BMW และไฮโดรเจน: เครื่องยนต์สันดาปภายใน

โครงการของ บริษัท เริ่มต้นเมื่อ 40 ปีก่อนด้วยซีรีส์ 5 รุ่นไฮโดรเจน

BMW เชื่อมั่นในการขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้ามาอย่างยาวนาน ทุกวันนี้ เทสลาถือได้ว่าเป็นมาตรฐานในด้านนี้ แต่เมื่อ 2013 ปีที่แล้ว เมื่อบริษัทอเมริกันได้แสดงแนวคิดของแพลตฟอร์มอลูมิเนียมที่ปรับแต่งได้ ซึ่งต่อมาได้รับรู้ในรูปแบบของเทสลา โมเดล เอส บีเอ็มดับเบิลยูกำลังทำงานอย่างแข็งขันกับเมกะซิตี้ โครงการรถ. ปี 3 วางตลาดในชื่อ BMW iXNUMX รถยนต์สัญชาติเยอรมันสุดล้ำคันนี้ไม่เพียงแต่ใช้โครงสร้างรองรับอะลูมิเนียมพร้อมแบตเตอรี่ในตัวเท่านั้น แต่ยังใช้ตัวถังที่ทำจากโพลิเมอร์เสริมคาร์บอนอีกด้วย อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ Tesla นำหน้าคู่แข่งอย่างปฏิเสธไม่ได้คือวิธีการที่ยอดเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับการพัฒนาแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ตั้งแต่ความสัมพันธ์กับผู้ผลิตเซลล์ลิเธียมไอออนไปจนถึงการสร้างโรงงานผลิตแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ รวมถึงโรงงานที่ไม่ใช้ไฟฟ้า ความคล่องตัว

แต่ขอกลับมาที่ BMW เพราะไม่เหมือนกับ Tesla และคู่แข่งหลายราย บริษัทสัญชาติเยอรมันยังคงเชื่อมั่นในการเคลื่อนที่ของไฮโดรเจน เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมงานที่นำโดยรองประธานฝ่ายเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ดร.เจอร์เกน โกลด์เนอร์ ได้เปิดตัวเซลล์เชื้อเพลิง I-Hydrogen Next ซึ่งเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเองซึ่งขับเคลื่อนด้วยปฏิกิริยาเคมีที่อุณหภูมิต่ำ ช่วงเวลานี้ถือเป็นวันครบรอบ 10 ปีของการเปิดตัวการพัฒนารถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงของ BMW และครบรอบ 7 ปีของการร่วมมือกับ Toyota ในด้านเซลล์เชื้อเพลิง อย่างไรก็ตาม การพึ่งพาไฮโดรเจนของ BMW ย้อนกลับไป 40 ปี และเป็น "อุณหภูมิที่ร้อน" กว่านั้นมาก

นี่คือการพัฒนามากกว่าหนึ่งในสี่ของศตวรรษที่บริษัทใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน ในช่วงเวลาดังกล่าว บริษัทเชื่อว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจนมีความใกล้ชิดกับผู้บริโภคมากกว่าเซลล์เชื้อเพลิง ด้วยประสิทธิภาพประมาณ 60% และการรวมกันของมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพมากกว่า 90% เครื่องยนต์เซลล์เชื้อเพลิงจึงมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ทำงานด้วยไฮโดรเจน ดังที่เราจะเห็นในบรรทัดต่อไปนี้ ด้วยการฉีดโดยตรงและเทอร์โบชาร์จเจอร์ เครื่องยนต์ลดขนาดในปัจจุบันจะเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการส่งมอบไฮโดรเจน—หากมีระบบควบคุมการฉีดและการเผาไหม้ที่เหมาะสม แต่ในขณะที่เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนมักมีราคาถูกกว่าเซลล์เชื้อเพลิงที่รวมกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมาก แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ได้อยู่ในวาระการประชุมอีกต่อไป นอกจากนี้ ปัญหาของการเคลื่อนที่ของไฮโดรเจนในทั้งสองกรณีนั้นไปไกลเกินขอบเขตของระบบขับเคลื่อน

แล้วทำไมไฮโดรเจน?

ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบสำคัญในการแสวงหาของมนุษยชาติในการใช้แหล่งพลังงานทางเลือกมากขึ้นเรื่อย ๆ เช่นสะพานเพื่อกักเก็บพลังงานจากดวงอาทิตย์ลมน้ำและชีวมวลโดยการแปลงเป็นพลังงานเคมี พูดง่ายๆก็คือไม่สามารถกักเก็บกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากแหล่งธรรมชาติเหล่านี้ได้ในปริมาณมาก แต่สามารถใช้ในการผลิตไฮโดรเจนได้โดยการย่อยสลายน้ำให้เป็นออกซิเจนและไฮโดรเจน

แน่นอนว่า ไฮโดรเจนสามารถสกัดได้จากแหล่งไฮโดรคาร์บอนที่ไม่หมุนเวียนเช่นกัน แต่สิ่งนี้เป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้มานานแล้วเมื่อนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงาน เป็นความจริงที่ปฏิเสธไม่ได้ว่าปัญหาทางเทคโนโลยีของการผลิต การจัดเก็บ และการขนส่งไฮโดรเจนสามารถแก้ไขได้ ในทางปฏิบัติ แม้กระทั่งในปัจจุบัน ก๊าซจำนวนมหาศาลนี้ถูกผลิตและใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมเคมีและปิโตรเคมี อย่างไรก็ตาม ในกรณีเหล่านี้ ไฮโดรเจนที่มีต้นทุนสูงจะไม่เป็นอันตรายถึงชีวิต เนื่องจากไฮโดรเจนจะ "ละลาย" ด้วยต้นทุนที่สูงของผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง

อย่างไรก็ตาม ปัญหาของการใช้ก๊าซเบาเป็นแหล่งพลังงานและในปริมาณมากนั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อย นักวิทยาศาสตร์ส่ายหัวเป็นเวลานานในการค้นหาทางเลือกเชิงกลยุทธ์ที่เป็นไปได้แทนน้ำมันเชื้อเพลิง และการเพิ่มขึ้นของการเคลื่อนที่ด้วยไฟฟ้าและไฮโดรเจนอาจอยู่ในภาวะใกล้เคียงกัน หัวใจของทั้งหมดนี้เป็นความจริงที่เรียบง่ายแต่สำคัญมาก การสกัดและการใช้ไฮโดรเจนนั้นหมุนรอบวัฏจักรตามธรรมชาติของการรวมและย่อยสลายน้ำ … หากมนุษยชาติปรับปรุงและขยายวิธีการผลิตโดยใช้แหล่งธรรมชาติ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ ลม และน้ำ ไฮโดรเจนสามารถผลิตและใช้ในปริมาณไม่จำกัดโดยไม่ปล่อยก๊าซที่เป็นอันตราย
การผลิต

ปัจจุบันโลกมีการผลิตไฮโดรเจนบริสุทธิ์มากกว่า 70 ล้านตัน วัตถุดิบหลักในการผลิตคือก๊าซธรรมชาติซึ่งผ่านกระบวนการที่เรียกว่า "การปฏิรูป" (ครึ่งหนึ่งของทั้งหมด) ไฮโดรเจนจำนวนน้อยเกิดจากกระบวนการอื่น ๆ เช่นอิเล็กโทรลิซิสของสารประกอบคลอรีนการออกซิเดชั่นบางส่วนของน้ำมันหนักการทำให้เป็นแก๊สถ่านหินการไพโรไลซิสของถ่านหินเพื่อผลิตโค้กและการปฏิรูปน้ำมันเบนซิน ประมาณครึ่งหนึ่งของการผลิตไฮโดรเจนของโลกใช้สำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนีย (ซึ่งใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตปุ๋ย) ในการกลั่นน้ำมันและในการสังเคราะห์เมทานอล

แผนการผลิตเหล่านี้เป็นภาระต่อสิ่งแวดล้อมในระดับที่แตกต่างกันไป และน่าเสียดายที่ไม่มีทางเลือกใดที่เป็นทางเลือกที่มีความหมายสำหรับสถานะพลังงานที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน ประการแรกเพราะใช้แหล่งที่ไม่หมุนเวียน และประการที่สองเนื่องจากการผลิตปล่อยสารที่ไม่ต้องการ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ วิธีการที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการผลิตไฮโดรเจนในอนาคตยังคงเป็นการสลายตัวของน้ำด้วยความช่วยเหลือของไฟฟ้า ซึ่งรู้จักกันในโรงเรียนประถม อย่างไรก็ตาม การปิดวงจรพลังงานสะอาดในปัจจุบันทำได้โดยการใช้พลังงานจากธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแสงอาทิตย์และลมเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นต่อการย่อยสลายน้ำ ดร. โกลด์เนอร์กล่าวว่า เทคโนโลยีสมัยใหม่ "เชื่อมต่อ" กับระบบพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ รวมถึงสถานีไฮโดรเจนขนาดเล็กซึ่งผลิตขึ้นในพื้นที่ ถือเป็นก้าวใหม่ที่ยิ่งใหญ่ในทิศทางนี้
ที่เก็บสินค้า

ไฮโดรเจนสามารถเก็บไว้ได้ในปริมาณมากทั้งในขั้นตอนที่เป็นก๊าซและของเหลว แหล่งกักเก็บที่ใหญ่ที่สุดดังกล่าวซึ่งเก็บไฮโดรเจนไว้ที่ความดันค่อนข้างต่ำเรียกว่า "เครื่องวัดก๊าซ" ถังขนาดกลางและขนาดเล็กได้รับการดัดแปลงเพื่อเก็บไฮโดรเจนที่ความดัน 30 บาร์ในขณะที่ถังพิเศษที่เล็กที่สุด (อุปกรณ์ราคาแพงที่ทำจากวัสดุผสมเหล็กพิเศษหรือคาร์บอนไฟเบอร์) จะรักษาแรงดันคงที่ 400 บาร์
ไฮโดรเจนยังสามารถเก็บไว้ในเฟสของเหลวที่อุณหภูมิ -253°C ต่อหน่วยปริมาตร ซึ่งมีพลังงานมากกว่าการเก็บที่ 1,78 บาร์ถึง 700 เท่า เพื่อให้ได้ปริมาณพลังงานที่เทียบเท่าในไฮโดรเจนเหลวต่อหน่วยปริมาตร ก๊าซจะต้องถูกบีบอัดให้ถึง 1250 บาร์ เนื่องจากประสิทธิภาพพลังงานที่สูงขึ้นของไฮโดรเจนแช่เย็น BMW จึงร่วมมือกับกลุ่มบริษัททำความเย็นของเยอรมัน Linde สำหรับระบบแรกของบริษัท ซึ่งได้พัฒนาอุปกรณ์การแช่แข็งที่ทันสมัยในการทำให้เป็นของเหลวและกักเก็บไฮโดรเจน นักวิทยาศาสตร์ยังเสนอทางเลือกอื่นๆ สำหรับการเก็บไฮโดรเจน แต่ใช้ไม่ได้ในปัจจุบัน ตัวอย่างเช่น การเก็บภายใต้ความดันในแป้งโลหะชนิดพิเศษ ในรูปของเมทัลไฮไดรด์ และอื่นๆ

เครือข่ายการส่งไฮโดรเจนมีอยู่แล้วในพื้นที่ที่มีโรงงานเคมีและโรงกลั่นน้ำมันที่มีความเข้มข้นสูง โดยทั่วไปเทคนิคนี้คล้ายกับการส่งก๊าซธรรมชาติ แต่การใช้อย่างหลังเพื่อความต้องการของไฮโดรเจนนั้นไม่สามารถทำได้เสมอไป อย่างไรก็ตามแม้ในศตวรรษที่ผ่านมาบ้านหลายหลังในเมืองในยุโรปถูกจุดโดยท่อส่งก๊าซซึ่งมีไฮโดรเจนมากถึง 50% และใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในเครื่องแรกที่อยู่กับที่ ระดับของเทคโนโลยีในปัจจุบันช่วยให้การขนส่งไฮโดรเจนเหลวข้ามทวีปผ่านเรือบรรทุกน้ำมันที่มีอยู่แล้วซึ่งคล้ายกับที่ใช้สำหรับก๊าซธรรมชาติ

BMW และเครื่องยนต์สันดาปภายใน

"น้ำ. เป็นผลิตภัณฑ์เดียวของเครื่องยนต์ BMW ที่สะอาดซึ่งใช้ไฮโดรเจนเหลวแทนเชื้อเพลิงปิโตรเลียม และทำให้ทุกคนเพลิดเพลินไปกับเทคโนโลยีใหม่ๆ ด้วยมโนธรรมที่ชัดเจน”

คำเหล่านี้เป็นคำพูดจากแคมเปญโฆษณาของ บริษัท เยอรมันในช่วงต้นศตวรรษที่ 745 มันควรจะส่งเสริมเรือธงของผู้ผลิตรถยนต์บาวาเรียรุ่นไฮโดรเจนที่ค่อนข้างแปลกใหม่ XNUMX ชั่วโมง แปลกใหม่เนื่องจากตามที่ BMW การเปลี่ยนไปใช้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนทางเลือกซึ่งอุตสาหกรรมยานยนต์ให้อาหารมาตั้งแต่ต้นจะต้องมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพื้นฐานทางอุตสาหกรรมทั้งหมด ในเวลานั้นชาวบาวาเรียพบเส้นทางการพัฒนาที่มีแนวโน้มไม่ได้อยู่ในเซลล์เชื้อเพลิงที่โฆษณากันอย่างแพร่หลาย แต่เป็นการถ่ายโอนเครื่องยนต์สันดาปภายในเพื่อทำงานร่วมกับไฮโดรเจน BMW เชื่อว่าการติดตั้งเพิ่มเติมภายใต้การพิจารณาเป็นปัญหาที่แก้ไขได้และกำลังดำเนินการอย่างมีนัยสำคัญไปสู่ความท้าทายที่สำคัญในการรับรองสมรรถนะของเครื่องยนต์ที่เชื่อถือได้และขจัดแนวโน้มที่จะเกิดการเผาไหม้โดยใช้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ ความสำเร็จในทิศทางนี้เกิดจากความสามารถในด้านการควบคุมกระบวนการของเครื่องยนต์แบบอิเล็กทรอนิกส์และความสามารถในการใช้ระบบ Valvetronic และ Vanos ที่จดสิทธิบัตรของ BMW ที่จดสิทธิบัตรแล้วเพื่อการกระจายก๊าซที่ยืดหยุ่นโดยที่ไม่สามารถรับประกันการทำงานปกติของ "เครื่องยนต์ไฮโดรเจน" ได้

อย่างไรก็ตาม ขั้นตอนแรกในแนวทางนี้ย้อนกลับไปในปี 1820 เมื่อนักออกแบบ William Cecil ได้สร้างเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนซึ่งทำงานที่เรียกว่า "หลักการสุญญากาศ" ซึ่งเป็นรูปแบบที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากที่คิดค้นขึ้นในภายหลังด้วยเครื่องยนต์ภายใน การเผาไหม้ ในการพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปภายในครั้งแรกของเขาในอีก 60 ปีต่อมา ผู้บุกเบิก Otto ใช้ก๊าซสังเคราะห์ที่ได้จากถ่านหินที่กล่าวถึงแล้วและมีปริมาณไฮโดรเจนประมาณ 50% อย่างไรก็ตาม ด้วยการประดิษฐ์คาร์บูเรเตอร์ การใช้น้ำมันเบนซินจึงมีประโยชน์และปลอดภัยมากขึ้น และเชื้อเพลิงเหลวได้เข้ามาแทนที่ทางเลือกอื่นๆ ทั้งหมดที่มีอยู่จนถึงปัจจุบัน คุณสมบัติของไฮโดรเจนในฐานะเชื้อเพลิงถูกค้นพบในอีกหลายปีต่อมาโดยอุตสาหกรรมอวกาศ ซึ่งค้นพบอย่างรวดเร็วว่าไฮโดรเจนมีอัตราส่วนพลังงานต่อมวลที่ดีที่สุดเมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงใดๆ ที่มนุษย์รู้จัก

ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 1998 European Association of the Automotive Industry (ACEA) ให้คำมั่นที่จะลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สำหรับรถยนต์ที่จดทะเบียนใหม่ในสหภาพให้เหลือเฉลี่ย 2 กรัมต่อกิโลเมตรภายในปี 140 ในทางปฏิบัติหมายถึงการลดการปล่อยมลพิษลง 2008% เมื่อเทียบกับปี 25 และเทียบเท่ากับการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงโดยเฉลี่ยในฝูงบินใหม่ประมาณ 1995 ลิตร / 6,0 กม. สิ่งนี้ทำให้งานของ บริษัท รถยนต์เป็นเรื่องยากมากและผู้เชี่ยวชาญของ BMW สามารถแก้ไขได้โดยใช้เชื้อเพลิงคาร์บอนต่ำหรือโดยการกำจัดคาร์บอนออกจากองค์ประกอบเชื้อเพลิงอย่างสมบูรณ์ ตามทฤษฎีนี้ไฮโดรเจนปรากฏในทุกมุมมองของยานยนต์
บริษัท บาวาเรียกลายเป็นผู้ผลิตรถยนต์รายแรกที่เริ่มผลิตรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจนจำนวนมาก คำกล่าวอ้างในแง่ดีและมั่นใจของคณะกรรมการ BMW Burkhard Göschelสมาชิกคณะกรรมการของ BMW ที่รับผิดชอบต่อการพัฒนาใหม่ที่ว่า“ บริษัท จะขายรถยนต์ไฮโดรเจนก่อนที่ซีรีส์ 7 จะหมดอายุ” เป็นจริง ด้วย Hydrogen 7 เวอร์ชันของซีรีส์ที่เจ็ดได้รับการเปิดตัวในปี 2006 และมีเครื่องยนต์ 12 สูบ 260 แรงม้า ข้อความนี้กลายเป็นความจริง

ความตั้งใจดูเหมือนทะเยอทะยาน แต่ด้วยเหตุผลที่ดี BMW ทดลองเครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนมาตั้งแต่ปี 1978 โดยใช้ซีรีส์ 5 (E12) รุ่น 1984 ชั่วโมงของ E 745 เปิดตัวในปี พ.ศ. 23 และเมื่อวันที่ 11 พฤษภาคม พ.ศ. 2000 ได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถที่เป็นเอกลักษณ์ของทางเลือกนี้ . ฝูงบินที่น่าประทับใจ 15 แรงม้า E 750 "ประจำสัปดาห์" พร้อมเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจน 38 สูบวิ่งมาราธอน 12 กม. โดยเน้นย้ำถึงความสำเร็จของ บริษัท และคำมั่นสัญญาของเทคโนโลยีใหม่ ในปี 170 และ 000 ยานพาหนะเหล่านี้บางส่วนยังคงเข้าร่วมการสาธิตต่างๆเพื่อส่งเสริมแนวคิดเรื่องไฮโดรเจน จากนั้นการพัฒนาใหม่บนพื้นฐานของซีรี่ส์ 2001 ถัดไปโดยใช้เครื่องยนต์ V-2002 ขนาด 7 ลิตรที่ทันสมัยและสามารถทำความเร็วสูงสุดได้ 4,4 กม. / ชม. ตามด้วยการพัฒนาล่าสุดด้วยเครื่องยนต์ V-212 12 สูบ

ตามความเห็นอย่างเป็นทางการของ บริษัท สาเหตุที่ BMW เลือกใช้เทคโนโลยีนี้กับเซลล์เชื้อเพลิงนั้นมีทั้งในเชิงพาณิชย์และเชิงจิตวิทยา ประการแรกวิธีนี้จะต้องลงทุนน้อยลงอย่างมากในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพื้นฐานทางอุตสาหกรรม ประการที่สองเนื่องจากผู้คนเคยชินกับเครื่องยนต์สันดาปภายในรุ่นเก่า ๆ พวกเขาจึงชอบมันและจะแยกทางกับมันได้ยาก และประการที่สามเนื่องจากในขณะเดียวกันเทคโนโลยีนี้มีการพัฒนาเร็วกว่าเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิง

ในรถยนต์ BMW นั้น ไฮโดรเจนถูกเก็บไว้ในถังเก็บความเย็นแบบมีฉนวนหุ้ม ซึ่งคล้ายกับกระติกเก็บความร้อนไฮเทคที่พัฒนาโดยกลุ่มบริษัททำความเย็นของเยอรมันลินเด้ ที่อุณหภูมิการเก็บรักษาต่ำ เชื้อเพลิงจะอยู่ในสถานะของเหลวและเข้าสู่เครื่องยนต์เหมือนเชื้อเพลิงปกติ

นักออกแบบของ บริษัท มิวนิคใช้การฉีดเชื้อเพลิงในท่อร่วมไอดีและคุณภาพของส่วนผสมขึ้นอยู่กับโหมดการทำงานของเครื่องยนต์ ในโหมดโหลดบางส่วน เครื่องยนต์จะทำงานโดยใช้ส่วนผสมแบบไม่ติดมันซึ่งคล้ายกับดีเซล - เฉพาะปริมาณเชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าไปเท่านั้นที่เปลี่ยนไป นี่คือสิ่งที่เรียกว่า "การควบคุมคุณภาพ" ของส่วนผสม ซึ่งเครื่องยนต์ทำงานโดยมีอากาศส่วนเกิน แต่เนื่องจากโหลดต่ำ การก่อตัวของการปล่อยไนโตรเจนจึงลดลง เมื่อมีความต้องการกำลังมาก เครื่องยนต์จะเริ่มทำงานเหมือนเครื่องยนต์เบนซิน โดยย้ายไปยังส่วนผสมที่เรียกว่า "การควบคุมเชิงปริมาณ" และไปสู่ส่วนผสมปกติ (ไม่ติดมัน) การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เป็นไปได้ในแง่หนึ่งเนื่องจากความเร็วของการควบคุมกระบวนการอิเล็กทรอนิกส์ในเครื่องยนต์และในทางกลับกันด้วยการทำงานที่ยืดหยุ่นของระบบควบคุมการจ่ายก๊าซ - Vanos "คู่" ที่ทำงานร่วมกัน พร้อมระบบควบคุมไอดี Valvetronic แบบไร้คันเร่ง โปรดทราบว่าตามที่วิศวกรของ BMW ระบุว่ารูปแบบการทำงานของการพัฒนานี้เป็นเพียงขั้นตอนกลางในการพัฒนาเทคโนโลยีและในอนาคตเครื่องยนต์จะต้องเปลี่ยนไปใช้การฉีดไฮโดรเจนโดยตรงในกระบอกสูบและเทอร์โบชาร์จเจอร์ คาดว่าการประยุกต์ใช้วิธีการเหล่านี้จะนำไปสู่การปรับปรุงประสิทธิภาพไดนามิกของรถยนต์เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เบนซินที่คล้ายกัน และเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องยนต์สันดาปภายในมากกว่า 50%

ข้อเท็จจริงด้านการพัฒนาที่น่าสนใจคือ ด้วยการพัฒนาล่าสุดของเครื่องยนต์สันดาปภายใน "ไฮโดรเจน" นักออกแบบในมิวนิคจึงเข้าสู่วงการเซลล์เชื้อเพลิง พวกเขาใช้อุปกรณ์ดังกล่าวเพื่อจ่ายไฟให้กับเครือข่ายไฟฟ้าในรถยนต์ โดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่แบบเดิมโดยสิ้นเชิง ด้วยขั้นตอนนี้ ทำให้ประหยัดเชื้อเพลิงได้มากขึ้น เนื่องจากเครื่องยนต์ไฮโดรเจนไม่ต้องขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ และระบบไฟฟ้าบนรถจะกลายเป็นอิสระอย่างสมบูรณ์และเป็นอิสระจากเส้นทางขับเคลื่อน - สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้แม้ในขณะที่เครื่องยนต์ไม่ได้ทำงาน และสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและการใช้พลังงานได้อย่างเต็มที่ ข้อเท็จจริงที่ว่าสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากเท่าที่จำเป็นสำหรับจ่ายไฟให้กับปั๊มน้ำ ปั๊มน้ำมัน หม้อลมเบรก และระบบสายไฟ แล้วยังช่วยให้ประหยัดได้มากขึ้นอีกด้วย อย่างไรก็ตาม ควบคู่ไปกับนวัตกรรมเหล่านี้ ระบบฉีดเชื้อเพลิง (น้ำมันเบนซิน) แทบไม่ได้รับการเปลี่ยนแปลงการออกแบบที่มีค่าใช้จ่ายสูงเลย

เพื่อส่งเสริมเทคโนโลยีไฮโดรเจนในเดือนมิถุนายน 2002 BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel, MAN ได้สร้างโครงการหุ้นส่วน CleanEnergy ซึ่งเริ่มกิจกรรมด้วยการพัฒนาสถานีเติมน้ำมันด้วยก๊าซเหลว และไฮโดรเจนอัดแน่น ในนั้น ไฮโดรเจนบางส่วนถูกผลิตขึ้นที่ไซต์งานโดยใช้ไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์แล้วบีบอัด ในขณะที่ปริมาณของเหลวจำนวนมากมาจากสถานีผลิตพิเศษ และไอระเหยทั้งหมดจากเฟสของเหลวจะถูกถ่ายโอนไปยังถังเก็บก๊าซโดยอัตโนมัติ
BMW ได้ริเริ่มโครงการร่วมอื่น ๆ อีกมากมายรวมถึง บริษัท น้ำมันซึ่งผู้เข้าร่วมที่เข้าร่วมมากที่สุด ได้แก่ Aral, BP, Shell, Total
อย่างไรก็ตามเหตุใด BMW จึงละทิ้งโซลูชันทางเทคโนโลยีเหล่านี้และยังคงมุ่งเน้นไปที่เซลล์เชื้อเพลิงเราจะบอกคุณในบทความอื่นในชุดนี้

ไฮโดรเจนในเครื่องยนต์สันดาปภายใน

เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าเนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของไฮโดรเจน ไฮโดรเจนจึงติดไฟได้ดีกว่าน้ำมันเบนซินมาก ในทางปฏิบัติ หมายความว่าต้องใช้พลังงานเริ่มต้นน้อยกว่ามากในการเริ่มกระบวนการเผาไหม้ในไฮโดรเจน ในทางกลับกัน เครื่องยนต์ไฮโดรเจนสามารถใช้สารผสมที่ "ไม่ดี" ได้ง่าย ซึ่งเป็นสิ่งที่เครื่องยนต์เบนซินยุคใหม่บรรลุได้ด้วยเทคโนโลยีที่ซับซ้อนและมีราคาแพง

ความร้อนระหว่างอนุภาคของส่วนผสมของไฮโดรเจนกับอากาศจะกระจายน้อยลง และในขณะเดียวกัน อุณหภูมิที่จุดระเบิดได้เองจะสูงขึ้นมาก เช่นเดียวกับอัตราของกระบวนการเผาไหม้เมื่อเทียบกับน้ำมันเบนซิน ไฮโดรเจนมีความหนาแน่นต่ำและมีการแพร่กระจายสูง (ความเป็นไปได้ที่อนุภาคจะเข้าสู่ก๊าซอื่น - ในกรณีนี้คืออากาศ)

เป็นพลังงานกระตุ้นที่ต่ำซึ่งจำเป็นสำหรับการจุดระเบิดด้วยตัวเองซึ่งเป็นหนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการควบคุมการเผาไหม้ในเครื่องยนต์ไฮโดรเจนเนื่องจากส่วนผสมสามารถจุดระเบิดได้เองโดยธรรมชาติเนื่องจากสัมผัสกับพื้นที่ที่ร้อนกว่าในห้องเผาไหม้และความต้านทานตามกระบวนการที่ไม่มีการควบคุมอย่างสมบูรณ์ การหลีกเลี่ยงความเสี่ยงนี้ถือเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดอย่างหนึ่งในการออกแบบเครื่องยนต์ไฮโดรเจน แต่ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะกำจัดผลที่ตามมาจากการที่ส่วนผสมของการเผาไหม้ที่มีการกระจายตัวสูงเคลื่อนเข้าใกล้ผนังกระบอกสูบมากและสามารถแทรกซึมเข้าไปในช่องว่างที่แคบมากได้ เช่นตามวาล์วปิด ... ทั้งหมดนี้ต้องพิจารณาเมื่อออกแบบมอเตอร์เหล่านี้

อุณหภูมิอัตโนมัติที่สูงและค่าออกเทนสูง (ประมาณ 130) ทำให้อัตราส่วนกำลังอัดของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้นดังนั้นประสิทธิภาพของมัน แต่อีกครั้งมีอันตรายจากการสลายตัวของไฮโดรเจนโดยอัตโนมัติเมื่อสัมผัสกับส่วนที่ร้อนกว่า ในกระบอกสูบ ข้อดีของความสามารถในการแพร่กระจายของไฮโดรเจนที่สูงคือความเป็นไปได้ในการผสมกับอากาศได้ง่ายซึ่งในกรณีที่ถังแตกจะรับประกันการกระจายตัวของเชื้อเพลิงได้อย่างรวดเร็วและปลอดภัย

ส่วนผสมของอากาศ-ไฮโดรเจนในอุดมคติสำหรับการเผาไหม้มีอัตราส่วนประมาณ 34:1 (สำหรับน้ำมันเบนซิน อัตราส่วนนี้คือ 14,7:1) ซึ่งหมายความว่าเมื่อรวมไฮโดรเจนและน้ำมันเบนซินที่มีมวลเท่ากันในกรณีแรก จะต้องใช้อากาศมากกว่าสองเท่า ในขณะเดียวกัน ส่วนผสมของไฮโดรเจนกับอากาศก็ใช้พื้นที่มากขึ้น ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมเครื่องยนต์ไฮโดรเจนจึงมีกำลังน้อยลง ภาพประกอบดิจิทัลของอัตราส่วนและปริมาตรค่อนข้างชัดเจน - ความหนาแน่นของไฮโดรเจนที่พร้อมสำหรับการเผาไหม้น้อยกว่าความหนาแน่นของไอน้ำมันเบนซินถึง 56 เท่า ... อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าโดยทั่วไปแล้วเครื่องยนต์ไฮโดรเจนสามารถทำงานได้กับส่วนผสมของอากาศ . ไฮโดรเจนในอัตราส่วนสูงถึง 180:1 (เช่น มีส่วนผสมที่ "ไม่ดี" มาก) ซึ่งหมายความว่าเครื่องยนต์สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้คันเร่งและใช้หลักการของเครื่องยนต์ดีเซล ควรกล่าวถึงด้วยว่าไฮโดรเจนเป็นผู้นำที่ไม่มีปัญหาในการเปรียบเทียบระหว่างไฮโดรเจนและน้ำมันเบนซินในฐานะแหล่งพลังงานมวล - ไฮโดรเจนหนึ่งกิโลกรัมมีพลังงานมากกว่าน้ำมันเบนซินหนึ่งกิโลกรัมเกือบสามเท่า

เช่นเดียวกับเครื่องยนต์เบนซิน ไฮโดรเจนเหลวสามารถฉีดได้โดยตรงข้างหน้าวาล์วในท่อร่วม แต่ทางออกที่ดีที่สุดคือการฉีดโดยตรงระหว่างจังหวะการอัด ในกรณีนี้ กำลังอาจสูงกว่าเครื่องยนต์เบนซินที่เทียบเคียงได้ 25% ทั้งนี้เนื่องจากเชื้อเพลิง (ไฮโดรเจน) ไม่ไล่อากาศออกเหมือนกับเครื่องยนต์เบนซินหรือดีเซล ทำให้ห้องเผาไหม้เติมอากาศได้เพียงอย่างเดียว (มากกว่าปกติอย่างมาก) นอกจากนี้ ไม่เหมือนกับเครื่องยนต์เบนซิน ไฮโดรเจนไม่ต้องการการหมุนวนของโครงสร้าง เนื่องจากไฮโดรเจนที่ไม่มีมาตรการนี้จะกระจายไปกับอากาศได้ค่อนข้างดี เนื่องจากอัตราการเผาไหม้ที่แตกต่างกันในส่วนต่าง ๆ ของกระบอกสูบ จึงเป็นการดีกว่าที่จะติดตั้งหัวเทียนสองหัว และในเครื่องยนต์ไฮโดรเจน การใช้อิเล็กโทรดแพลทินัมไม่เหมาะสม เนื่องจากแพลทินัมจะกลายเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่นำไปสู่การเกิดออกซิเดชันของเชื้อเพลิงแม้ในอุณหภูมิต่ำ .

ตัวเลือก Mazda

Mazda บริษัทสัญชาติญี่ปุ่นกำลังอวดโฉมเครื่องยนต์ไฮโดรเจนในเวอร์ชั่นของรถสปอร์ต RX-8 ในรูปแบบของบล็อกโรตารี่ ไม่น่าแปลกใจเนื่องจากคุณสมบัติการออกแบบของเครื่องยนต์ Wankel นั้นเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง
ก๊าซจะถูกเก็บไว้ภายใต้แรงดันสูงในถังพิเศษและเชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยตรง เนื่องจากในกรณีของเครื่องยนต์โรตารีโซนที่ฉีดและการเผาไหม้จะแยกจากกันและอุณหภูมิในส่วนไอดีต่ำลงปัญหาเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการจุดระเบิดที่ไม่มีการควบคุมจึงลดลงอย่างมาก เครื่องยนต์ Wankel ยังมีพื้นที่กว้างขวางสำหรับหัวฉีดสองหัวซึ่งมีความสำคัญต่อการฉีดไฮโดรเจนในปริมาณที่เหมาะสมที่สุด

H2R

H2R เป็นซูเปอร์สปอร์ตต้นแบบที่ใช้งานได้จริงซึ่งสร้างโดยวิศวกรของ BMW และขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ 12 สูบที่ให้กำลังสูงสุด 285 แรงม้า เมื่อทำงานกับไฮโดรเจน ต้องขอบคุณพวกเขา รุ่นทดลอง เร่งความเร็วจาก 0 ถึง 100 กม. / ชม. ในหกวินาทีและถึงความเร็วสูงสุด 300 กม. / ชม. เครื่องยนต์ H2R ใช้มาตรฐานสูงสุดที่ใช้ในน้ำมันเบนซิน 760i และใช้เวลาพัฒนาเพียงสิบเดือน .

เพื่อป้องกันการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง ผู้เชี่ยวชาญชาวบาวาเรียได้พัฒนากลยุทธ์พิเศษสำหรับวงจรการไหลและการฉีดเข้าสู่ห้องเผาไหม้ โดยใช้ความเป็นไปได้จากระบบจับเวลาวาล์วแปรผันของเครื่องยนต์ ก่อนที่ส่วนผสมจะเข้าสู่กระบอกสูบ ส่วนหลังจะถูกทำให้เย็นลงด้วยอากาศ และการจุดระเบิดจะดำเนินการที่ศูนย์ตายบนเท่านั้น เนื่องจากมีอัตราการเผาไหม้สูงด้วยเชื้อเพลิงไฮโดรเจน จึงไม่จำเป็นต้องจุดระเบิดล่วงหน้า