Японские автомобили с водородными двигателями

Водородный двигатель, «Тойота». Toyota Mirai с водородным двигателем

На сегодняшний день практически все мировые автопроизводители ведут активные разработки машин, работающих на экологически чистом виде топлива. Специалисты говорят, что уже через 15-20 лет мир полностью перейдет на такой вид транспорта. Пока лидерство в этом деле сохраняет компания «Тойота». После выпуска знаменитого «Примуса» японцы решили пойти дальше и разработать еще один экологически чистый автомобиль — Toyota Mirai с водородным двигателем. В сегодняшней статье мы рассмотрим все особенности данной новинки, а также перечислим все преимущества и недостатки использования водородных машин.

Характеристика

«Тойота Мирай» — это один из первых седанов японского производства, который компания решила выпускать в серийном масштабе. Кстати, решение назвать данную модель Mirai было вполне оправданным, ведь в переводе с японского это слово означает «Чистое будущее».

Интересный факт

Стоит отметить, что «Мирай» не самый первый в мире автомобиль с водородным двигателем. «Тойота» занимается разработкой гибридных моделей авто начиная с 1997 года. Именно тогда мировая публика увидела первый автомобиль с водородным двигателем в виде концепт-внедорожника модели FCHV. Однако запускать его в масштабное серийное производство японцы так и не решились. Чаще всего данный джип можно было встретить в госучреждениях и организациях, которые занимались тестированием данного вида транспорта. Кстати, водородный двигатель объединяет BMW и Toyota. Немцы заключили контракт с японскими инженерами и до 2020 года планируют создать новый экологически чистый седан BMW Hydrogen 7-й серии.

Плюсы водородного автомобиля

Для начала о преимуществах. Начнем с того, что двигатель на водородном топливе не выделяет никаких загрязняющих веществ, в отличие от дизеля и бензина. Стоит отметить и низкую себестоимость эксплуатации данного вида транспорта. Само топливо (водород) можно получать как в малых, так и крупных масштабах. Это позволит значительно стабилизировать ситуацию с постоянно меняющимися ценами на горючее и более рационально распределять энергетические ресурсы в мире.

Какие имеет минусы двигатель на водородном топливе?

Теперь поговорим о недостатках. Основной минус данного вида транспорта заключается в том, что водородный двигатель («Тойота FCV» в том числе) более взрывоопасен, чем классические дизельные и бензиновые аналоги. Это объясняется особым химическим составом водорода. Кстати, кроме взрывоопасности он отличается высокой летучестью. Эта характеристика значительно усложняет транспортировку и заправку автомобилей водородом. Также эксперты говорят, что обслуживание подобной установки будет более затратным, чем например ремонт дизельного ДВС (в силу малого количества работников, знающих толк в данной сфере). Ну и, конечно же, отсутствие водородных заправочных станций. В мире таких лишь единицы, потому использовать сейчас такие автомобили весьма трудно (тем более что заправить такую машину можно только при помощи специального оборудования).

Вопросы снабжения

Основная проблема водородных авто – отсутствие АЗС, на которых их можно было бы заправлять. Именно поэтому миру более актуальны электрокары, так как они заряжаются от обыкновенной розетки и даже на ходу, если на крыше есть солнечная батарея. Но производство водородных станций уже набирает темпы. Уже известно о планах строительства 20 таких АЗС в Калифорнии. Если продажи будут расти, количество заправок увеличат вдвое. Кстати, этот штат был выбран неспроста – именно в Калифорнии начнутся старты продаж водородных «Тойот». Но о продажах мы поговорим в конце статьи, а пока давайте рассмотрим экстерьер новинки.

Дизайн

Внешний облик новой «Тойоты Мирай» весьма впечатляющий. Сразу в глаза бросается массивный агрессивный «передок» с суровым широким бампером и раскосыми фарами. Решетка радиатора – это, пожалуй, самый мелкий и незначительный элемент в экстерьере.

Интерьер

Внутренняя часть автомобиля словно часть космического корабля – масса кнопок, экранов, датчиков и всякой другой всячины. Что интересно, японцы не решились тратить деньги на разработку двух вариантов компоновки интерьера – для европейского и для внутреннего рынка. Проблему с перестановкой руля они решили очень просто, разместив все важные информационные приборы посредине торпеды.

Технические характеристики

«Тойота» выпустила машину с водородным двигателем, имеющим большой запас мощности. Силовая установка, по словам производителей, будет иметь 153 лошадиные силы, чего вполне достаточно как для автомобиля такого класса. О других двигателях японцы не говорят, и, скорее всего, на рынок выйдет только одна модификация новинки со 153-сильным экологически чистым агрегатом. Водородный двигатель («Тойота Мирай» 2015 года выпуска) работает на специальных топливных ячейках. Внутри последней происходит реакция, в которой принимают участие водород и кислород. В результате химического взаимодействия вырабатывается мощная энергия, которая питает электромотор.

Динамика и затраты эксплуатации

Производитель говорит, что по динамическим характеристикам Toyota с водородным двигателем ничем не отличается от своих бензиновых аналогов. Разгон с нуля до «сотни» оценивается в 9 секунд. При этом инженеры отмечают низкую себестоимость поездок.

Как работает двигатель на водороде?

Наверняка каждый из нас задумывался о принципе действия данного агрегата. Что же, давайте рассмотрим, как работает водородный двигатель на самом деле.

Основной движущей силой данных машин является электрохимический генератор (некий топливный элемент). У японцев он называется FC Stack. Внутри электрохимического генератора происходит реакция, в результате которой происходит окисление водорода. Именно в этот период вырабатывается нужная энергия, которая потом перенаправляется в компактный аккумулятор. Последний выполняет функцию питания электродвигателя, который и приводит машину в действие. В каком виде вырабатывает отходы водородный двигатель? «Тойота Мирай» не зря называется экологически чистой машиной, так как из ее выхлопной трубы исходят вовсе не ядовитые газы, а обыкновенная вода.

Все это очень хорошо, однако есть сила, препятствующая развитию данного вида транспорта. Основная проблема заключается в том, что процессы изготовления топлива для водородных авто на данный момент недостаточно развиты и требуют больших денежных затрат. Тем более что при создании водорода задействуются такие компоненты, как уголь и метан. Они очень сильно загрязняют атмосферу, а потому смысла в использовании таких двигателей ради «сохранения окружающей среды» нет. Конечно, отходов от сгорания данного топлива нет (чистая вода), но чтобы его приготовить, нужно значительно испортить атмосферу грязными выбросами. Поэтому все больше специалистов ищут замену теперешним ДВС в солнечных батареях.

Кстати, водород не относится к какому-либо уникальному виду топлива, который может использоваться только на одном типе двигателей. Исследования показали, что этот продукт вполне реально применять и на классических моторах с внутренним сгоранием. Однако после такой реакции есть последствия. Дело в том, что водород при сгорании в ДВС выделяет лишь 1/3 от той энергии, которую он произвел бы на специализированном агрегате. Правда, инженерам удалось исправить этот недостаток. Благодаря измененной системе зажигания КПД таких двигателей не снижается, а, напротив, увеличивается почти в 1,5 раза от обычного, что делает эксплуатацию этого топлива более благоприятной и разумной с экологической и финансовой точки зрения.

Но все же неприятности были подмечены не только в области КПД. И если коэффициент полезного действия инженерам удалось увеличить методом усовершенствования системы зажигания, то с такими проблемами, как высокая температура горения в камере, прогар поршней и клапанов, они справиться не в силах. Кстати, при длительной работе водород способен вступать в реакцию с другими составляющими мотора, в том числе и со смазкой. А без нее двигатель очень быстро изнашивается. Кроме этого, водород в силу своей летучести может проникать в выпускной коллектор и там воспламеняться. Что касается роторных ДВС, они в силу простой конструкции и большого расстояния между коллекторами являются более благоприятными для использования подобного топлива в качестве основного. На этом вопрос, как работает водородный двигатель, можно считать закрытым.

О стоимости

По словам производителя, старт продаж автомобилей «Тойота Мирай» состоится весной 2015 года. Сначала новинка будет доступна только на внутреннем рынке, а уже летом она появится на европейском и американском рынках. Стартовая цена водородной «Тойоты» составляет 57,5 тысячи долларов. Кроме этого, компания предлагает приобрести данное авто в кредит с ежемесячной оплатой в 500 долларов США. Бонусом станет возможность бесплатной заправки автомобиля в течение года на АЗС Калифорнии.

Пока у японской «Тойоты» нет конкурентов среди водородных автомобилей. По крайнее мерее, так будет до 2016 года. Дело в том, что в марте 2016-го на рынок выходит новый водородный автомобиль Honda FCV. Но насколько популярным она будет, мы прогнозировать не станем, а пока дождемся старта продаж новой «Тойоты Мирай».

Заключение

Итак, мы выяснили, почему он такой особенный и как работает водородный двигатель. «Тойота» — один из первых автопроизводителей, который всерьез задумывается запустить в массовое производство свой «экологически чистый продукт». Правда, пока не будет решена проблема с заправочными станциями и более дешевым способом получения водорода, компанию вряд ли ждет большой успех в сфере продажи подобных машин.

Источник статьи: http://fb.ru/article/165610/vodorodnyiy-dvigatel-toyota-toyota-mirai-s-vodorodnyim-dvigatelem

Почему японцы верят в автомобили на водороде?

Подписывайтесь и лайки ставьте!

Японцы как всегда на своей волне.

Пока весь мир гонится за электрокарами, Япония движется в другом направлении, в сторону автомобилей на водородных топливных элементах.

Водородная ячейка использует химическую реакцию между водородом и кислородом для создания электричества. К тому же, вместо парниковых газов, они вырабатывают обычную воду.

Правительство Страны Восходящего Солнца и Toyota считают, что страна идеально подходит для эксплуатации транспортных средств на водороде. Большинство населения проживает в густонаселенных городах, где нет места для зарядки электромобилей. Водородный топливный элемент будет удобной альтернативой.

Японцы работают над демонстрацией » Водородного общества » во время Олимпийских игр 2020 года. Токио планирует выпустить 100 автобусов на водороде во время игр, в дополнение к 40 000 электромобилей на водородных элементах. В течении 6 лет они планируют увеличить количество таких авто на дорогах до 200 000.

В настоящее время в мире эксплуатируется всего 11 000 авто на водороде против 5 миллионов электромобилей.

Toyota уже представила свой Mirai — водородный автомобиль. Загвоздка в цене — почти 60 000 долларов . Наибольшую стоимость составляет топливный элемент, но в концерне утверждают, что с увеличением производства, цена упадет.

Другая сложность в инфраструктуре. Автомобили не будут продаваться, если нет места для удобной заправки. Поэтому японское правительство предоставит субсидии на строительство 100 таких заправочных станций с целью увеличения их количества до 900 к 2030 году.

В прошлом году группа из 11 японских компаний , в том числе Toyota , Nissan и Honda , запустила предприятие Japan H2 Mobility для строительства 80 станций заправки водородом к 2022 году, причем 12 уже близки к завершению. Kawasaki Heavy Industries и другие компании также объявили о проекте по извлечению водорода из бурого угля в Австралии, его сжижению и отгрузке огромных объемов в Японию, чтобы попытаться снизить затраты.

Начало положено, но предстоит еще огромная работа, пока такие необычные сейчас авто, станут обыденными.

Надеемся, их путь ниндзя будет со счастливым концом.

Подписывайтесь, ставьте лукасы и будьте здоровы!

Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/tehno_chtivo/pochemu-iaponcy-veriat-v-avtomobili-na-vodorode-5cacc00429419b00af55b0ce

Ищем доброту внутри водородомобиля Toyota Mirai

Седан Mirai ― примерно десятый тойотовский водородомобиль (конкуренты, например, из концерна Daimler их построили не меньше), но первый, покупать который должны тысячами уже в следующем году. За первый месяц продаж в Японии собрано 1500 заявок.

Дизайн седана Mirai заставляет высказываться даже отъявленных молчунов. Но в отличие от Приуса, которого уже ждут сотни тысяч реальных покупателей, для этого водородомобиля дизайн, даже несмотря на формальное начало продаж, дело не десятое ― сотое. Потому что Mirai как ракета-носитель ― служит для выведения полезного груза в космос, читай водородных технологий ― в будущее («Mirai» по-японски), где ими будут пользоваться не сотни и тысячи, а, как и Приусами, сотни тысяч. А до этого ещё ― как до Луны.

Будущее непредсказуемо, но к нему можно подготовиться ― гласит тойотовская презентация автомобилей на топливных элементах. Когда лет пять назад на одном из мотор-шоу я спрашивал инженеров разных компаний, какие из альтернативных источников энергии самые перспективные, они отвечали: этого не знает никто. Поэтому, готовясь к будущему, все развивают всё: гибриды, электромобили ― и водородные технологии. Этой весной в Женеве я повторил опрос ― с тем же результатом. Но в случае с Тойотой очевидно: долгосрочная ставка ― именно на водород. Верим, говорят, что в будущем Н ₂ станет основным источником энергии.

Если бы не сенсорная консоль с отдельным климатическим дисплеем, внутри Mirai можно было бы спутать с Приусом: «обёрнутая» передняя панель, приборы в центре, тот же руль и похожие жёсткие кресла. Привычно тяну к себе и вниз крошку-селектор ― и почти бесшумно выкатываюсь на Fuji Speedway. Вспомните, как наш главред описывал звуковое наполнение водородного Мерседеса В-класса: подвывание электромотора, журчание планетарной передачи, щелчки при переключении режимов силовой установки. Здесь под креслом, где водородный генератор, тоже что-то шипит и журчит, но в целом Mirai примерно вдвое тише негромкого Приуса.

Динамика бодрее приусиной: всё-таки 335 Н•м и 155 сил — это больше, чем у гибридных ДВС и электромотора вместе взятых. Паспортное преимущество водородомобиля ― 9,6 с до сотни против 10,6. Управлять тягой легко и просто, причём она не исчезает и после 120 км/ч. Но главное ездовое отличие ― в поворотах: Mirai заезжает в них, как Prius, гружённый до полной массы. Усилие на руле и реакции сносные, но лишние 500 кг (из общих 1850) ты ощущаешь, будто свои. Крены больше, подвеска размягчённее. Важно, что Mirai построен не из кубиков TNGA, как новый Prius, а на основе однообъёмника Prius v прежнего поколения.

Революционного в устройстве силовой установки «Будущего» нет ничего, но в сравнении с той, что в 2008 году появилась на водородном Хайлендере по имени FCHV-adv, она усовершенствована во всём. Электрохимический генератор, где водород соединяется с кислородом, выделяя электричество и водяной пар, стал вдвое компактнее и легче, настолько же выросла его удельная отдача (с 0,83 кВт/кг до 2,0). Количество водородных баллонов сократилось с четырёх до двух, их вместимость повысилась. Но главное ― топливная система седана Mirai, по уверениям Тойоты, стоит в 20 раз дешевле прежней (подробнее ― в «Технике»)!

Хотя цена без налогов в 60 тысяч долларов или евро за водородный, но, по сути, Prius ― это всё ещё перебор. Тем более, по опыту коллег, которым посчастливилось вместо двух кругов по треку поездить по дорогам Германии, реальный расход водорода почти вдвое выше паспортных 0,69 кг/100 км ― 1,3 кг на сотню. Это даже больше тех 1,08–1,18 кг/100 км, что Петровский показал за рулём старого В-класса. К слову, этой весной в Женеве, где Mirai справлял европейскую премьеру, мы обсуждали тойотовский водородный седан с «электромобильным» начальником Мерседеса Харальдом Крёгером.

«Такая же по технике машина, ― имея в виду тот самый B-класс F-Cell, говорит Крёгер, ― была у нас ещё четыре года назад. Мы с продажами повременили, Toyota ― нет. Это их заявление, мол, мы работаем над топливными элементами, и посмотрите, чего добились. Уверен, что, как и остальные, они ещё очень далеки от целевой себестоимости водородной технологии и продают Mirai в убыток, причём огромный. Однако при тираже в несколько сотен общие затраты частично компенсируются имиджевой прибылью и потому разумны. Мы такой конкуренции рады: чем больше игроков в этом направлении, тем вероятнее результат!»

Проблемы, стоящие на пути распространения водородного транспорта, с тех пор, как в начале века мы читали про Ниву Антэл, никуда не делись. Добывать водород экологичным способом (а не из природного газа или иного ископаемого топлива с выделением «парникового» CO ₂ ) по-прежнему энергозатратно, то есть дорого, а заправочной инфраструктуры, считайте, нет ― меньше тысячи заправок по всему миру. Однако надежда на их решение есть, причём, судя по энтузиазму тойотовских водородофилов, она и не надежда даже, а ― вера.

Во-первых, почему бы не использовать тот водород, что уже и так производится? По подсчётам японцев, в мире его ежегодно выделяется столько, что хватит на питание 250 миллионов седанов Mirai. А мерседесовцы прикинули, что даже если отделить только побочный, «мусорный» водород от всякого рода химических производств, его хватит на год 750 тысячам водородомобилям. Есть и совсем безумные проекты вроде австралийского CarbonNet, куда затесалась Toyota. Там, говорят, полно бурого угля, который из-за своей легковоспламеняемости нетранспортабелен. Нет транспорта ― нет продаж, а значит, его очень дёшево жечь на месте.

Особенность этой углесжигательной добычи H ₂ ― в отлавливании CO ₂ для… последующей его закачки в подземные, а точнее, подводные ёмкости! По расчётам, в год так удастся прятать от одного до пяти миллионов тонн углекислого газа, а то и больше. Водород, в свою очередь, планируется сжижать при температуре −253 ºC и переправлять в Японию на танкерах. А дальше уже привычная цепочка: грузовик, компрессор, колонка. И ― здравствуй, Mirai! В смысле будущее. В Тойоте уверяют, что, несмотря на всю эту переплетённую со складированием логистику, потребительская цена килограмма водорода в 2025 году окажется явно ниже нынешних $8 (или 9,5 евро в Германии).

Чтобы развеять «инфраструктурные» сомнения, японцы приводят в пример создание американских хайвеев, когда за тринадцать лет между штатами было проложено 66 000 км дорог. И американскую же бензоструктуру: в 1901 году в Техасе нашли нефть, через шесть лет открыли первую заправку, а в 1929-м их в Америке было уже 300 тысяч! Всё, мол, возможно ― и инфраструктура с нуля за двадцать лет тоже. С одной стороны ― мы слышим об этом годами. Когда АвтоВАЗ представил Антэл, над топливными элементами работали чуть ли не все автопроизводители мира. И где результат? Двести лизинговых седанов Honda FСX Clarity за три года?

С другой стороны ― по тойотовским презентациям пятилетней давности видно: всё идёт по плану. Собирались в двадцать раз снизить стоимость топливной установки 2008 года ― снизили. Намечали старт публичных продаж автомобиля на топливных элементах на 2015-й ― сделали. Инфраструктура отстаёт ― вместо ста станций в Японии к марту открыта только 81. Но к Олимпиаде 2020 года Токио потратит на «водородную» поддержку 360 млн евро, частично оплачивая постройку заправок (1–3 млн евро каждая), частично сами автомобили. Вдобавок треть операционных расходов каждой станции (85 тысяч евро) будут сообща компенсировать Toyota, Honda и Nissan.

На сегодня по тойотовской классификации водородомобили преодолели две стадии развития из четырёх. Впереди ― десятилетний период так называемой ранней коммерциализации, посвящённый, прежде всего, строительству заправок. Точка перегиба, когда затраты на станции и сам водород достигнут целевых, а заправочный бизнес начнёт зарабатывать, намечена на 2025 год. В цифрах ― это два миллиона водородомобилей на дорогах Японии и 1000 станций в 47 префектурах. После этого ожидается «полная коммерциализация», и кривая распространения автомобилей на топливных элементах пойдёт в гору.

Планы ― грандиозные. Но таким образом Mirai превратится из эмбриона в автомобиль в лучшем случае через десять лет, а Tesla Model S есть уже сейчас. Зачем заморачиваться с добычей, перевозкой, хранением и переработкой водорода, если можно отсечь «лишнее» ― и ездить на электромобилях? Тойтовцы парируют временем зарядки (три минуты против нескольких часов), низким запасом хода электромобилей, ценой батарей (Mirai-то обходится старой никель-металлгидридной) и опять-таки необходимостью строительства зарядных станций. Плюс, говорят, если электричество и водород получать из природного газа, то КПД полного цикла преобразований у водородомобиля выше: 36% против 24.

Я снова вспоминаю мерседесовца Крёгера, который называет себя фанатом электромобилей. Он говорит, что за последние пять лет цена батарей снизилась примерно на треть, а за следующие десять упадёт ещё на 30–40%. Развиваются в электромобильном направлении новые литий-воздушные (Li-air) и литий-серные (Li-S) аккумуляторы. Ищутся иные типы. Химия, поясняет, сильно опережает возможности производства, которому предстоит решить, как выпустить «идеальную» батарею за разумные деньги и сохранить её характеристики после сотен циклов зарядки-разрядки. Но десяти лет, уверен Харальд, для прорыва достаточно.

В общем, победы какой-то одной технологии не предвидится и через десять лет, будет борьба. А к 2050 году, по прогнозам, население Земли увеличится до 9,6 млрд человек (сейчас около 7,3 млрд), причём 70% из них будут проживать в городах. Бороться придётся за чистый воздух. К этому сроку Toyota планирует сократить выбросы всего своего модельного ряда на 90%, полностью отказавшись от автомобилей с ДВС в качестве основного источника энергии. В этом смысле Mirai ― доброе дело. Я нажимаю кнопку Н ₂ 0 слева от руля ― и сливаю свежесинтезированную пресную воду. С ней, кстати, нас тоже ждёт напряжёнка.

Источник статьи: http://www.drive.ru/test-drive/toyota/5660465a95a656be090000fb.html