Водородный двигатель 4JM

В поиске новых, более дешёвых источников энергии передвижения человеческая мысль пришла к идее использования водорода в качестве топлива для заправки колёсных средств передвижения. Несмотря на то, что идея не нова (первый водородный двигатель внутреннего сгорания создан в 1806 году французом Франсуа Де Ривасом), к промышленному использованию самого лёгкого газа в топливных элементах, двс и газотурбинных двигателях инженеры пришли только вначале нового, XXI века.

Как работает водородный двигатель

Главной причиной поиска нового источника энергии для автомобильных двигателей стала острая необходимость сокращения вредных выбросов. Современные технологии очистки отработанного топлива позволяют сократить объёмы выбросов до сотен граммов на километр пути. Но ситуация усугубляется неконтролируемым ростом числа автомашин на дорогах: разбухающий автомобильный поток нивелирует качество современных технологий удаления кислородно-углеродной смеси.

Наиболее перспективным направлением развития водородной технологии является применение топливных элементов. Они способны производить электроэнергию, располагаясь непосредственно на борту транспортного средства. В числе прочих разработкой гибридного водородного двигателя занимаются инженеры японской автомобильной корпорации Toyota Motor Corporation. В 2014 году под этой появился первый в мире серийный автомобиль на водороде – Mirai (в переводе с японского – «будущее»).

Силовая установка Toyota Mirai – гибридная, включает три составные части:

• батарея топливных элементов TFCS;
• водородные баллоны высокого давления;
• повышающий преобразователь.

Батарея способна производить 114 кВт мощности, что по DIN эквивалентно 155 л.с. Удельная мощность батареи TFCS (3,1 кВт/л) более, чем в 2 раза выше первого варианта, разработанного инженерами Toyota – FCHV-advantage.

4JM – лучший в мире водородный мотор

Следует отметить, что химическая реакция по выработке электрической энергии происходит без горения, повышая, тем самым экологичность и без того абсолютно «чистого» электромотора. Преобразование энергии в двигателе 4JM осуществляется с КПД 83 %. На двигатель установлена вторичная никель-кадмиевая батарея в виде аккумулятора мощностью 21 кВт.

4JM представляет собой синхронный электродвигатель переменного тока. При рекуперативном торможении аккумулятор сохраняет возвращаемую в сеть электроэнергию, которая вырабатывается тяговым двигателем в режиме генератора.

С помощью преобразователя полученное на элементах напряжение повышается до показателя 650 В. Это нужно для того, чтобы уменьшить геометрические параметры электромотора и число топливных элементов, компактно уместить составные части системы внутри автомобиля. Постоянный ток в переменный преобразуется с помощью инвертора. В процессе заправки закачка водорода в бак производится через фильтрационную угольную систему. При движении через воздухозаборники в батарею попадает воздух из атмосферы.

Начинается химическая реакция с водородом, результатом которой является получение электрической энергии. При нажатии на акселератор осуществляется её подача от батареи к мотору. Знатоки химии сразу определят, что единственным побочным продуктом в данной цепочке является образующаяся в результате химической реакции вода. Её отвод осуществляется через выхлопную трубу.

Расположение батареи и водородных баллонов высокого давления по центру машины вкупе с оптимальными настройками электромотора обеспечивают оптимальное управление показателями мощности. Результатом этого является восприимчивость машины к действиям водителя на любой скорости, повышение крутящего момента и обеспечение плавного разгона. В обратном порядке происходит процедура торможения.

Геометрия машины спроектирована таким образом, чтобы обеспечить максимально низкий центр тяжести, оптимальную развесовку передней и задней частей кузова и общую максимальную жёсткость конструкции.

Количество водородных ёмкостей – 2 (60 и 62,4 л, соответственно). Газ хранится в них под давлением 70 МПа. Максимальная масса водорода, закачиваемого в ёмкости в течение 3 минут, составляет 5 кг. Это позволяет на одной заправке проехать до 650 километров, развивая максимальную скорость 175 км/ч.

Всё ли так безоблачно в водородной технологии

Срок службы одной топливной ячейки, работающей на водороде, составляет до 10 лет. В работе двигателя отсутствуют характерные для двс шумы и вибрация. Моторы абсолютно чисты с экологической точки зрения. Тем не менее, критика исследований в области транспорта на водородном топливе обширна. Апологеты традиционных источников энергии для колёсных автомашин и разработчики обычных электродвигателей «задвигают» водород, указывая на ряд трудноразрешимых вопросов в области инфраструктуры и технологии.

Критики водородного транспорта указывают на отсутствие стандартов в области производства, хранения, перемещения и использования водорода. Значительный объём топливных баков для дальних поездок сокращает вместимость салона и багажника. Есть чисто технологические факторы, связанные с опасностью неправильного обращения с оборудованием для хранения и закачки водорода. Он чрезвычайно летуч: малейший зазор в конструкции баков и систем подачи водорода к месту химической реакции может привести замкнутому наполнению салона автомашины и воспламенению.

Словом, проблем, которые предстоит решить на пути к безопасному и экономичному массовому применению водорода для заправки автомобильного транспорта, достаточно. Главный вопрос в том, готовы ли владельцы автокорпораций вкладывать значительные средства в развитие новой инфраструктуры, дальнейшие теоретические исследования и практические разработки. Ведь на сегодня дозаправка автомашин в пути (то есть, без посещения специальных заправочных станций) невозможна.

Деньги – основа всего

Главным «минусом» считается сложность процесса производства столь огромного количества водорода, которое понадобится при массовом переводе машин на новое топливо. Дорого на сегодняшний день получать водород, как из природного газа, так и методом электролиза. Таким образом, стоимость пробега на машине с водородным двигателем значительно дороже, нежели на бензине или солярке.

На данный момент, заправляя 120 литров водорода в пару баков высокого давления, владельцы авто должны выложить 960 евро. Это очень дорого, в сравнении с бензином или дизельным топливом. Позволить себе приобрести такой автомобиль и постоянно передвигаться на нём, наматывая немалые «концы», может позволить не каждый средний житель развитых стран Европы, Азии или Америки. Пока Toyota Mirai представляет собой дорогой экземпляр для автомобильной коллекции, либо средство передвижения для толстосумов, не привыкших считать деньги.

Частичным решением вопроса мог бы стать гибридный двигатель, в котором вторым топливом является традиционный бензин или солярка. Для проведения такого тюнинга вручную, нужно осуществить установку пусковой батареи, БСУ, водородных и кислородных баллонов. Электротехническая часть тюнинга:

• электрохимический генератор (ЭХГ);
• электродвигатель;
• пусковая батарея.

Сырьём для получения водорода является питьевая вода, слитая в ёмкость для электролиза. Источником энергии является генератор. Газ вырабатывается в небольшом количестве, затем направляется во впускной коллектор двс. Там происходит смешивание водорода с бензином и последующее сгорание. Однако, расход энергии на получение водорода в пути, и его количество не позволяют говорить об экономичности подобных установок.

Невзирая на то, что машины с гибридными установками на водородном топливе и электромоторах ближе всего по конструкции, философии использования и технологии к обычным электромобилям, апологеты последних являются главными критиками нового источника энергии. Видимо, в будущем затраты на решение всех вопросов будут ничтожными по сравнению с доходами от продаж автомашин на водороде. Если, конечно, удастся преодолеть все препятствия.

Тойота Мирай 2020 – седан на водородном двигателе

Уже прошло 4 года с момента, когда с конвейера сошел первый серийный водородный автомобиль. В целом об успехе авантюры сказать сложно. Итоговые продажи Toyota Mirai составили всего 10 000 экземпляров. По сравнению с другими продуктами бренда это просто ничтожный показатель.

Однако японцы не спешат закрывать «неудачный» проект и решили гнуть свою линию до конца, вопреки всему, выпуская второе поколение Мирай 2020. Что приготовили парни из Тойота и на что они вообще рассчитывают посмотрим ниже.

Технические характеристики

Учитывая, что и о первом поколении мало кто слышал. Знакомство следует начать с принципа работы водородного автомобиля. Забегая вперед, немного экономики. Прошлый Мирай стоил 57 500$. Сумма довольно значительная для непонятно какой ерунды.

Но. Дальность хода на одном заправке составляла 480 км. При этом стоимость одной заправки, посчитанной энтузиастами, обходится в 5 рублей, против около 1000—1200 рублей заправкой бензина для преодоления аналогичного расстояния. Так что технология окупает сама себя. К слову, второе поколение будет стоит дороже.

Сама система работает на электроводородном двигателе. Топливо заправляется в специальный бак, где происходит реакция окисления. В результате вырабатывается довольно солидная энергия, которую генератор преобразует в механику. Все проще чем даже в ДВС.

Кстати, из-за довольно простой конструкции, в техническом плане Мирай довольно надежна в эксплуатации.

Итак, чем же отличается второе поколение Mirai от первого?

На самом деле информации не так много. Представляя концепт производители всегда излишне скромны, чтобы оправдать ожидания.

Пока что Тойота ограничились такими общими формулировками, как улучшенные настройки подвески, значительно улучшенная динамика, увеличенный топливный отсек (в первом поколении два бака вмещали 5 кг водорода) и, соответственно, увеличенная дальность хода. Точную цифру также назвали – 850 км на одном баке.

Дополнительно новинка подрасла в размерах за счет смены платформ. Первое поколение производилось на переднеприводной платформе Приуса, в этот раз седан стал полноформатным за счет тележки от заднеприводного Crown.

В остальном производитель пообещал новую более современную мультимедийку и плюшки по части комфорта, вроде электропривода регулировки сидения, вентиляции и подогрева диванов, то есть из неуверенного первопроходца, новый Toyota Mirai 2020 становится уверенным представителем бизнес-класса. В сети даже отмечают, что водородный автомобиль от Тойота скоро убьет флагмана в лице Камри.

Внешний вид

Кузов Мираи не сказать, чтобы такой же выдающийся, как его техническая часть. Перед нами классический четырехдверный седан, правда выполненный в минималистичном стиле. Более гладкий, без лишних загогулин.

Спереди целеустремленный нос, состоящий из острых ребер крышки капота, размашистой светодиодной оптики и огромной трапецеидальной решетки радиатора «в пол», слегка усиленной в нижней части хромированным элементом.

Сбоку можно отметить вполне стандартные пропорции, кажется даже частично позаимствованные у последней Камри. Колесные диски довольно большие – 21 дюйм. Корма сделана под стать переду.

Ничего лишнего – полоса светодиодных габаритов, и бампер с трапецеидальными ребрами также «в пол». Низ бампера из углепластика с нишами под стоп-огни. Стоит обратить внимание, что выхлоп здесь отсутствует напрочь.

По габаритам Мираи не мал:

• длина – 4873 мм,
• ширина – 1884 мм,
• высота – 1468 мм,
• колесная база 2918 мм.

Салон

Салон Тойота абсолютно новый, ведь габариты и класс сменились прямо скажем на корню. Задний диван стал трехместным, материалы обшивки сменили пластик на премиальную кожу и хромированные вставки. Торпеда получила новые формы.

Приборка стала виртуальной, добавился 8-дюймовый экран бортового компьютера и 12-дюймовый для развлечений. На центральном туннеле образовался массивный подлокотник и платформа для беспроводной подзарядки гаджетов. По дизайну ничего особо футуристичного. Тут явно был сделан упор на бизнес-класс.

Цена и дата начала продаж

С ценой Мирай все не так однозначно. На Родине автомобиль подпадает под госпрограмму поддержки. Производитель просит за новую версию водородного автомобиля 80 000 долларов. Но конечному покупателю, японцу разумеется, положена компенсация в размере 17 000 долларов. То есть, грубо говоря цена будет на авто 4.1 миллиона рублей.

Цена в России естественно была бы полной, наши «нефтяники» никакую компенсацию выдавать не будут. Но будет ли машина вообще представлена в нашей стране не понятно, да и заправить ее у нас попросту негде. Прошлая версия пользовалась спросом исключительно в США и Японии.

Источник Источник Источник https://motorist.expert/toyota-engines/4jm.html
Источник Источник Источник Источник Источник https://autovogdenie.ru/toyota-mirai-2020.html