Автомобили BMW в России и в мире. Обзоры новинок, технологий, моделей
8. Энергетический резервуар: Бак для жидкого водорода с двойной стенкой и вакуумной изоляцией.
Бивалентная концепция привода BMW Hydrogen 7 обуславливает интеграцию двух отдельных топливных резервуаров. Чтобы обеспечить максимальный запас хода, BMW Hydrogen 7 оснащен обычным бензобаком объемом 74 литра, а также дополнительным топливным резервуаром примерно на 8 килограммов (около 170 литров) жидкого водорода (LH2). Концерн BMW Group делает ставку на жидкий водород, так как при одинаковом объеме резервуара количество энергии жидкого водорода по сравнению с газообразным, сжатым под давлением 700 бар, выше на 75 процентов. Соответственно выше и запас хода автомобиля, работающего на жидком водороде.
Новая эффективная изоляция водородного резервуара.
Бак с двойной стенкой сводит теплоотдачу до минимума.
Система управления потерями от испарения.
Резервуар для хранения LH2наряду с бивалентным двигателем модели BMW Hydrogen 7 является еще одной знаменательной новинкой. Главной проблемой при разработке данного топливного бака было то, что водород при атмосферном давлении переходит в жидкое состояние только при температуре минус 253 градуса по Цельсию, которую необходимо как можно дольше поддерживать в топливном резервуаре. В соответствии с данными требованиями был разработан топливный бак с двойной стенкой и специальной сверхмощной вакуумной изоляцией.
Сверхмощная вакуумная изоляция топливного бака.
Водородный резервуар состоит из бака с двойными стенками, внутренняя и внешняя оболочки которого изготавливаются из листовой нержавеющей стали толщиной 2 миллиметра. Между внутренней и наружной оболочками располагается сверхмощная вакуумная изоляция толщиной 30 миллиметров. Высокий вакуум не допускает передачу тепла по воздуху. Для предотвращения нежелательного попадания тепла в промежуточном слое кроме этого использованы отражающие пленки из алюминия и пленки из стекловолокна. Подвески между внутренним и наружным баками состоят из синтетического материала на углеродоволокнистой основе (CFK), который отличается очень низкой теплопроводностью.
Промежуточный слой обеспечивает примерно такой же изоляционный эффект, как 17 метров стиропора. Разработанная технология изоляции обеспечивает постоянство температуры. Наглядный пример: если подобный резервуар заполнить, например, горячим кофе, то он останется горячим в течение более 80 дней. Только после этого температура напитка снизится настолько, что он станет пригодным к употреблению. Так же эффективно резервуар сохраняет неизменный холод. Высокоэффективная изоляция позволяет хранить жидкий водород в течение длительного времени при постоянной температуре около —250 градусов Цельсия.
Система управления потерями от испарения.
Тем не менее полностью предотвратить попадание небольшого количества тепла невозможно. Это приводит к испарению части водорода. Небольшие потери от испарения имеют место только по истечении более 17 часов простоя автомобиля. В этом случае давление в топливном резервуаре повышается и часть водорода переходит в газообразное состояние. Эта часть водорода улавливается так называемой системой управления потерями от испарения. Данная система ограничивает давление в баке и обеспечивает контролируемый отбор испарившегося водорода. Если давление в системе превышает 5,1 бар, то автоматически открывается клапан для отвода испарений, благодаря чему создание избыточного давления в топливном баке исключено. Освобожденный газообразный водород разрежается в трубке Вентури и окисляется в катализаторе до водяного пара. Называемая временем простоя фаза контролируемого полного испарения жидкого водорода из наполовину заполненного бака составляет около 9 дней. Даже по прошествии этих 9 дней автомобиль может пройти на водороде почти 20 километров. При эксплуатации модели BMW Hydrogen 7 в режиме работы на водороде необходимый для работы двигателя отбор топлива приводит к снижению внутреннего давления в топливном баке. После остановки двигателя начинается 17-часовая стадия простоя, в течение которой какие-либо потери отсутствуют. По истечении 17 часов снова вступает в работу система управления потерями от испарения.
На случай повреждения сверхмощной вакуумной изоляции и вытекающей из этого повышенной теплоотдачи топливный бак кроме клапана для отвода испарений оснащается еще двумя предохранительными клапанами избыточного давления, которые при сильном возрастании давления в системе целенаправленно стравливают газообразный водород в атмосферу. При этом используются физические свойства водорода. Так как водород легче воздуха, он поднимается вверх и сразу же рассеивается. Если открывается первый клапан, то газообразный водород через расположенные в центральных стойках кузова предохранительные магистрали подводится в область крыши автомобиля. При открывании второго клапана, который задействуется при более высоком давлении, газ подводится в область днища автомобиля, где затем и стравливается.
В режиме движения регламентированное преобразование водорода из жидкой фазы в газообразную является непрерывным процессом. Кроме жидкого водорода в резервуаре для LH2постоянно присутствует подушка из газообразного водорода. Ведь топливо забирается из резервуара и подается для приготовления смеси в газообразной форме. Кроме этого газовая подушка используется для запуска двигателя, так как в целях сокращения выбросов вредных веществ в атмосферу он всегда автоматически заводится на водороде. Водород подается в двигатель за счет разницы давлений через магистрали с двойными стенками — такая конструкция позволила отказаться от использования водородного топливного насоса.
Корпус вспомогательной системы.
Водород поступает из резервуара в холодном газообразном состоянии. Перед тем как он будет готов для приготовления смеси в двигателе, его необходимо нагреть. Для этой цели газообразный водород сначала подается в теплообменник, расположенный в так называемом корпусе вспомогательной системы, который является еще одним инновационным компонентом модели BMW Hydrogen 7. Конструкция данного корпуса также предусматривает две стенки и наряду с теплообменником содержит датчики давления и температуры, а также клапанные блоки.
Теплообменник получает тепло из контура охлаждения двигателя. Если давление в баке ниже необходимого для работы двигателя значения 3 бар, то часть нагретого газообразного водорода подводится в водородный резервуар. В результате такого теплообмена часть жидкого водорода в баке испаряется и давление в системе снова возрастает до необходимого уровня.
Адаптированный бензобак.
Для использования на BMW Hydrogen 7 бензобак от модели BMW 760Li был адаптирован к имеющемуся монтажному пространству, его объем теперь составляет 74 литра. Адаптация была необходима, чтобы провести магистрали для подачи водорода из резервуара в систему впуска двигателя мимо бензинового бака и тем самым расширить контур циркуляции ОЖ для нагрева водорода. Кроме этого такая схема позволила создать необходимое пространство для дополнительного водяного насоса контура охлаждения.
Основной задачей, которая была поставлена перед инженерами в ходе разработки топливозаправочной системы BMW Hydrogen 7, было сделать процесс заправки не сложнее привычной всем схемы долива бензина. В конце концов, вывод на мировой рынок первого водородного автомобиля класса «Люкс» для повседневной эксплуатации должен не только способствовать снижению выбросов CO2в атмосферу. При этом автомобиль должен открыть новую эру в автомобилестроении и послужить сигналом для других автопроизводителей.
Модель BMW Hydrogen 7 отлично сочетает динамику, роскошь и высокий комфорт с революционной технологией привода. Характер первого в мире работающего на водороде седана класса «Люкс» выражается в спортивно-элегантном дизайне кузова и ориентированной на высокую динамику ходовой части. Визуально BMW Hydrogen 7 несомненно является представителем модельного ряда BMW 7-й серии. Его дизайн соответствует дизайну кузова BMW 760Li, самому большому седану модельного ряда BMW 7-й серии. Габаритные размеры и база обеих моделей полностью идентичны.
В ходе проведенных концерном BMW Group исследований в области альтернативных источников энергии был сделан вывод, что водород является наиболее подходящим видом топлива для автомобилей будущего, работающих без выброса вредных веществ в атмосферу. Естественно, водород обладает отличными от бензинового или дизельного топлива характеристиками. Поэтому с данным видом топлива необходимо обращаться по-другому. Новый вид энергии требует новых мер безопасности. При разработке модели BMW Hydrogen 7 в качестве условия для повседневной эксплуатации автомобиля высокий приоритет отдавался интегрированной концепции безопасности.
Производство автомобиля BMW Hydrogen 7 подтверждает исключительные достижения компании BMW Group в разработке водородных двигателей. В отличие от предыдущих прототипов и демонстрационных автомобилей, BMW Hydrogen 7 — не результат исследовательского проекта, этот автомобиль прошел стандартный процесс разработки для серийного производства, как и все модели BMW. Поэтому он может производиться серийно. Автомобиль производится на заводе BMW в Дингольфинге параллельно с моделями BMW 7-ой, 6-й и 5-й серий. Двигатель, как и все двенадцатицилиндровые силовые агрегаты BMW выпускается на заводе по производству двигателей в Мюнхене.
Водители нового BMW Hydrogen 7 участвуют в новаторской работе и непосредственно ощущают переход в новую эру мобильности. Кроме того, каждый пользователь собственным опытом помогает дальнейшим разработкам в сфере водородных двигателей. Для этого все пользователи BMW Hydrogen 7 поддерживают тесный контакт с инженерами BMW Group, участвующими в разработке автомобиля и водородной технологии. Такое сотрудничество позволяет специалистам BMW Group постоянно получать отзывы об опыте повседневной эксплуатации первого в мире серийного седана класса люкс с водородным приводом.
Выводя на рынок автомобиль BMW Hydrogen 7, концерн BMW Group дает сильный толчок развитию водородных заправочных станций. Всеобъемлющая сеть водородных заправок на сегодняшний день еще иллюзия, однако сейчас уже имеются необходимые ноу-хау в сфере техники и логистики. А для автомобилистов процесс заправки на практике вообще выглядит просто, так как заправка автомобиля водородом ничуть не сложнее заправки бензином или дизельным топливом. Решающим аргументом в пользу применения водорода является сокращение выбросов CO2и независимость от ископаемых источников энергии, которые будут доступны отнюдь не всегда.
Использование водорода в качестве альтернативного топлива в Германии было испытано на практике в рамках всеобщей инициативы. Концерн BMW Group совместно с компаниями Aral, Berliner Verkehrsbetrieben (BVG), DaimlerChrysler, Ford, General Motors/Opel, Volkswagen, Hydro, Linde, Total и Vattenfall Europe входит в объединение Clean Energy Partnership Berlin (CEP). Основанное в 2002 году объединение CEP запустило один из важнейших демонстрационных проектов в Европе и один из самых крупных в мире. Цель данной инициативы — сделать водород технологически доступным в качестве энергоносителя и испытать на практике возможности его повседневного использования и создания единой системы. Завершение реализации проекта CEP запланировано на конец 2007 года, а его бюджет составляет 33 миллиона евро. Одновременно CEP является составной частью национальной стратегии устойчивого развития и поддерживается правительством Германии.
Водород является невероятно перспективным энергоносителем, так как он доступен в практически неограниченном количестве. Водород (химический знак H) древнейший, наиболее распространенный и самый легкий элемент во вселенной. Являясь компонентом воды и всех органических соединений, водород абсолютно безвреден для окружающей среды. Водород можно хранить в жидком (при глубоком охлаждении) или газообразном состоянии, а транспортировать его относительно просто. Как газ водород не ядовит, не имеет цвета и запаха. В жидком состоянии водород содержит в три раза большее количество энергии, чем в таком же по массе количестве бензина. Применение ископаемых источников энергии приводит к выбросу в атмосферу двуокиси углерода, а при сгорании водорода образуется практически только водяной пар. Производимый с помощью восстанавливаемых источников водород является единственным альтернативным видом топлива, который можно использовать в течение неограниченно длительного времени.
Концерн BMW Group имеет многолетний опыт в исследовании водорода в качестве альтернативного источника энергии. Разработка двигателей и автомобилей, работающих на жидком водороде, началась еще в 80-х годах. На первых прототипах, которые могли работать как на водороде, так и на бензине, водородный бак с мощной изоляцией занимал все пространство багажника автомобиля.
9. Заправка: Процесс заправки, пригодный к стандартизации для использования по всему миру.
10. Кузов и ходовая часть: BMW 760Li как база, продуманное использование легких сплавов, оптимизация силовой структуры кузова, специальные настройки ходовой части.
11. Концепция безопасности: Разработка стандартов безопасности, испытания, независимая сертификация.
12. Производство: Интеграция нового BMW Hydrogen 7 в серийное производство на заводе BMW в Дингольфинге.
13. Сотрудничество: Первый в мире работающий на водороде седан класса люкс для повседневной эксплуатации, интенсивный диалог между пользователем и BMW.
14. Импульс: BMW Hydrogen 7 — это стимул для расширения инфраструктуры водородных заправочных станций.
15. Clean Energy Partnership: составная часть национальной стратегии устойчивого развития, доказательство пригодности водородных технологий к повседневной эксплуатации.
16. Энергоноситель: Водород в качестве неограниченно доступной альтернативы ископаемым видам топлива, перспектива производства.
17. Проект BMW CleanEnergy: работы над водородной технологией начались в 80-е годы. За основу взят двигатель внутреннего сгорания. Топливный элемент в качестве дополнительной технологии.