1.Водородные двигатели внутреннего сгорания

Данный тип силовых установок очень похож на распространенные сегодня моторы на пропане, поэтому, чтобы перейти с пропана на водородное топливо, достаточно просто перенастроить двигатель. Уже существует немало примеров подобного перехода, но нужно сказать, что в этом случае КПД будет несколько ниже, чем при использовании топливных элементов. В то же время, для получения 1 кВт энергии водорода потребуется меньше, что вполне компенсирует данный недостаток. Использование этого вещества в обычном моторе внутреннего сгорания вызовет целый ряд проблем. Во-первых, высокая температура сжатия «заставит» водород вступить в реакцию с металлическими элементами двигателя или даже моторным маслом. Во-вторых, даже небольшая утечка при контакте с раскаленным выпускным коллектором точно приведет к возгоранию. По этой причине для создания водородных конструкций используются только силовые агрегаты роторного типа, так как их конструкция позволяет уменьшить риск возгорания за счет расстояния между впускным и выпускным коллектором. В любом случае, все проблемы пока удается обходить, что позволяет считать водород достаточно перспективным топливом.

Схема водородного двигателя для автомобиля обеспечивается следующим образом: поршень, двигаясь от верхней точки к нижней точке камеры, при этом открывает выпускной клапан. В этот момент камера сгорания сообщена с атмосферным давлением, поскольку имеющееся давление равно атмосферному давлению.

Нахождение поршня с самой нижней точке камеры, осуществляет герметизацию камеры сгорания. При этом закрывается выпускной клапан, а через топливные клапана подаваемая топливная смесь воспламеняется. В качестве топливной смеси применяется стехиометрическая смесь, имеющая и другое название, как гремучий газ.

Сгорая, гремучий газ резко повышает рост давления в камере сгорания водородного двигателя. Силой этого давления происходит открытие установленных в головке цилиндра обратных клапанов, что позволяет произвести выброс в атмосферу сгоревших продуктов из камеры. В этот момент происходит резкое понижение давления в камере сгорания, что активизирует закрытие обратных клапанов, тем самым герметизируя камеру сгорания.

Под силой атмосферного давления поршень, работающий со стороны под поршневой полости, совершая перемещение из нижней мертвой точки в верхнюю точку, тем самым завершает рабочий ход. Когда поршень достигает верхней точки, вновь происходит открытие выпускного клапана, что образовывает повторение описываемого рабочего цикла. Продукты сгорания, произведенные в камере сгорания, являют собой увлажненный воздух.

Само получение гремучего газа для водородного двигателя автомобиля может производиться электролизом воды в электролизере, который устанавливается на любой модели автомобиля. Такова простейшая схема двигателя, которая и обеспечивает движение транспортного средства.

Имеющийся в готовом виде водород может применяться в качестве топливной смеси в самом обычном двигателе внутреннего сгорания, при этом сгорание осуществляется в 1800 раз быстрее, а производительность, соответственно выше, чем у бензина или солярки. Пары воды рекомендовано добавлять в двигатель к имеющемуся там водороду. Итогом такой совместной работы водорода, при высоких температурах и давлении, создающихся в двигателе, и вступлении в реакцию с углеродными отложениями, сгорающих в рабочих циклах ДВС, становится вид самой камеры сгорания, представшей сверкающей и отбеленной. Происходит исчезновение нагара совместно со смазкой, появляясь в виде масляной плёнки на гильзах цилиндров. Что в значительно степени способствует отсутствию большого износа двигателя внутреннего сгорания. Для обеспечения работы ДВС на водородной смести достаточно будет произвести небольшую модернизацию автомобиля в виде создания клапанов и выхлопной системы из нержавеющей стали. Поршни должны быть с керамическим покрытием. На рисунке 1 представлена схема водородного двигателя внутреннего сгорания.

Рисунок 1-Схема водородного ДВС

Двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один цилиндр 1 с рубашкой охлаждения 2, впускной клапан 3, выпускной 4, свечу зажигания 5, поршень 6 и головку цилиндра 7, образующие камеру сгорания 8, источник водорода и кислорода, источник давления подачи электролита, форсунку 22, топливный бак 27 и дренаж 28 для продувки электролизера. Источник водорода и кислорода выполнен в виде электролизера 9 в герметичном корпусе 10 с рубашкой охлаждения 11, например, водяной, общей с цилиндром или обособленной, который с подводкой питания от источника 12 постоянного тока, например от бортового аккумулятора к его электродам, обособленно для каждого цилиндра установлен на двигателе. Электролизер 9 выполнен с возможностью свободного прохода через него электролита разложения воды на водород и кислород и получения газовой смеси. Электролизер 9 может быть выполнен из листового металла, например никеля, с отверстиями 13 (перфорация) или из металлической сетки, например никелевой, в виде двух электродов-полублоков 14 и 15, своими пластинами 16 с зазором 17 вписывающимися друг в друга. Электроды-полублоки диэлектрической прокладкой 18 изолированы друг от друга и от корпуса. Для вывода полученной газовой смеси из электролизера и подачи ее в цилиндр выполнен патрубок 19 с отсекателем 20, выполненным, например, в виде самодействующего обратного клапана. Источник давления подачи электролита в электролизер выполнен в виде насоса 21 высокого давления, например плунжерного, кинематически или через блок управления связанного с кривошипно-шатунным механизмом. Форсунка 22 выполнена с кавитатором 23 в виде местного сужения 24 канала 25 - соплом и с кавитационной зоной 26.

Перед началом работы топливный бак 27 заправляют электролитом, например, водным раствором едкого калия, и на электролизер 9 подают постоянный ток от источника 12. Первый такт - впуск. Поршень 6 от ВМТ перемещается к НМТ. Выпускной клапан 4 закрыт, впускной клапан 3 открыт. В цилиндре 1 создается разрежение. Образовавшуюся в электролизере 9 водородно-кислородную смесь по патрубку 19 через отсекатель 20 и впускной клапан 3 засасывает в рабочий объем цилиндра 1, чем создается разрежение в герметичном корпусе 10 с рубашкой охлаждения 11 электролизера 9. Далее впускной клапан 3 закрывается, и в цилиндре 1 происходят такты: сжатие, рабочий ход, выпуск, что и должно соответствовать рабочему циклу четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, и циклы повторяются. В конце такта впуска топливный насос 21 забирает из топливного бака 27 цикловую дозу электролита и под давлением, например, 2 МПа, и через форсунку 22 впрыскивает ее в электролизер 9. В форсунке 22 благодаря разрежению в электролизере 9 и кавитатору 23 в местном сужении 24 канала 25 - соплом, скорость впрыскиваемого электролита резко возрастает, а давление падает до критического значения и схлопывание образовавшихся в кавитационной зоне 26 пузырей приводит к диссоциации - разложению воды на водород и кислород и к тончайшему распыливанию электролита, что улучшает работу устройства. Тончайше распыленный электролит через отверстия 13 и зазоры 17 между пластинами 16 или через сетчатые электроды-полублоки 14 и 15 свободно проходит на выход к патрубку 19 и контактирует с поверхностью электролизера 9. Затем при протекании постоянного тока от источника 12 через распыленный электролит происходит электролиз - разложение воды на водород и кислород, и циклы повторяются. При взрыве, обратных ударах в устройстве срабатывает отсекатель 20, а взрывная волна расширяется в цилиндре за счет перемещения поршня 6 и охлаждается, что обеспечивает безопасную работу устройства. При необходимости электролизер 9 продувают или промывают через дренаж 28.