбросов дизельных двигателей будет реально действенной, такие моторы станут экологичнее электрокаров… для выработки электроэнергии для которых также в основном сжигают ископаемое топливо.

Если задуманное удастся, впрыск водорода может спасти дизель от забвения

На заграничном сайте popularmechanics.com вкратце описывается технология взаимодействия водорода и тяжелого топлива. В общих словах смысл таков: характеристики сгорания ДТ будут улучшены, если непосредственно перед воспламенением топлива от сжатия, в цилиндры впрыснуть строго дозированную порцию молекул водорода и кислорода.

Откуда будут брать эти молекулы? Расщепляя воду путем электролиза (мы знаем, что все эти многочисленные молекулярные «расщепители» на автомобилях не более чем шарлатанство), но раз уважаемое зарубежное издание опубликовало об этом статью, значит в этом случае теория реально действует. Тем более много водорода не нужно, он здесь выступает катализатором, а не топливом.

После расщепления, H2 и O разделяются и транспортируются в двигатель, где он впрыскивается в топливовоздушную смесь непосредственно перед сгоранием этой смеси. Водород горит в 10 раз быстрее, чем дизельное топливо, воспламеняя всю смесь быстро и полностью, тем самым генерируя больше энергии при меньшем количестве выбросов.

Разработки технологии велись достаточно давно, но раньше успеха в нем достичь не удавалось. До сегодняшнего дня прирост топливной эффективности был незначительным, главным образом из-за электролиза воды, который отнимает огромное количество энергии. Изменения наметились лишь с приходом более прогрессивного программного обеспечения. Теперь компьютер способен лучше просчитать, когда и сколько водорода нужно впрыснуть, что повышает эффективность метода в разы.

Система с программным обеспечением может быть адаптирована к любому ДВС в качестве полностью независимого дополнения. Стоит услуга порядка $ 10,000. В Hytech говорят, что большинство коммерческих грузовиков способны вернуть эти деньги через девять месяцев, лишь за счет экономии топлива и снижения затрат на техническое обслуживание.

Дизель + водород – новые перспективы для транспорта

Проект HyDIME по совершенствованию технологии дополнительного использования водорода в дизельных двигателях успешно стартовал в Великобритании. Общий бюджет разработки составляет более $550 тыс. и он рассчитан на получение позитивного результата в течении 12 месяцев. Первые двигатели с водородом, непосредственно впрыскиваемым в систему подачи топлива, будут реализованы на морских паромах. Новая уникальная технология повысит эффективность двигателей, позволит сэкономить топливо и уменьшит вредные выбросы в атмосферу.

Паромы и автомобили

Сразу же уточним, что уникальность новой разработки относится именно к переоборудованию функционирующих морских паромов. Дополнительная водородная топливная система будет физически интегрирована в уже существующие на борту паромов системы для повышения общей эффективности этих транспортных средств. Название проекта так и звучит: HyDIME – Hydrogen Diesel Injection in a Marine Environment (водородный дизельный впрыск в морской среде).

Паром, курсирующий на Оркнейские острова

Отметим, что и в автомобильном секторе проводятся испытание смеси водорода и дизельного топлива. Дополнительный впрыск водорода в воздушно-топливную смесь дизельного двигателя может сократить расход топлива на 20-30%, уменьшить содержание твердых частиц на 85% и сократить оксиды азота на 50-90%. В настоящее время такие системы тестируется, например, на дизельных грузовиках Federal Express в Сиэтле.

Проект HyDIME реализуется консорциумом из коммерческих, общественных и научно-инженерных организаций и ориентирован на оптимизацию работы морских паромов, связывающих северное побережье Шотландии с Оркнейскими островами. Лондонский институт HSSMI проведет масштабный анализ и технико-экономическое оценивание новой «водородной технологии» с целью ее распространения и на другие регионы Великобритании.

Альтернативная энергетика Оркнейских островов и водород

Повседневная жизнь на Оркнейских островах почти полностью зависит от регулярной работы морских паромов. 20 островов из 70 являются обитаемыми и жители ежедневно используют паромы как привычное транспортное средство для решения задач во всех сферах деятельности. Очевидно, что любые улучшения транспортной системы очень важны для островитян и Совет Оркнейских островов и вошел в консорциум для реализации проекта HyDIME.

Приливная электростанция на Оркнейских островах

На Оркнейских островах успешно работает множество электростанций, черпающих энергию из возобновляемых источников – ветра, волн и приливов. Более того, на островах постоянно образуется избыток энергии – именно этот фактор и позволяет организовать производство водорода непосредственно на месте его потребления. Эффективный впрыск водорода в топливную систему дизельных двигателей паромов будет производится из «местного сырья», причем дополнительно это позволит еще и решить проблему хранения излишков выработанной энергии.

Европейский морской энергетический центр (EMEC), основанный еще в 2003 году на Оркнейских островах, также вошел в консорциум и полностью поддержал идею новых «водородно-дизельных двигателей». Именно EMEC будет развивать и поддерживать «водородную промышленность» в этом регионе.

На Оркнейских островах образуется избыток выработанной электроэнергии

Новый инженерный проект HyDIME не является крупным инновационным прорывом в технологиях двигателей, но он показывает пример эффективного использования имеющихся ресурсов на островах и ведет к уменьшению вредных выбросов в атмосферу. Конечно, полностью электрические паромы – это, наверное, будущее транспортной системы, но и переход на водородную смесь в качестве топлива также является важным шагом в борьбе за чистую атмосферу планеты.

Напомним, что в Норвегии уже успешно завершились тестовые испытания полностью электрического парома, а производители получили заказы на десятки новых паромов такого типа.

Норвежский электрический паром «Ampere»

Ссылка на основную публикацию