- •Автомобильные эксплуатационные материалы Учебное пособие
- •Часть 1
- •Топлива и смазочные материалы Набережные Челны
- •Введение
- •Сырьё для производства топлив и смазочных материалов
- •Бензины Требования к свойствам бензинов
- •Испаряемость бензинов и её влияние на работу двигателя
- •Детонационная стойкость бензинов
- •Способы повышения детонационной стойкости бензинов
- •Физическая и химическая стабильность бензинов
- •Склонность бензинов к образованию отложений
- •Противокоррозионные свойства бензинов
- •Экологические свойства бензинов
- •Ассортимент автомобильных бензинов
- •Дизельные топлива
- •Вязкость дизельных топлив
- •Низкотемпературные свойства дизельных топлив
- •Механические примеси и вода в дизельных топливах
- •Самовоспламеняемость дизельных топлив
- •Влияние свойств дизельного топлива на образование нагара
- •Экологические свойства дизельных топлив
- •Ассортимент автомобильных дизельных топлив
- •Углеводородные газообразные топлива Виды углеводородных газообразных топлив и эксплуатационные требования к ним
- •Свойства сжиженных газов
- •Свойства сжатых газов
- •Перспективные топлива для автомобилей
- •Свойства и применение спиртов в качестве автомобильных топлив
- •Свойства и применение водорода в качестве автомобильного топлива
- •Свойства и применение биодизельных топлив
- •Организация рационального применения автомобильных топлив и масел
- •Сокращение потерь нефтепродуктов.
- •Снижение расхода нефтепродуктов при работе автомобиля
- •Пути эффективного и рационального применения масел
- •Литература
Свойства и применение водорода в качестве автомобильного топлива
Водород является одним из перспективных видов топлив как для современных ДВС, так и для энергетики будущего. При сгорании водорода в двигателе образуется чистый водяной пар без оксидов углерода, сажи и дыма. Водород можно было бы считать идеальным топливом, учитывая его высокую теплоту сгорания, неиссякаемые запасы, экологичность, но эти положительные свойства водорода при использовании его в качестве автомобильного топлива имеют и обратную сторону.
Теплота сгорания водорода составляет 120 МДж/кг, что превышает массовую теплоту сгорания нефтяных топлив. Однако вследствие малой плотности водорода его объемные энергетические характеристики хуже, чем у бензинов и дизельных топлив. Для сгорания 1 кг водорода требуется почти втрое больше кислорода. Следовательно, теплота сгорания единицы объёма стехиометрической водородо-воздушной смеси ниже, чем у жидких и газообразных углеводородных топлив. То есть при внешнем смесеобразовании, типичном для бензиновых ДВС, и одинаковом КПД мощность водородного двигателя будет на 20 % меньше, чем у бензинового или газового. Низкая теплота сгорания водородовоздушной смеси обусловлена большим удельным объёмом водорода, поэтому если подавать водород в цилиндр после закрытия впускного клапана, тот соотношение газов можно оптимизировать. Это предполагает хранение и подачу водорода под давлением и специальную конструкцию системы подачи топлива.
Водород хорошо смешивается с воздухом и обладает высокой воспламеняемостью. Концентрационный диапазон воспламеняемости смесей водорода с воздухом составляет 4-75 % об. Водород с кислородом образует взрывоопасную смесь - гремучий газ, поэтому при использовании водорода в ДВС необходима полная герметизация топливоподающей системы.
Тезис о полной безвредности отработавших газов водородного двигателя также требует некоторой корректировки. Действительно, при сжигании водорода в кислородной среде образуется только водяной пар. Однако, при сгорании водородовоздушных смесей в ДВС окисляется атмосферный азот, образуя оксиды азота. Их количество может оказаться даже выше, чем в случае бензинового двигателя (при прочих равных условиях) в связи с более высокими температурами в зоне горения. Следует также отметить расход масла на угар.
Наиболее сложной задачей при использовании водорода в качестве моторного топлива является хранение расходного запаса водорода на борту автомобиля. Принципиально возможны три способа хранения водорода:
-в сжатом виде в баллонах высокого давления;
-в сжиженном виде при температуре ниже критической в криогенных баллонах;
-в химически связанном виде в составе соединений, легко разрушающихся с выделением водорода. Такие соединения получили название энергоносителей. В качестве энергоносителей предложены гидриды некоторых металлов. При подогреве гидридов, что может осуществляться на борту автомобиля, выделяется газообразный водород и направляется в систему топливоподачи двигателя. В случае прекращения топливоподачи выделение водорода прекращается, что обеспечивает достаточно высокую пожаро- и взрывобезопасность эксплуатации автомобиля с гидридным аккумулятором.
Водород может быть получен из природного газа (метана) путем его частичного окисления и конверсии с водяным паром. Применяется также технология получения водорода, основанная на электролизе воды, но она требует большого количества электрической энергии.