2 ütemű motoromat szeretném folyékony hidrogénnel működtetni, mit alakítsak át a motoron?

Az ötlet nem rossz, feltalálták már előtted. A BMW gyártott kis sorozatban Hydrogen7 néven jókora, hidrogénüzemű belső égésű motorral szerelt autókat.

Nem azért volt ám jókora az az autó, mert nagyobb reklámfelületet jelentett. Na, jó, azért is, de volt egy másik fontos oka: a hidrogénellátó rendszer helyigénye. A folyékony hidrogén ugyanis hideg. Ha emlékeim nem csalnak, légköri nyomáson valahol 20 K (-253 °C) környékén cseppfolyósodik. Ha ilyen hőmérsékletű hidrogént töltesz az egyszerű vaslemez- vagy műanyagtankba, legfeljebb pár perc alatt elforr, te meg tolhatod hazáig a motort.

Tehát jó vastagon hőszigetelt tartály kell, ami ráadásul nagy nyomást bír el. Ez általában nagy és nehéz. Motorkerékpáron nem biztos, hogy meg lehet valósítani a kellően jó hőszigetelő képességű, nyomástartó tartályt megfelelő térfogattal.

(és ha sikerül, jó kérdés, honnan töltöd meg nagynyomású, alacsony hőmérsékletű hidrogénnel úgy, hogy ne robbanj fel közben)

Szóval ez az első, amit át kell alakítani. Ha ez megvan, akkor kicsit át kell hangolni az üzemanyag-ellátó rendszert. Karburátor nem jöhet szóba a hidrogén alacsony forráspontja miatt, csak befecskendező. A hidrogén durranógázként rettenetesen jól tud ám égni, kicsi a károsanyag-kibocsátása. Az ehhez szükséges tömegarány 1:8, vagyis 1 kg hidrogén elégetéséhez 8 kg oxigén szükséges. Mivel a levegőnek csak kb. 20%-a oxigén, ezért 1:40 körüli hidrogén-levegő keverési arány kell ahhoz, hogy tökéletes legyen az égés. Vagyis jóval szegényebb keverékkel kell járnia a motornak. A benzinmotornál ez a keverési arány 1:14,7-hez, vagyis 1 kg benzinhez 14,7 kg levegő kell, hogy minden rendben legyen. A hidrogént tehát kb. harmadakkora keverési arányban kell adagolni ugyanannyi levegőhöz (mert ugye mindig a légmennyiséghez illesztjük az adagolást, azt nehezebb növelni).

A hidrogén fűtőértéke 121 MJ/kg, szemben a benzin 44,4 MJ/kg-os értékével. Ez azt jelenti, hogy ha pontosan állítod be a keverési arányt, akkor elméletileg hidrogénnel üzemeltetve majdnem pontosan ugyanakkora teljesítményre képes a motor, mint benzinnel. A motor alkatrészeinek elméletileg bírniuk kell az igénybevételt, csakhogy a világ nem ennyire egyszerű. Ha harmadannyi hidrogént fecskendezel be, mint benzint, akkor azzal együtt kevesebb kenőolaj is jut be, amire pedig szüksége van a kétüteműnek. Vagy háromszorosára növeled a keverési arányt, vagy külön kenőanyag-befecskendezés kell. Sajnos csak ez utóbbi működőképes, mert a túl sűrű keverék rontja az égési tulajdonságokat, arról nem is beszélve, hogy a motorolaj nem biztos, hogy keveredik a hidrogénnel.

Szóval újabb átalakítás: harmadára szegényített keverék, különolajzás. Lehetőleg nem olyan, ami csak összekeveri az üzemanyagot és az olajat (mert olyan is van), ugyanis az ront a helyzeten. Olyan lenne jó, ami a kenőanyagnak legalább egy részét közvetlenül a kenendő helyekre nyomja.

De itt álljunk is meg egy pillanatra: a befecskendező is kicsit bajos. Harmadannyi üzemanyagot kell befecskendezni adott idő alatt, tehát más, kisebb átáramlási keresztmetszetű befecskendezőfej kell. Az eredeti nem lesz jó, mert nem biztos, hogy a szükséges tartományban is elég finoman szabályozható. Az a baj, hogy kis hengerűrtartalmú motornál (50-125 köbcentiméter) nem mindig lehet találni a gyárinál ennyivel kisebb keresztmetszetű fejeket. Illetve nem biztos, hogy a benzinre tervezett alkatrészek jól működnek a jóval hidegebb hidrogénban (lehet, hogy túl rideggé válnak), ráadásul hőszigetelni is kell őket, hogy a hidrogén el ne kezdjen forrni a befecskendezőben, mert akkor oda a lambda, cserében jön a robbanásveszély.

Kitérő befejezve. Szóval ott járunk, hogy elméletileg működik a motor. Csak nem biztos, hogy úgy, ahogy kellene neki. A hidrogén égésének jellemzőit nem tudom, de lehet, hogy a lángfront terjedési sebessége jóval nagyobb, mint a benziné, ekkor a motor olyan terhelést kap, mint kopogásos égés esetén, nem fog örülni. Az égési hőmérsékletről sem találtam jó adatokat. Tehát nem kizárt, hogy a forgattyús mechanizmust át kell építeni, más anyagokat kell használni. A hidrogén kompressziótűrését sem ismerem, lehet, hogy annak függvényében módosítani kell a sűrítőtér méretén is. Ezen módosítások után azonban az elméletileg azonos motorteljesítmény már nem biztos, hogy a gyakorlatban is megvalósul: a sűrítési viszony jelentősen befolyásolja az elérhető teljesítményt, a más anyagból készült, más kialakítású, adott esetben könnyebb vagy nehezebb alkatrészek pedig közvetetten ugyan, de szintén beleszólnak: módosul az adott fordulatszám mellett leadott nyomaték és a maximális fordulatszám.

Sőt, továbbmegyek: a más sebességgel terjedő lángfront miatt a vezérlést is módosítani kell, lehet, hogy más hangolású kipufogó szükséges, de ezt még az égési hőmérséklet is befolyásolja.

Nem lehetetlen a feladat, de nem motorkerékpáron kell megoldani. Túlságosan helyigényes a nagynyomású üzemanyag-tároló és -ellátó rendszer, amit a hidrogén igényel, ráadásul a sérülésre is érzékenyebb, márpedig motoron többet kap a jóból. Egy négyütemű motorral hajtott autóban több értelme lenne a dolognak, mert ott a kenéssel sincs gond (független az üzemanyag-ellátástól), hely is jut a tartálynak és még a balesetektől is jobban védi a karosszéria. Viszont még ekkor is alaposan át kell dolgozni a motort, figyelembe véve az üzemanyag és az égés azon tulajdonságait, amikkel általában csak a mérnökök szoktak foglalkozni.

Jót nevettem...

Én meg unom a reggeli buszozást, de van otthon egy álló ventilátorom, hogyan tudnék belőle helikoptert építeni? :)

A második válaszoló részletesen kivesézte a problémákat.

Annyival kiegészíteném, hogy üzemanyagcellával és egy jó villanymotorral kb azonos hatásfok és tömegviszonyok mellett a probléma csak az üzemanyag tárolására korlátozódna. A vilanymotoros megoldás olyan szempontból előnyösebb, hogy nagyobb a várható élettartam, mechanikailag kevésbé igényes (nem kell kuplung, a nem ütemszerű hajtás miatt kisebb mechanikai igénybevétel), Sokkal jobban szabályozható. Az energiatárolás (ami a villamos járművek nagy hátránya) nagyon nehézkes: Az akkumulátorok energia/tömeg viszonya sokkal rosszabb, mint a benziné. A hidrogén tárolása problémás.