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氢气与氧气发生化学反应能够生成水,而水分解后又可以形成氢气和氧气,这一简单的物质循环过程蕴含着巨大的能量转换,又不会对环境产生严重的污染。所以在能源危机和环境污染日趋严重的情况下,氢气在汽车行业的应用受到了各大厂商和研究机构的高度重视。
在目前主流的氢气应用技术中,能量转换的形式主要有两种:一种是燃料电池,还有一种就是将氢气作为燃料应用于普通的发动机上。前者的缺点是造价昂贵,且电池组的体积庞大,不适合安装在普通轿车上。而后者不需要对发动机的结构做大范围的调整,只要增加一套氢气的供给装置即可,所以成为了目前最现实的技术方式。
既然有这么多的优势,为什么不能把氢,气在汽车行业大范围的推广呢?首要的制约因素就是成本。目前氢气主要来源干化工厂和利用电解水来产生,按照不同的制氢方法,相同热值氢气的价格大概是汽油价格的5一8倍,也就是说要想达到相同的行驶里程,你需要付出相当于汽油5一8倍的金钱才行。虽然节能和环保是大家共同的愿望,但在市场经济条件下,没有价格上的优势无异于画饼充饥。
另外一点是发动机技术方面的问题。因为只有在纯氢气和纯氧气发生反应时,才能够生成无污染的水,而普通发动机吸入的都是氧气和氮气的混合物—空气,在氢气燃烧形成的高温高压条件下,空气中的氧气和氮气会发生反应生成氮氧化物,高浓度的氮氧化物在尾气中难于处理,而它又正是形成酸雨的主要因素。
看来氢气既有明显的优点又有突出的缺点,那么在现有的情况下,如何才能扬长避切合实际地在氢气推广方面取得突破呢?北京工业大学汽车工程系、北京益麦斯科技有限公司和北京飞驰绿能电源技术有限公司联合开发的汽油、氢气混合燃料汽车开辟了一个崭新的思路。虽然整个系统并没有采用什么开创性的技术,但是利用氢气启动,然后转换为汽油的设计思路巧妙地利用了氢气的优点,克服了传统发动机在启动和暖机时排放差的弱点,虽然还不能大幅度降低能源消耗,但却可以显著降低发动机的尾气排放,从而轻松达到欧洲4号排放标准。
试验车是一辆1.8升的伊兰特轿车,设计者在原车的供油系统之外,安装了一套压缩氢气供应系统。该套系统除了一个储气罐、两极减压装置和四个喷嘴之外,还有一个控制多点喷射的车载电脑。这个电脑不仅负责启动时的氢气供应,还能够控制氢气与汽油的平稳转换。
大家知道,发动机启动以及暖机的过程是排放最恶劣的工况,这主要是因为在启动时需要喷射大量的燃油,这些燃油不能充分燃烧便形成了大量的一氧化碳和碳氢化合物。而且在刚刚启动时,燃烧室内壁的温度低,容易造成失火,从而进一步增加了这两种污染物的排放。在我国汽车污染物排放法规规定的15工况实验中,启动后120秒内的污染物排放,就能够达到总排放量的70%一90%,可见控制起动以及暖机环节是降低排放的重点。而采用氢气启动以后,则可以一举将这70%一90%的污染物消灭殆尽。虽然前面曾说过氢气与空气燃烧容易产生氮氧化物,但在启动时的低温环境下,正好避免了这种物质的产生。所以说如此的设计正可谓优势互补,利用较小的氢气消耗便实现了专劫和.排前的异薯降低。
试验车上储气罐的容积是70升,压力为20兆帕,相当干200个大气压力。正常情况下,如果用氢气启动并燃烧2一3分钟后转换为汽油,一罐气可以启动200次左右,按照每天启动6次计算,这一罐气可以使用40天。虽然会增加几百元的使用成本,但却为改善大环境做出了贡献。
目前设计者正在研究氢气与汽油的混合燃烧技术,希望利用氢气点火能量低、扩散和燃烧速度快的特点改善汽油的燃烧状况,从而降低燃油消耗。如果说利用氢气启动是点睛之笔,那么混合燃烧技术就是一项需要精心描绘的工笔画,希望设计者早日完工,展现给我们一幅美丽的蓝图。