氢发动机是如何工作的?

氢发动机

氢发动机仍然是汽车行业未来的赌注之一。 它的运作赋予了它一系列优势,尽管失败了,但仍能维持下去。 为此,丰田、宝马、马自达、现代、福特等品牌纷纷在这项技术上投入巨资。 使用氢的发动机包括内燃机和燃料电池转换发动机。 很多人不知道 氢发动机是如何工作的 以及各自的优缺点。

出于这个原因,我们将在这篇文章中专门向您介绍分步式氢发动机的工作原理、它的特性以及它对汽车世界的重要性。

氢内燃机是如何工作的?

混合动力汽车

这些发动机使用氢气作为汽油。 也就是说,他们在燃烧室中燃烧它以产生爆炸(动能和热量)。 为此原因, 除 LPG 或 CNG 外,传统的汽油发动机还可用于燃烧氢气。

该发动机的操作与汽油发动机的操作非常相似。 氢气用作燃料,氧气用作氧化剂。 化学反应由火花引发,火花塞可以产生火花。 氢没有碳原子, 所以反应是两个氢分子与一个氧分子结合,释放能量和水。

其化学反应的结果只是水蒸气。 然而,氢内燃机在其运行过程中确实会产生一些排放物。 例如,来自空气的少量 NOx 和来自燃烧室的热量,或通过活塞环燃烧一些油产生的排放。

由于氢气是一种气体,它被储存在一个压力为 700 bar 的罐中。 这比普通汽车轮胎压力高 350 到 280 倍。 (2 到 2,5 巴)。 尽管也有汽车在非常低的温度下以液态形式储存氢气,如下所示。

与传统的内燃机相比,氢内燃机提供了一些有趣的优势。 例如,他们理论上可以使用非常精细的混合物(Lambda 接近 2)。 也就是说,它们可以使用很少的燃料来使用所有进入的空气并变得非常高效。

氢燃烧发动机如何工作的示例

氢发动机的一个很好的例子是宝马 750hl,它于 2000 年上市。虽然它实际上是宝马汽油发动机,但它也能够燃烧氢气。

然而,它有几个缺点:首先,它以液态形式储存氢气。 这需要一个非常昂贵的坦克,由来自 航空航天部门将其温度保持在-250ºC以下. 这只能在 12 到 14 天内实现,在此期间氢气会逐渐蒸发并安全地释放到大气中。 第二个缺点是使用氢气会损失大量动力和效率。 后来从 7 年推出的 BMW Hydrogen 2005 部分解决了这些问题,并将氢气压力提高到 700 bar,而无需保持低温。

另一个很好的例子是 Aquarius 氢发动机。 由一家以色列公司开发的适合使用氢气的化石燃料发动机。 第一个功能版本于 2014 年推出,此后出现了修订和改进的版本。 据其开发人员称,它可以在没有润滑油的情况下工作,并且具有 用于减少氮氧化物排放的气体交换系统。

此外,氢内燃机重量轻,零件少,生产成本低。 它可以用作电动汽车的增程器或网络的发电机。

氢燃料电池发动机是如何工作的?

氢发动机

它的全称是燃料电池转换的氢发动机。 尽管有“燃料”这个词,但它们并不燃烧氢气。 他们用它通过电解的逆过程发电。 这就是为什么他们携带电池进行化学反应,例如在氢燃烧发动机中,其中 氢气储存在压力为 700 bar 的罐中.

只是它没有将其馈送到电机,而是通过阳极和阴极(如电池)到达燃料电池。 一旦到达那里,氢气 (H2) 就会穿过膜并将其分解成两个氢离子。 氢和两个自由电子。 这些电子通过外部电路从电池的阳极传递到阴极,从而产生电流。 产生的氢离子与空气中的氧气结合形成水。

为此,氢燃料电池发动机是零排放的, 因为它不会产生 NOx 或像内燃机一样燃烧油时产生的气体。 这些发动机中使用的隔膜由铂制成,价格昂贵。 然而,有一些工作可以解决这个高成本问题。 例如,在柏林工业大学,他们开发了一种铁合金,如果投入生产,可以大大降低成本。

氢发动机的缺点

氢发动机是如何工作的

  • 用于化学反应的催化剂 氢燃料电池发动机由昂贵的材料制成,例如铂。 至少在它被更便宜的替代品取代之前,就像柏林工业大学提到的那样。
  • 要获得氢气,必须通过化石燃料的热化学过程或通过电解水来完成,这需要消耗能源。 氢发动机的主要批评,因为电力可以直接存储在电动汽车的电池中使用。
  • 得到氢气后, 必须被引入细胞或压力罐。 这个过程还需要额外的能量消耗。
  • 氢电池的生产成本很高,并且必须非常耐用,才能承受必须储存氢的高压。

氢发动机的优点

  • 氢电池比电动汽车电池更轻。 这就是为什么它在重型运输中的使用正在被研究作为电池电动卡车的替代品。 为了能够覆盖很远的距离,它们非常重。
  • 今天,给氢气充电比给电动汽车电池充电更快。
  • 与纯电动汽车不同,氢燃料电池汽车不需要大型电池。 因此,它需要较少的锂或其他可能供不应求的材料。 氢内燃机不直接需要锂电池或其他类似电池。
  • 燃料电池可以延长汽车的使用寿命。 与电池不同,电池因其尺寸和容量而更换起来很昂贵。 与氢发动机相关的电池更小,因此更换成本更低。
  • 与化石燃料发动机相比,氢燃料电池发动机使用电动机,因此非常安静。

自治

氢燃料发动机是如何工作的

氢发动机的缺点是它们的油箱或燃料电池必须在非常高的压力下包含氢气。 因此, 供应点还必须符合其支持的 700 巴压力.

这需要建立一个供应基础设施,以便能够为这种类型的车辆加油。 也就是说,它与纯电动汽车有同样的问题。 但是,加油操作比这些快得多,因为它与 LPG 或 GLC 车辆相同。

目前配备氢燃料电池发动机的汽车的续航里程与汽油相似。 例如, 丰田 Mirai 宣布 650 公里的电池充满,现代 Nexo 为 756 公里,宝马 iX5 Hydrogen 为 700 公里。

像 Hopium Machina 这样的其他车型已经宣布了 1.000 公里的射程,尽管这个数字现在必须在它发生时得到确认。 无论如何,自主性并不像电池那么重要,因为加油要快得多。 要记住的是燃料点的数量。

他们安全吗?

多年来,各大品牌一直在研究这种类型的发动机,以提高效率、降低成本,当然,还要使它们与使用化石燃料的发动机一样安全。

此外,欧洲、美国和日本所要求的安全标准是氢动力汽车安全的保障。 不用说,丰田吹捧 Mirai 的油箱足够坚固,可以防弹。

我们会看到所有汽车都使用氢燃料的那一天吗? 时间会证明一切。 很明显,品牌继续投资,它具有一些优势,使其成为零排放运输的合理替代品。

我希望通过这些信息,您可以更多地了解氢发动机的工作原理、特点、优缺点。


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