19.2. Необходимые изменения в двигателях внутреннего сгорания для сжигания в них водорода

Водород имеет наименьшую из известных газов плотность, поэтому он легко проникает даже в очень малые зазоры. В двигателе внутреннего сгорания водород через клапаны поступает во впускной и выпускной трубопроводы и является причиной возникновения в них взрывов. Чтобы избежать этого, необходимо уделить должное внимание подаче водорода и смешению его с воздухом. Некоторые системы питания предполагают подачу водорода во всасываемый воздух только при открывании впускного клапана. Один из таких способов изображен на рис. 131 [17], где фаска впускного клапана при его посадке на седло прекращает и подачу водорода.

Рис. 131. Подача водорода в двигатель через седло впускного клапана

Недостатком газообразного водорода является то, что, занимая большой объем, он уменьшает общее количество горючей смеси в конце такта впуска в сравнении с использованием жидкого топлива (бензина) в каплеобразном состоянии. Поскольку мощность двигателя зависит от количества поступившей в цилиндры рабочей смеси, удельная мощность, снимаемая с единицы рабочего объема у двигателя, работающего на водороде, на 25 % меньше, чем при работе на бензине.

Этот недостаток можно устранить подачей водорода в цилиндр после закрытия впускного клапана и заполнения цилиндра свежим воздухом. В этом случае водород впрыскивают (точнее, вдувают) аналогично впрыску топлива в дизеле. Этот способ находится в стадии разработки; экспериментальная форсунка, у которой клапан подачи газообразного водорода в цилиндр управляется гидравлически (рис. 132). При таком способе питания достигается такая же литровая мощность, как и у бензинового двигателя. При этом давление впрыска газообразного водорода, естественно, должно быть больше, чем давление воздуха в цилиндре в момент подачи топлива.

Рис. 132. Форсунка для подачи газообразного водорода в цилиндр с гидравлическим управлением клапана

Применение водорода позволяет достичь хорошего индикаторного КПД. На рис. 133 показаны полученные значения индикаторного КПД при работе двигателя на водороде и бензине при различных составах смеси (цифры на кривых). Наилучшие результаты были получены при работе на водороде в условиях малых нагрузок, т. е. при низких значениях среднего эффективного давления. Таким образом, при работе на водороде топливо расходуется наиболее экономно при движении по городу, что весьма желательно.

Рис. 133. Зависимость индикаторного КПД ηi двигателя от нагрузки и состава смеси для водорода (Н₂) и бензина (Б)

Из вредных примесей в отработавших газах присутствуют только окислы азота NO_x, однако их содержание может быть снижено рециркуляцией отработавших газов. Следует отметить также простоту подачи воды для этой же цели в водородный двигатель. В бензиновом двигателе подача воды затруднена, так как для этого требуются отдельные бак и система питания водой, что усложняет обслуживание автомобиля и, кроме того, способствует возникновению коррозии двигателя. При работе двигателя на водороде отработавшие газы охлаждаются, так что водяные пары конденсируются и образующаяся вода может быть подана в двигатель.