Как сделать водородный двигатель своими руками, как его построить и когда они появятся на дорогах

Водородные генераторы для автомобиля своими руками

Многие владельцы машин ищут способы экономии топлива. Кардинально решить этот вопрос позволит водородный генератор для автомобиля. Отзывы тех, кто установил себе это устройство, позволяют говорить о существенном снижении затрат при эксплуатации транспорта. Так что тема достаточно интересная. Ниже пойдёт речь о том, как сделать водородный генератор собственными силами.

ДВС на водородном топливе

На протяжении нескольких десятилетий идут поиски возможности приспособить двигатели внутреннего сгорания для полной или гибридной работы на водородном топливе. В Великобритании ещё в 1841 году был запатентован двигатель, работающий на воздушно-водородной смеси. Концерн «Цеппелин» в начале ХХ века в качестве движущей установки своих знаменитых дирижаблей использовал двигатели внутреннего сгорания, работающие на водороде.

Развитию водородной энергетики способствовал и мировой энергетический кризис, разразившийся в 70 годах прошлого века. Однако с его окончанием водородные генераторы быстро были забыты. И это несмотря на массу преимуществ по сравнению с обычным топливом:

• идеальная воспламеняемость топливной смеси на основе воздуха и водорода, что даёт возможность лёгкого пуска двигателя при любой температуре окружающей среды;
• большое выделение тепла при сгорании газа;
• абсолютная экологическая безопасность – отработавшие газы превращаются в воду;
• выше в 4 раза скорость сгорания по сравнению с бензиновой смесью;
• способность смеси работать без детонации при высокой степени сжатия.

Основной технической причиной, являющейся непреодолимой преградой в использовании водорода в качестве топлива автомобилей стала невозможность уместить достаточное количество газа на транспортном средстве. Размер топливного бака для водорода будет сравним с параметрами самого автомобиля. Большая взрывоопасность газа должна исключать возможность малейшей утечки. В жидком виде необходима криогенная установка. Этот способ также мало осуществим на автомобиле.

Газ Брауна

Решающее значение в количественном выходе газа имеет площадь поверхности электродов. Под действием электрического тока молекула воды начинает разлагаться на два атома водорода и один кислорода. Такая газовая смесь при сгорании выделяет почти в 4 раза больше энергии, чем при сгорании молекулярного водорода. Поэтому использование этого газа в двигателях внутреннего сгорания приводит к более эффективному сгоранию топливной смеси, уменьшает количество вредных выбросов в атмосферу, увеличивает мощность и уменьшает величину затраченного топлива.

Универсальная схема водородного генератора

Тем, у кого нет способностей к конструированию, водородный генератор для автомобиля можно купить у народных умельцев, поставивших на поток сборку и установку таких систем. Сегодня есть множество таких предложений. Стоимость агрегата и установки составляет порядка 40 тысяч рублей.

Но можно собрать такую систему и самостоятельно – сложного в ней нет ничего. Состоит она из нескольких простых элементов, соединённых в одно целое:

• Установки для электролиза воды.
• Накопительного резервуара.
• Улавливателя влаги из газа.
• Электронного блока управления (модулятора тока).

Ниже приведена схема, по которой можно легко собрать водородный генератор своими руками. Чертежи главной установки, производящей газ Брауна, достаточно просты и понятны.

Схема не представляет какой-либо инженерной сложности, повторить её может каждый, кто умеет работать с инструментом. Для автомобилей с инжекторной системой подачи топлива необходимо еще установить контроллер, регулирующий уровень подачи газа в топливную смесь и связанный с бортовым компьютером автомобиля.

Реактор

От площади электродов и их материала зависит количество получаемого объёма газа Брауна. Если в качестве электродов брать медные или железные пластины, то реактор не сможет работать продолжительное время по причине быстрого разрушения пластин.

Идеальным выглядит применение титановых листов. Однако их использование повышает затраты на сборку агрегата в несколько раз. Оптимальным считается применение пластин из высоколегированной нержавеющей стали. Металл этот доступен, его не составит труда приобрести. Также можно использовать отработавший своё бак от стиральной машины. Сложность составит только вырезание пластин нужного размера.

Типы установок

На сегодняшний день водородный генератор для автомобиля может быть укомплектован тремя различными по типу, характеру работы и производительности электролизёрами:

• Простой, цилиндрического типа. Производит 700 миллилитров газа в минуту. Такой производительности достаточно для двигателей с рабочим объёмом до 1,4 литров.
• С ячейками раздельного типа. Является самым эффективным по типу конструкции и производительности. Выход газа превышает 2 литра в минуту. Такой объём позволяет применять его на грузовом транспорте.
• Электролизёр с пластинами открытого типа. Эта конструкция обеспечивает дополнительное охлаждение системе, в результате чего может использоваться при длительной работе агрегата. Выход газа регулируется количеством пластин реактора.

Первый тип конструкции вполне достаточен для множества карбюраторных двигателей. Отсутствует необходимость в установке сложной электронной схемы регулятора производительности газа, да и сама сборка такого электролизёра не представляет сложности.

Для более мощных автомобилей предпочтительна сборка второго типа реактора. А для двигателей, работающих на дизельном топливе, и большегрузных машин используют третий тип реактора.

Необходимая производительность

Для того чтобы можно было действительно экономить топливо, водородный генератор для автомобиля должен ежеминутно вырабатывать газ из расчёта 1 литр на 1000 рабочего объёма двигателя. Исходя из этих требований подбирается количество пластин для реактора.

Для увеличения поверхности электродов необходимо провести обработку поверхности наждачной бумагой в перпендикулярном направлении. Такая обработка крайне важна – она увеличит рабочую площадь и позволит избежать «прилипания» пузырьков газа к поверхности.

Последнее приводит к изоляции электрода от жидкости и препятствует нормальному электролизу. Не стоит также забывать, что для нормальной работы электролизёра вода должна быть щелочной. Катализатором может служить обычная сода.

Регулятор тока

Водородный генератор на авто в процессе работы увеличивает свою производительность. Это связано с выделением тепла при реакции электролиза. Рабочая жидкость реактора испытывает нагрев, и процесс протекает гораздо интенсивнее. Для контроля над течением реакции используют регулятор тока.

Если не понижать его, может произойти просто закипание воды, и реактор перестанет выдавать газ Брауна. Специальный контролер, регулирующий работу реактора, позволяет изменять производительность с увеличением оборотов.

Карбюраторные модели оборудуют контроллером с обычным переключателем двух режимов работы: «Трасса» и «Город».

Безопасность установки

Многие умельцы размещают пластины в пластиковых ёмкостях. Не стоит экономить на этом. Нужен бак из нержавеющего металла. Если его нет, можно использовать конструкцию с пластинами открытого типа. В последнем случае необходимо применять качественный изолятор тока и воды для надёжной работы реактора.

Известно, что температура горения водорода составляет 2800. Это самый взрывоопасный газ в природе. Газ Брауна – не что иное, как «гремучая» смесь водорода. Поэтому водородные генераторы на автомобильном транспорте требуют качественной сборки всех узлов системы и наличия датчиков для слежения за течением процесса.

Датчик температуры рабочей жидкости, давления и амперметр не будут лишними в конструкции установки. Особое внимание стоит уделить гидрозатвору на выходе из реактора. Он жизненно необходим. Если произойдёт воспламенение смеси, такой клапан предотвратит распространение пламени в реактор.

Водородный генератор для отопления жилых и производственных помещений, работающий на тех же принципах, отличается в несколько раз большей производительностью реактора. В таких установках отсутствие гидрозатвора представляет смертельную опасность. Водородные генераторы на автомобилях в целях обеспечения безопасной и надёжной работы системы также рекомендуется оборудовать таким обратным клапаном.

Пока без обычного топлива не обойтись

В мире есть несколько экспериментальных моделей, которые полностью работают на газе Брауна. Однако технические решения пока ещё не достигли своего совершенства. Простым жителям планеты такие системы недоступны. Поэтому пока автолюбителям остаётся довольствоваться «кустарными» разработками, которые дают возможность сократить затраты на топливо.

Немного о доверчивости и наивности

Некоторые предприимчивые дельцы предлагают на продажу водородный генератор на авто. Рассказывают про обработку лазером поверхности электродов или про уникальные секретные сплавы, из которых они сделаны, специальные катализаторы воды, разработанные в научных лабораториях мира.

Всё зависит от способности мысли таких предпринимателей к полёту научной фантазии. Доверчивость может сделать вас за ваши же средства (иногда даже не малые) владельцем установки, у которой через два месяца эксплуатации разрушатся контактные пластины.

Если уж вы решили таким способом экономить, то лучше собирать установку самостоятельно. По крайней мере, не на кого потом будет пенять.

Почему мы до сих пор не используем водородные двигатели?

В автомобилях внедрение альтернативных источников энергии безуспешно идет уже многие десятилетия. Но увы, топливо, изготовленное из «черного золота», уже больше века не желает уступать позиции: на сегодняшний день оно не имеет сильных конкурентов.

Одним из таких конкурентов вполне мог бы стать двигатель, использующий водород. Идея такого двигателя не нова: даже в блокадном Ленинграде работало несколько сотен машин на водороде, так как получить его было гораздо проще, чем традиционное топливо.

Причина, по которой человечество хочет «соскочить» с нефтяной зависимости, очевидна. Во-первых, это сильное загрязнение атмосферы, приводящее к парниковому эффекту (доля автомобилей в этом загрязнении оценивается в 25%). Во-вторых, это постоянно повышающаяся в долгосрочной перспективе стоимость самого топлива. В-третьих, бензиновые двигатели внутреннего сгорания имеют достаточно низкий КПД – около 35%, а вся остальная энергия уходит в тепло. Ну и, конечно, не стоит забывать о том, что нефть рано или поздно закончится.

Современные двигатели внутреннего сгорания могут работать на водороде. Правда, его мощность несколько снизиться; чтобы этого избежать, необходимо внести некоторые изменения в систему зажигания. Но по большому счету, традиционные ДВС не очень хорошо адаптированы к работе на водороде, и гораздо более привлекательной технологией выглядят водородные топливные элементы.

Топливный элемент – это, по сути, батарейка, вырабатывающая электричество, но в отличии от нее, вещество, необходимое для реакции (в данном случае водород), не находится внутри элемента, а подается извне. Энергия получается не в результате малоэффективного процесса горения, а посредством «холодной» химической реакции, например, с кислородом через протонообменную мембрану. КПД топливных элементов достигает очень высоких значений – до 80%, причем это значение практически не зависит от нагрузки. К преимуществам водородных топливных элементов также относится маленький вес и размеры.

Сегодня практически у всех автопроизводителей есть работающие прототипы машин, использующих жидкое водородное топливо. К сожалению, дальше концептов пока дело не идет, и этому есть свои объяснения.

• Практически полностью отсутствует инфраструктура водородных заправок, каждая из которых обходится примерно в 10 раз дороже традиционной (из-за дорогого оборудования).
• Повышенная опасность хранения водорода, связанная с его повышенной летучестью и легкостью воспламенения.
• Самая высокая из всех веществ летучесть водорода приводит к трудности его хранения: пары жидкого водорода проникают через мельчайшие зазоры. Так, специальный автомобильный бак, наполненный жидким водородом, за десять дней из-за испарения теряет половину объема.
• Стоимость водородного топлива в несколько раз выше стоимости бензина и соляры, и требует значительного количества электроэнергии для его производства.

Последняя причина, пожалуй, является основным сдерживающим фактором на пути развития водородных двигателей в массовом сегменте.

Принцип работы и устройство

Как известно, поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет как плюсы, так и целый ряд определенных недостатков. Прежде всего, глобальной проблемой является токсичный выхлоп бензиновых и дизельных ДВС, а также постоянная потребность в нефтяном топливе. Не сильно меняется ситуация и после перевода автомобиля на газ, так как установка ГБО также не решает всех задач.

С учетом данных особенностей постоянно ведутся разработки альтернативных вариантов. Сегодня реальным конкурентом ДВС является электродвигатель. При этом относительно небольшой запас хода, высокая стоимость аккумуляторных батарей и всего электрокара (электромобиля) в целом, а также отсутствие развитой инфраструктуры по ремонту и обслуживанию таких машин закономерно тормозит их популяризацию.

Среди подобных двигателей следует отдельно выделить водородный ДВС, который вполне может заменить существующий на сегодня дизельный или бензиновый мотор, причем в обозримой перспективе. Давайте рассмотрим, как работает водородный двигатель, какую конструкцию имеет подобный мотор и в чем заключаются его особенности.

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.

Работа двигателя на водороде

Начнем с того, что двигатель внутреннего сгорания на водороде по своей конструкции не сильно отличается от обычного ДВС. Все те же цилиндры и поршни, камера сгорания и сложный кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно поступательного движения в полезную работу.

Единственное, в цилиндрах сгорает не бензин, газ или солярка, а смесь воздуха и водорода. Также нужно учитывать и то, что способ подачи водородного топлива, смесеобразование и воспламенение также несколько другой по сравнению с аналогичными процессами в традиционных аналогах.

На водороде реакция протекает быстрее, что позволяет сдвинуть наполнение цилиндра на момент, когда поршень уже начинает движение в НМТ (нижняя мертвая точка). Также после того, как протекает реакция, результатом становится обычная вода вместо токсичных выхлопных газов. Как видно, на первый взгляд стандартный двигатель относительно легко подстроить под водородное топливо путем доработок впуска, выпуска и системы питания, однако это не так.

Первая проблема заключается в том, как получать необходимый водород. Как известно, водород находится в составе воды и является распространенным элементом, однако в чистом виде практически не встречается. По этой причине для максимальной автономности на транспортное средство нужно отдельно ставить водородные установки, чтобы «расщеплять» воду, позволяя мотору питаться необходимым топливом.

Идея кажется привлекательной. Более того, можно даже обойтись без наружного воздуха на впуске и создать закрытую топливную систему. Другими словами, после каждого раза, когда в камере сгорит заряд, в цилиндре будет оставаться водяной пар. Если этот пар пропустить через радиатор, произойдет конденсация, то есть снова образуется вода, из которой можно повторно получить водород.

Дело в том, что любой двигатель внутреннего сгорания независимо от типа топлива все равно нуждается в системе смазки, чтобы защитить нагруженные узлы и трущиеся пары. Если просто, без моторного масла никак не обойтись. При этом масло частично попадает в камеру сгорания и затем в выхлоп. Это значит, что полностью изолировать топливную систему на водороде (не использовать наружный воздух) практически нереализуемая задача.

По этой причине современные водородные двигатели внутреннего сгорания больше напоминают газовые двигатели, то есть агрегаты на газе пропане. Чтобы использовать водород вместо пропана, достаточно изменить настройки такого ДВС. Правда, КПД на водороде несколько снижается. Однако и водорода нужно меньше, чтобы получить необходимую отдачу от мотора. При этом никаких установок для автономного получения водорода не предполагается.

Что касается попытки подать водород в обычный бензиновый или дизельный двигатель, автоматически возникают риски и сложности. Прежде всего, высокие температуры и степень сжатия могут привести к тому, что водород будет вступать в реакцию с нагретыми элементами ДВС и моторным маслом.

Так или иначе, даже с учетом всех сложностей, ряд проблем удается обойти не только на роторных, но даже и на поршневых моторах, что позволяет водороду считаться достаточно перспективной альтернативой бензину, газу или солярке. Например, экспериментальная версия модели BMW 750hL, которую представили в 2000 году, имеет водородный двигатель на 12 цилиндров. Агрегат успешно работает на таком горючем и способен разогнать автомобиль до скорости около 140 км/час.

Правда, никаких отдельных установок для получения водорода из воды на машине не имеется. Вместо этого стоит особый бак, который просто заправлен водородом. Запас хода на полном баке водорода составляет около 300 км. После того, как водород закончится, двигатель в автоматическом режиме начинает работать на бензине.

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.

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.

Дальнейшие перспективы

Сегодня над созданием экологичных двигателей трудятся многие компании. Некоторые идут по пути создания двигателей-гибридов, другие делают ставку на электромобили и т.д. Что касается водородных установок, в плане экологии и производительности данный вариант также может в ближайшее время составить конкуренцию ДВС на бензине, газе или дизтопливе.

Водородные двигатели показали себя несколько лучше, чем самые продвинутые электрокары. Например, японская модель Honda Clarity. Единственное, остался такой недостаток, как способы и возможности заправки. Дело в том, что инфраструктура водородных заправочных станций не особенно развита, причем в мировом масштабе.

Дополнительно стоит отметить модель Toyota Mirai. Автомобиль работает только на водороде, одного бака хватает на 600 км. Водородные двигатели еще встречаются на отечественной модели «Нива», а также устанавливаются корейцами на специальную версию внедорожника Hyundai Tucson.

Как видно, с двигателем на водороде активно экспериментируют многие производители, однако такое решение все равно имеет много недостатков. При этом некоторые минусы сильно мешают массовой популяризации.

Прежде всего, это безопасность и сложность транспортировки такого топлива. Важно понимать, что водород весьма горюч и взрывоопасен даже при относительно невысоких температурах. По этой причине его сложно хранить и перевозить. Получается, необходимо строить особые водородные резервуары для авто с данным типом двигателя. Как результат, на практике водородных заправок очень мало.

К этому также можно добавить определенную сложность и высокие расходы на ремонт и обслуживание водородного агрегата, а также необходимость в подготовке и обучении большого количества высококвалифицированного персонала. Если же говорить о самом авто на водороде и его эксплуатационных характеристиках, наличие водородной установки делает машину более тяжелой, закономерно ухудшается управляемость.

Подведем итоги

Как видно, сегодня водородные автомобили и двигатель на воде можно считать вполне реальной альтернативой не только привычным ДВС, которые используют нефтяное топливо, но и электрокарам.

Прежде всего, такие установки менее токсичны, при этом они не нуждаются в дорогостоящем топливе на основе нефти. Также автомобили с водородным двигателем имеют приемлемый запас хода. В продаже имеются и гибридные модели, использующие как водород, так и бензин.

Напоследок отметим, что активное строительство трубопроводов для перекачки газа метана обещает в дальнейшей перспективе возможность перекачки по этим же трубопроводам и водорода. Это значит, что в случае роста общего числа авто с водородными двигателями, также высока вероятность быстрого увеличения количества специализированных заправочных станций.

Усовершенствание конструкции поршневого двигателя, отказ от КШМ: бесшатунный двигатель, а также двигатель без коленвала. Особенности и перспективы.

Конструктивные особенности двигателей GDI с непосредственным впрыском от моторов с распределенным впрыском топлива. Режимы работы, неисправности GDI.

Виды двигателей внутреннего сгорания, отличия различных типов ДВС. Особенности компоновки, объем двигателя, мощность, крутящий момент и другие параметры.

Двигатель семейства FSI: отличия, особенности, плюсы и минусы силового агрегата данного типа. Распространенные проблемы двигателей FSI, обслуживание мотора.

Дизельный мотор TDI. Отличительные особенности двигателя данного типа. Преимущества и недостатки, ресурс, особенности турбонаддува. советы по эксплуатации.

Что нужно знать о моторах на Рендж Ровер перед покупкой такого автомобиля б/у. С каким двигателем лучше взять данный автомобиль и почему.

Многие водители с хотя бы минимальным опытом вождения скажут вам о необходимости наличия защиты картера – и будут правы. Из-за камешков, щебенки, прочих предметов, которые попадаются на дорогах, может быть пробит картерный поддон. Для предотвращения этого нужно установить специальный щит.

Владельцы редких моделей авто могут испытать некоторые трудности в поисках защиты картера мотора. Например – высокая цена в магазинах, дороговизна заказа в мастерских, или же вовсе сложности с поиском. В таких случаях разумным решением станет изготовление защиты своими руками.

Это делается при помощи определенных инструментов – рулетки (или другой принадлежности для замеров), углошлифовальной машины (болгарки), дрели с набором сверл и коронок, набора гаечных ключей, сварки и полотна стали.

Защита заводского производства, выполненная методом штамповки, отличается ребрами жесткости – они делаются с использованием пресса. Поэтому, выбирая стальной лист, следует обращать внимание на его толщину – она должна составлять порядка 4 миллиметров.

Если делать на листе изгибы – зажимаем лист между металлическими уголками в струбцинах, и изгибаем, используя рычаг-вилку. При возможности лучше прогреть лист в месте сгиба с помощью газового резака.

Шаг 1

1. Сначала загоняем авто на яму, эстакаду или подъемник, чтобы обеспечить свободный доступ.

2. Замеряем днище, где будет размещена защита, и переносим размеры на металлический лист, подготовленный заранее. Здесь мы учитываем свободное место, которое требуется для поворота колес, свободного хода разных деталей – таких как рычаги подвески и приводы. Оставляем зазор по крайней мере в 10 мм. В то же время максимально соблюдаем форму пространства, которое закрывается, чтобы не оставлялись зазоры, и чтобы не оставалось выступающих металлических частей – к примеру, в колесных арках.

3. Перед тем, как начать выкраивать форму и начать резку, следует продумать, как крепить щит к машине. Здесь в раме, кузове, других частях авто не рекомендуется делать отверстия. В этом случае мы находим подходящие резьбовые соединения – такие как кронштейны реактивных тяг.

На защите могут быть крепежные кронштейны в двух вариантах:

•наличие проушин, которые продолжают металлический лист; они учитываются и размечаются во время проведения замеров днища; после этого сверлим отверстия с нужным диаметром и при необходимости выгибаем;

•если вышеуказанное крепление изготовить невозможно или сложно, делаем кронштейн отдельно, используя остатки металла – они могут быть выполнены в виде уголков, пластин, скоб, и т. д.; они крепятся на авто посредством резьбовых соединений, на защиту – можно использовать сварку; чтобы получить жесткое соединение, свариваем детали внахлест, но не стык в стык.

Шаг 2

Когда мы вырезали защиту и сделали кронштейны, устанавливаем ее – для этого нажимаем на пару болтов. Проверяем, есть ли излишки металла, зазоры с движущимися деталями и поддоном картера двигателя, и совпадения крепежных отверстий. При этом можем разметить отверстия для лючка, чтобы через него сливать отработанное масло, и при необходимости получить доступ к масляному фильтру.

Исходя из размера лючка, мы вырезаем его, используя или коронку, или болгарку. Можно сделать, чтобы лючок был открытым – но в таком случае через него грязь попадет в отсек двигателя. Чтобы этого не допустить, вверху листа по периметру мы просверливаем 4 отверстия, и к ним привариваем гайки – в них будут вкручиваться крепежные болты для лючка.

В конце защиту грунтуем и красим, ждем пока полностью высохнет – и вот, защита мотора готова.

Как установить защиту картера своими руками

Защита картера – довольно простая операция, эта деталь монтируется весьма быстро и без особых сложностей. На подготовительном этапе удаляем то, что осталось от старой защиты, которая пришла в негодность.

Загоняем машину на смотровую яму или подъемник. Более предпочтительный – второй вариант, таким образом получится удобнее самостоятельно установить защиту картера.

После демонтажа старого защитного элемента, при его наличии, очищаем отверстия креплений от грязи. Желательно обеспечить хорошее освещение этой части автомобиля.

Чтобы надежно зафиксировать защиту картера, и обеспечить устойчивость к обрывам, используем болты. Это особенно важно с тяжелой металлической защитой.

Защиту картера устанавливаем в обязательном порядке с применением демпфирующих прокладок. Благодаря им будет гаситься вибрация защитного материала во время движения авто. Часто водители, которые не используют прокладочные материалы, жалуются на то, что во время движения машины защитные элементы издают довольно слышимый шум.

Это описание показывает, что на практике защита двигателя изготовляется и устанавливается своими руками в весьма простой способ – чтобы это сделать, главное нужно захотеть. Инструменты и материалы можно купить или позаимствовать на время, а навыки приобретаются в самом процессе – главное, все делать логично и последовательно.

Этот пост может содержать партнерские ссылки. Это означает, что я зарабатываю небольшую комиссию за ссылки, используемые без каких-либо дополнительных затрат для вас. Дополнительную информацию смотрите в моей политике конфиденциальности.

Как работают водородные автомобили и когда они появятся на дорогах

Время на прочтение

В Испании, где я сейчас живу, довольно много электромобилей — встречаю их практически каждый день, как на дорогах, так и на станциях для зарядки. И каждый год электрокаров становится все больше (не только в Испании, конечно). Но есть и альтернатива — автомобили на водородном топливе, которые тоже не загрязняют природу, поскольку их выхлоп — вода. Тема сегодняшней справочной — водородные машины, принцип их работы и перспективы.

Когда появились первые автомобили на водороде?

Изобрел двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, Франсуа Исаак де Ривас (François Isaac de Rivaz) в 1806 году. Водород он получал с помощью электролиза воды. Поршневой двигатель, который создал изобретатель, называют машиной де Риваса (De Rivaz engine).

Зажигание было искровым, двигатель имел шатунно-поршневую систему работы. Ну а цилиндр приводился в движение детонацией смеси водорода и кислорода электрической искрой — ее приходилось генерировать вручную в момент опускания поршня. Через два года этот же изобретатель построил уже самодвижущееся устройство с водородным двигателем.

Но более-менее широко применять водород для работы автомобильных двигателей стали много лет спустя. В 1941 году в блокадном Ленинграде автомобильные двигатели ГАЗ-АА были модифицированы инженер-лейтенантом Б. И. Шелищем. Движки управляли лебедками аэростатов заграждения (их заправляли водородом, и запасов газа в Ленинграде было много), но это были автомобильные двигатели. Кроме того, были модифицированы и несколько сотен движков в автомобилях.

Начиная с 1980-х сразу в нескольких странах, включая США, Японию, Германию, СССР и Канаду стартовало экспериментальное производство по созданию автомобилей, работающих на водороде, бензин-водородных смесях и смесях водорода с природным газом.

В 1982 году нефтеперерабатывающий завод «Квант» и завод РАФ разработали первый в мире экспериментальный водородный микроавтобус «Квант-РАФ» с комбинированной энергоустановкой на основе водородо-воздушного топливного элемента мощностью 2 кВт и никель-цинковой аккумуляторной батареи емкостью 5 кВт*ч.

На протяжении многих лет такие автомобили разрабатывали в разных странах по большей части в качестве эксперимента. После того, как концепция «зеленого» автомобиля стала популярной, автомобилями на водороде заинтересовались крупные корпорации вроде Toyota. Начиная с 2000-х, автомобильные компании стали разрабатывать концепты коммерческих авто.

А где брать водород?

Водород можно получать разными методами:

• паровая конверсия метана и природного газа;
• газификация угля;
• электролиз воды;
• пиролиз;
• биотехнологии.

Наиболее экономичным способом производства водорода сейчас считается паровая конверсия. Так называют получение водорода из легких углеводородов (метан, пропан-бутановая фракция) с использованием парового риформинга. Риформингом называют процесс каталитической конверсии углеводородов в присутствии водяного пара. Водяной пар смешивается с метаном при высокой температуре (700–1000 Сº) и большом давлении с использованием катализатора.

При паровой конверсии водород получать дешевле, чем используя любые другие методы, включая электролиз.

Наиболее безвредный способ производства водорода — электролиз — получение водорода из воды с использованием электрического тока. Чистота выхода водорода близка к 100%. Если не считать загрязнение для получения электричества, такие установки почти безвредны для окружающей среды, поскольку в процессе работы выделяются только водород и кислород.

Еще один безопасный для окружающей среды способ получения водорода — реактор с биомассой.

Производить водород можно и на крупной фабрике, и на относительно небольшом предприятии. Чем масштабнее производство — тем ниже себестоимость газа. Но зато в первом случае увеличиваются расходы на доставку водорода к местам заправки машин.

Как работает топливная система и какие есть варианты?

Лучше всего рассмотреть принцип работы такой системы на примере серийных водородных авто Toyota Mirai. Основа — топливный элемент, электрохимическая система, преобразующая частицы водорода и кислорода в воду. Внутри такого элемента — протонпроводящая полимерная мембрана, которая разделяет анод и катод. Обычно это угольные пластины с нанесенным катализатором.

На катализаторе анода молекулярный водород теряет электроны, катионы проводятся через мембрану к катоду, а электроны отдаются во внешнюю цепь. На катализаторе катода молекулы кислорода соединяются с электроном и протоном, образуя воду. Пар или жидкость — это единственный продукт реакции.

Преимущество топливных ячеек на основе протонообменных мембран — высокая удельная мощность и относительно низкая рабочая температура. Они быстро греются и почти сразу после старта начинают производить энергию.

В Mirai используются топливные элементы с высокой удельной мощностью на единицу объема (3,2 кВт/л), максимальная их мощность 124 кВт. Произведенный топливным элементом постоянный ток преобразуется в переменный с одновременным повышением напряжения до 650 В. Электричество поступает в литий-ионный аккумулятор. Для движения машина расходует запасенную в нем энергию.

Водород в топливный элемент Mirai поступает из баллонов высокого давления (около 700 атм). Блок управления в автомобиле контролирует режим работы топливного элемента и зарядку/разрядку аккумулятора.

По данным Toyota на 100 км пути Mirai требуется до 750 граммов водорода. Владельцы Mirai говорят о примерно килограмме водорода на 100 км пути.

Такие автомобили опасны? Почему?

Поскольку водород — горючий газ, то транспортировать и хранить его нужно осторожно. Нужны высокочувствительные газоанализаторы, которые смогут дать сигнал в случае утечки. Правда, водород очень летучий газ (ведь это самый легкий химический элемент) и при попадании в атмосферу водород быстро поднимается вверх.

Сгорает он очень быстро. Дирижабль «Гинденбург» горел всего 32 секунды. Благодаря скоротечности пожара погибли далеко не все пассажиры, выжили 62 человека из 97, находившихся в гондоле дирижабля.

Тем не менее, если автомобилей на водороде станет много, то потребуются новые меры безопасности движения на дорогах. Машины с ДВС тоже опасны — в случае аварии и пробоя бака бензин или дизельное топливо вытекают на дорогу и могут воспламениться. Если будет пробит бак с водородом, газ очень быстро улетучится. Но если близко будет источник открытого огня или искр, водород может загореться.

В Mirai и других моделях водородных авто используются очень прочные баки для водорода. Toyota сделала свои баки пуленепробиваемыми, их стенки из сверхпрочного волокна выдерживают выстрелы из крупнокалиберного оружия. Для тестов компания наняла снайперов и пробить бак смогла только пуля калибром .50 после двойного попадания в одно и тоже место.

Если соблюдать меры безопасности, водородные автомобили не опаснее машин с ДВС.

Какой срок службы у топливных ячеек?

Пока что такая информация есть лишь для Mirai. Toyota заявляет, что одна ячейка гарантированно будет работать на протяжении 250 000 км. Затем, если работа ячейки ухудшается, ее можно заменить в сервисном центре.

Какие компании уже выпускают или собираются выпускать автомобили на водороде?

Водородные машины разрабатывают Honda, Toyota, Mercedes-Benz и Hyundai — у этих компаний уже есть готовые транспортные средства. Другие показывают пока лишь концепты (впрочем, рабочие) или просто красиво отрендеренные картинки. К числу первых можно отнести Audi и Ford, к числу вторых — BMW (справедливости ради нужно сказать, что в 2007 году BMW выпустила партию из 100 экспериментальных «водородных» моделей, которые так и остались экспериментом) и Lexus.

В серию запущены пока лишь Toyota Mirai и Honda Clarity. Их можно приобрести в США и Европе.

Сколько это стоит?

В настоящий момент водородные автомобили немного дороже обычных в плане эксплуатации. Так, при поездке в Европе протяженностью 480 км затраты на горючее для владельца обычной машины составят примерно $45, а вот владелец Mirai заплатит около $57. И это при том, что правительство некоторых стран субсидирует производство водорода для машин. Стоимость 1 кг водорода составляет в среднем $11.45.

Чем водородные авто лучше электромобилей?

Собственно, вопрос не совсем корректный. Дело в том, что и автомобиль на водороде, с топливной ячейкой, и «чистый» электрокар — это электромобили. Просто в одном случае машину заправляют водородом, во втором — электричеством.

Если сравнивать стоимость большинства электромобилей и Toyota Mirai, то они сравнимы, это несколько десятков тысяч долларов США. Стоимость Hyundai ix35 Fuel Cell составляет около $53 тыс., Toyota Mirai — $57 тыс., Honda Clarity — $59 тыс. Стоимость электрокаров Tesla начинается с $45 тыс. (базовая комплектация с прайсом в $35 тыс. пока доступна лишь для предзаказа). Электромобили от BMW стоят около $50 тыс.

Водородные автомобили быстро заправляются — на это уходит всего 3–5 минут, в отличие от электромобилей, где нужно от получаса до нескольких часов для подзарядки.

Основное достоинство водородного транспорта в том, что топливные ячейки служат много лет и практически не нуждаются в обслуживании. Если взять «чистый» электромобиль с его огромной батареей, то ее срок службы всего 1–1,5 тыс. циклов, то есть 3-5 лет. Причем водородный автомобиль без проблем будет работать на морозе (заводиться в том числе), а вот аккумулятор электромобиля потеряет заряд.

Какие перспективы у водородных машин и когда их можно будет увидеть на дорогах?

Водородные автомобили уже колесят по дорогам Европы и США (возможно, единичные экземпляры есть и в других регионах). Но их немного — несколько тысяч, что нельзя назвать массовым внедрением.

Проблема, которая сейчас мешает распространению водородных транспортных средств — отсутствие инфраструктуры (всего несколько лет назад аналогичная проблема была актуальной и для электромобилей). Нужны специализированные фабрики по производству водорода, транспортные системы для водорода и заправки.

Водородные АЗС в 2019 году(источник)

Кроме того, водород получается довольно дорогим, так что если электромобили покупают, в частности, для экономии на топливе, то в случае водородной машины — это не вариант. При массовом появлении фабрик по производству водорода для машин, а также сервисной инфраструктуры можно ожидать выхода гораздо большего числа транспортных средств на водороде на дороги общего пользования.

Но нет гарантии, что это вообще случится ли это или нет — пока неясно. Автопроизводители вроде Toyota активно продвигают свои машины и преимущества водорода в транспортной сфере. Но конкуренция слишком велика, как среди обычных машин с ДВС, так и среди электромобилей.

Первый униполярный двигатель был продемонстрирован Майклом Фарадеем в 1821 году. Он экспериментировал с магнетизмом и электричеством и открыл первую известную в природе круговую силу.

На основе этой силы и работает униполярный мотор, изготовление которого может стать очень увлекательным и познавательным занятием: как сделать самостоятельно такой униполярный двигатель своими руками на основе обычной батарейки AA.

В качестве материалов для изготовления мотора нам понадобится пальчиковая батарейка, несколько неодимовых магнитов и медная проволока длиной около 30 см.

Для начала на положительном полюсе батарейки нужно сделать небольшую впадинку. Для этого можно использовать гвоздь, отвертку или даже многофункциональный инструмент. Будьте осторожны, старайтесь не ударять по батарейке слишком сильно. По ней нужно просто ударить с достаточной силой, чтобы осталась небольшая вмятина, но не нужно бить так, чтобы сломать ее или раздавить крышку.

Теперь поместите батарейку на стопку небольших неодимовых магнитов. Эта стопка должна быть достаточно высокой, чтобы осталось пространство для контакта с проводом.

Затем нужно сделать катушку из медной проволоки. Сначала проверьте один конец провода, и если он плоский, то откусите кусачками конец этого провода так, чтобы он имел острый угол. При необходимости зачистите его лучше, чтобы конец был действительно острым. После этого сформируйте из данного куска медной проволоки спираль. Поместите заостренный конец в углубление в верхней части батарейки. И если катушка слишком коротка или слишком длинна, то вы просто можете растянуть или сжать эту катушку, подогнав размер под батарейку.

Сделайте так, чтобы катушка висела свободно, и посмотрите, достает ли свободный конец провода до магнитов, расположенных под батарейкой. Если это так, то ток сможет течь по проводу. И если провод имеет достаточный контакт с магнитом, то провод начнет вращаться, по часовой стрелки или против часовой стрелки в зависимости от полярности магнитов. Теперь просто наслаждайтесь зрелищем.

Подборки постов

Лучшие посты за сегодня

Проблема исчерпания запасов природных ресурсов стала актуальной как никогда. Количество автомобилей постоянно растет, а вместе с тем и потребление нефти. Это значит, что если данная активность будет и дальше возрастать, то скоро все мировые запасы нефти будут исчерпаны. Именно это натолкнуло инженеров всего мира решить проблему путем изобретения автомобильных двигателей, которые могут работать без потребления нефтяных ресурсов. В качестве альтернативы выступают автомобильные двигатели на водородном топливе.

Каким образом используется водород

Если брать во внимание все существующие требования к альтернативным видам топлива, то водородное является самым оптимальным источником энергии. При получении его с помощью воды, можно надеяться в его неисчерпаемость. Кроме того, водородное топливо не приносит вреда окружающей среде.

Уже существует небольшое количество автомобилей с двигателями на водородном топливе, но массовости ещё нет. Хотя со временем это планируется.

За основу работы автомобильного двигателя на водородном топливе берется реакция молекул воды, то есть их деление на кислородные и водородные составляющие. В наше время на основе данной реакции работают два направления:

• работа двигателей внутреннего типа сгорания;
• питание электродвигателя на водородных компонентах.
• Чтобы понять, как они работают, следует разобраться в основных принципах.

Водородные двигатели внутреннего сгорания

Относительно этого есть свои определенные нюансы. Во время работы происходит накаливание до высоких температур и соответственно сжатие, которое, в свою очередь, вызывает реакцию газа со всеми металлическими деталями механизма, а также со смазочными веществами. Если происходит даже небольшая его утечка, возможна контактная реакция с горячим коллектором, в результате чего возникает пламя. Для обеспечения безопасности рекомендуется использование роторного мотора. Поскольку между коллекторами есть определенное расстояние.

Принципы работы системы зажигания в автомобильных двигателях на водородном топливе тоже претерпевают некоторые изменения. Между работой автомобильного двигателя с внутренним типом сгорания и работой электродвигателя на основе водородных компонентов есть отличие по КПД. Но все недостатки вполне возможно исправить в будущем, поскольку это новое изобретение.

Агрегаты, работающие от водородных батарей

Осуществить проход через структуру мембраны под силу протонам. Данная мембрана разделяет собой заряды электродов. Таким образом, водород подается на анод, а кислород в свою очередь на катод. Проходящие через структуру мембраны протоны двигаются в сторону катода, в результате чего происходит реакция. Впоследствии происходит образование жидкости и электрического тока. Электричество бежит по проводам к электромотору и, таким образом, питает автомобильный двигатель энергией.

Водородный двигатель своими руками

Для того, чтобы сконструировать мощный автомобильный двигатель, работающий на водородном топливе, необходимо начать свою работу с генератора. Емкость, которая является полностью герметичной, с жидкостью и погруженными в неё электродами, и есть тем самым простым генератором. Для функционирования данного приспособления необходим источник с напряжением в 12 В.

Смесь водорода с кислородом отводится через специальный штуцер, который расположен на крышке самодельной конструкции. Это является основой работы генератора для мотора на водородном топливе.

Полноценная работа системы не возможна без специального накопителя и батареи. Под корпус можно взять водопроводный фильтр или же приобрести специальную установку. У специальной установки есть одно весомое преимущество, они оборудованы электродами, обладающими высокой производительностью.

В образовании нужного газа нет никаких больших трудностей – все достаточно просто. Трудности касаются количества газа, достаточно тяжело произвести его в нужном количестве. Увеличить степень эффективности можно за счет медных электродов. Также используют электроды из нержавейки, но они менее продуктивны.

Еще понадобится электронный блок, который стабилизирует подачу тока, поскольку он имеет разную силу. Для нормальных условий реакции необходим постоянный уровень воды в емкости. Поэтому стоит сделать автоматическую подачу жидкости. Благодаря интенсивности реакции электролиза соль выделяется в достаточном количестве.

Необходимо отметить, что протекание реакции электролиза возможно только в дистиллированной воде.

Для мотора на водородном топливе готовится специальная вода в количестве 10 литров, в которую добавляется гидроксид в количестве 50 грамм.

Устройство водородного двигателя

Для работы мотора на водородном топливе понадобятся запасные емкости и отводная система. Кроме этого нужно вмонтировать специальный прибор контроля уровня жидкости.

Чтобы избежать ложной реакции нужно установить его внутри корпуса. Датчик будет подавать командные импульсы, которые обеспечат автоматическую подпитку.

Важное значение имеет датчик давления. Его включение происходит на пометке в 40 psi. В момент, когда давление повысится и достигнет пометки 45 psi, происходит отключение подкачки. В случае превышения давления выше пометки 50 psi, срабатывает установленный предохранитель.

Для установки на автомобильный двигатель с водородным типом топлива используют предохранитель, состоящий из вентиля, предназначенного для аварийной откачки и разрывного диска. Активизация разрывного диска происходит в случае, когда давление достигнет показателя 60 psi. Отвод тепла осуществляется при помощи холодной свечи.

Электрическая часть

Регуляцию частоты и ширины импульса в моторе на водородном топливе осуществляет счетчик, работающий по принципу генератора импульсного плана.

Располагающийся на счетчике последний выход соединен с коммутаторами, имеющими сопротивление 220 и 820 Ом. Увеличение тока до необходимого уровня происходит за счет транзистора. Вся ответственность защиты лежит на диоде 1N4007. Что позволяет придать процессам системы стабильность.

Людям глубоко заинтересовавшихся идеей автомобильных двигателей на водородном топливе или двигателей с гибридной системой, лидеры авторынка могут предложить некоторые варианты автомобилей, работающих по подобным схемам. В данной сфере заметно преуспели такие концерны как Daimler, Honda, Shanghai, VW. Они выпустили на рынок автомобили с водородным типом топлива, которые достойно представили работу своих инженеров.

Honda FCX

Работа данного автомобиля основывается на водородной системе. Он способен достигать скорости равной 160 км/час. Одной водородной заправки хватает для того, чтобы автомобиль преодолел путь в 500 км. Объем бака позволяет заправить 5 килограмм водорода в сжиженном виде. С каждым днем интерес автолюбителей к данной модели автомобиля растет.

Mercedes F-Cell

Данный автомобиль относится к серии «B-class» и оснащен электромотором на водородном топливе, который увеличил свою мощность на 115 л.с. Одной заправки достаточно для того, чтобы автомобиль преодолел расстояние в 400 километров. На данный момент автомобиль Mercedes F-Cell не порадовал публику своим появлением, и сейчас инженеры работают над его совершенствованием.

BMW Hydrogen 7

Это еще один представитель «семерочной» линейки автоконцерна BMW. Он обладает ДВС гибридного типа. Источниками энергии является водород и бензин. Двигатель на водородном топливе системы Hydrogen заставил своих изобретателей потрать над его созданием около 20 лет. Этот автомобиль достигает отметки спидометра в 100 км/час всего за 9,5 секунд.

Заключение

Обеспокоенность мирового общества возможным появлением дефицита запасов нефти, привело к поискам новых технологических решений, которые стали бы достойной альтернативой. Именно так возникла идея разработки автомобильного двигателя, который смог работать на водородном топливе. Пока она не успела достигнуть широкого распространения, но интерес к такой новинке с каждым днем растет с положительной динамикой.

Водородные топливные элементы. Как это сделано: