Toyota fcv mirai

Технические характеристики водородной установки

Автомобиль приводится в движения за счет системы Toyota Fuel Cell System (TFCS), соединяющей в себе топливные ячейки, электрический двигатель, водородные баллоны и преобразователь энергии.

Toyota FC Stack

По сути это электрический двигатель, отличающийся способом добычи энергии. Здесь два водородных бака, топливо которых смешивается с воздухом, поступившим из огромных передних воздухозаборников в блоке Toyota FC Stack. Взаимодействие водорода и воздуха приводит к получению постоянного электрического тока и воды, которая скапливается в отдельной емкости. Воду нужно периодически сливать, один из автообзорщиков Mirai рискнул даже выпить ее.

Водород хранится в двух углепластиковых баках (60 литров и 62,4 литра) под давлением 70МПа. Основную мощность отдает передний, а в спортивном стиле езды подключается питание заднего бака и аккумулятора.

Полученная энергия распределяется по двум никель-металлгидридным (NiMH) батареям с трехмерной решетчатой структурой каналов, равномерно распределяющей энергию. Также японцы придумали способ отказала от драгоценных металлов – минимум платины в катализаторе и отсутствие золотого покрытия.

Отдача мощности

Затем энергия перерабатывается через 13-литровый преобразователь FC Boost Converter, который преобразует постоянный ток в переменный, увеличивая напряжение до 650 вольт. После этого под педалью и появляется вся мощность.

Электродвигатель Toyota Mirai выдает 154 лошадиные силы и 335 H*m крутящего момента, мощность доступна во всем диапазоне. КПП нет, все напрямую связано с мотором, рычагом в салоне вы просто выбираете режим.

В режиме Power mode седан разгоняется до 100 км/ч за 9,6 секунды, а максимальная скорость равна 178 км/ч. Запаса хода аккумуляторов хватает на 600 километров, а заправка более быстрая, чем у электрокаров. Этому способствует также систему рекуперации энергии от торможения в задний 21-киловольтный аккумулятор.

Модель имеет внешнюю систему питания, мощность 9 кВт (Power take off System). Через разъем CHAdeMO в багажнике можно подключить бытовые приборы и оснащать электрическом дом. Удобно при отключении электричества и во время путешествий.

Подвеска седана состоит из независимых стоек Макферсона спереди и полунезависимой торсионной балке сзади. Комфорт приемлемый, все-таки Тойота Мирай не премиум класса. За остановку отвечает дисковая тормозная система, вентилируемая спереди.

Список автомобилей на водородном топливе

Существует ли автомобиль на водородном топливе? Да, причём их количество не такое уж и малое. Расскажу про самые популярные модели.

Honda Clarity

Автомобиль продавали в Японии и Калифорнии до 2014 года. Запас хода около 600 км, что больше, чем у любого электрокара. Заправляется Honda Clarity за считанные минуты.

Затем автоконцерн Honda выпустил конкурента Toyota Mirai, цена которого 72 тыс. долл. под названием Clarity Fuel Cell. На полной заправке можно было проехать до 700 км. Мотор имеет мощность 174 л.с. Автомобиль 5-местный.

Toyota Mirai

Это японский автомобиль, который создали после несколько десятков лет разработок. Автомобиль сначала выпустили для японского рынка, а затем и для американского.

Запас хода автомобиля на одной заправке 502 км, максимальная скорость – 178 км/ч., мощность – 153 л.с. В авто встроена система, которая видит препятствия и автоматически включает тормоз. В машине есть сенсорные экраны, при помощи которых осуществляется управление навигацией и микроклиматом.

Ford Airstream

Это гибридный автомобиль с электрическим мотором и водородными ячейками. Поэтому кроме водорода автомобиль может применять для движения аккумуляторы, которые подзаряжаются от водородных элементов.

На аккумуляторе Ford Airstream может проехать около 40 км (это половина заряда), а затем активируется водородное топливо. Запас хода чуть более 450 км, а максимальная скорость — 135 км/ч.

Mercedes-Benz GLC F-CELL

Это первый серийный автомобиль, который сочетает в себе аккумулятор и водородные топливные ячейки. На электричестве он может проехать 50 км, а на водороде – около 430 км. Отмечу, что аккумулятор можно зарядить от обычной электрической розетки.

Автомобиль можно использовать как в качестве электрокара на небольшие расстояния, так и в качестве водородного авто для длительных поездок.

Pininfarina H2 Speed

Это итальянский автомобиль, который способен разгоняться до 100 км/ч всего за 3,4 секунд. Максимально автомобиль может разгоняться до 299 км/ч. Запасы чистого водорода в баке – чуть более 6 кг. Кроме этого Pininfarina имеет мощный аккумулятор и электромоторы. Цена этого продвинутого автомобиля составляет 2,5 млн. долл.

BMW Hydrogen 7

Авто создано на базе стандартной BMW 7. Он работает как на бензине, так и на жидком водороде. В BMW Hydrogen 7 имеется бензиновый бак на 74 литра и большой водородный баллон весом целых 8 кг. Таким образом, максимальный запас хода в этой машине 780 км.

Автомобиль автоматически переключается между двумя типами топлива. Мощность двигателя на водороде – 228 л.с., а на бензине – больше на 32 л.с. Максимальная скорость 229 км/ч, разгон до 100 км/ч осуществляется чуть меньше, чем за 10 секунд.

Hyundai Nexo

Этот автомобильный концерн также стал одним из первых производить серийные водородные автомобили. Мощность двигателя Hyundai Nexo составляет 161 л.с., запас хода – 600 км. Разгоняется авто до 100 км/ч за 10 секунд. Цена автомобиля от 70 тыс. долл.

Grove Obsidian

Это водородный китайский автомобиль нового поколения, у которого запас хода составляет впечатляющие 1000 км. Он экономно расходует топливо за счёт облегчённого корпуса из углеродного материала и невысокому аэродинамическому сопротивлению. Заправка бака происходит всего за 3 минуты, а сам топливный бак очень прочен. А если бак будет повреждён, то водород из него вытечет в жидком виде и сгорит менее чем за 2 минуты.

Серийно автомобили станут выпускать с 2020 года, а к 2030 планируется создать 1 миллион экземпляров.

Другие авто

Ограниченно выпускают:

• Audi A7 h-tron quattro;
• Hyundai Tucson FCEV;
• Mazda RX-8 Hydrogen RE;
• Автобус Ford E-450;
• Низкопольные автобусы MAN Lion City Bus.

Испытывают:

• Focus FCV;
• Honda FCX;
• Nissan X-TRAIL FCV;
• Toyota Highlander FCHV;
• Volkswagen — space up!;
• Mercedes-Benz A-Class и Mercedes-Benz Citaro;
• Irisbus;
• Toyota FCHV-BUS;
• единичные модели в Чехии, Китае и Бразилии.

Минусы

Однако, всё это планы на отдалённую перспективу, фактически же эксплуатация Mirai, даже в крупных европейских или американских городах либо невозможна, либо крайне проблематична ввиду отсутствия заправок. Этот автомобиль — прежде всего маркетинговый ход, инструмент для подготовки рыночной ниши, именно под него будет создаваться инфраструктура, которая впоследствии будет использоваться последующими поколениями модели. Это экспериментальный проект по повышению доступности водородомобилей, но не готовый товарный продукт.

Это подтверждает и сам автопроизводитель, говоря о том, что Mirai – это всего лишь первая стадия коммерциализации водородомобилей, прибыльность которых будет достигнута не ранее 2025 года.

Таким образом, Toyota Mirai — это уже не выставочный прототип, а автомобиль, который вполне пригоден для повседневной эксплуатации, но только в определённых регионах (где уже имеются специализированные заправки) и при активной государственной программе субсидирования экологически чистого транспорта. Он пока не может конкурировать по простоте обслуживания, практичности и стоимости с традиционными моделями, но максимально близко приблизился к этой цели.

Главный конкурент

Выбрать между Toyota Mirai и Honda Clarity трудно, поскольку эти модели сильно похожи по многим характеристикам. Если не считать внешнего вида, то главное отличие — это ходовой запас. Компания Хонда добавила в свою новинку возможность пробега на одном заряде до 700 км.

Clarity Fuel Cell — электрический гибрид, который питается водородом, а впоследствии выделяется ток. Седан выделяет среди конкурентов высокий уровень экологичности, интересный дизайн, мощная начинка, просторный пятиместный салон. Заправить автомобиль можно на специальной станции за 3-5 минут. Разгон с нуля до 100 км равен 8.1 с, благодаря сильной гибридной системе. Мощность электродвигателя — 130 кВт, а крутящий момент — 300 Нм. Директор Honda Parts Online Энджел Виджил уверен, что главная особенность седана Clarity Fuel Cell в запасе хода: “Каждый километр важен в той ситуации, когда еще во многих странах очень мало специальных водородных станций”.

Авто на водороде

В то время, как мы привыкли заполнять бензином или дизельным топливом свой автомобиль, новое «японское чудо» – Мирай – работает на наиболее распространенном элементе во вселенной — водороде.

Газообразный водород заправляют в бак автомобиля так же, как и бензин, а затем особый топливный элемент, производящий химическую реакцию за счет водорода и кислорода, преобразует электроэнергию, которая и является движущей силой машины. Что удивительно: единственным побочным продуктом этого процесса является вода.

Несомненно, Вы уже слышали про электромобили, которые далеко не могут уехать без подзарядки, а их максимальная скорость варьируется в пределах 70 км/ч. Однако Мирай на альтернативном виде топлива вне конкуренции.

Этот автомобиль может разогнаться до 179 км/ч, причем до 100 км/ч машина разгоняется за 9.6 секунд и, самое главное, она способна проехать без дополнительной дозаправки 482 км. Ультрасовременные баки из углеродного волокна заполняются примерно за десять минут.

При упоминании водорода в качестве топлива некоторые люди могут вспомнить о немецком дирижабле Гинденбурга, который сгорел над штатом Нью-Джерси, США в 1937 году.

Однако конструкторы Toyota Mirai заверяют, что на данном автомобиле такая ситуация сведена на «нет» благодаря пуленепробиваемым резервуарам, в которых размещены водородные топливные элементы. Поэтому у обычного бензинового бака гораздо больше шансов быть взорванным в результате ДТП.

В целом авто имеет амбиции покорить весь мир. Но компании Toyota нужно спешить, ибо в следующем году Honda, Ford и Nissan планируют выпустить на рынок автомобили с похожими технологиями.

Если бы все автомобили ездили на водороде, то воздух в наших городах был бы намного чище. К тому же всем известен факт, что нефть на планете заканчивается, а, следовательно, рано или поздно бензин будет стоить безумно дорого (хотя и сейчас это уже не дешевое удовольствие).

Получается, что если все люди пересядут на такие автомобили, то человечество может сделать шаг к избавлению от проблем, связанных с загрязнениями окружающей среды.

Резюме

Сегодня уже всем ясно, что машины с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) уходят в прошлое. А вот что их заменит, в этом есть большие вопросы.

Сегодня идёт борьба между разными концепциями силовых агрегатов:

• Гибридной;
• Электрической;
• Водородной.

Да и ДВС не торопятся сдавать свои позиции. Пока явными лидерами этой гонки являются гибридные и электрические моторы. Водородные напротив, являются явными аутсайдерами. Например, если в прошлом году было продано под 300 000 Ниссанов Лиф, то Тойоту Мирай приобрели, по всему миру, чуть больше 6000 покупателей.

Причин такой ситуации, две, прежде всего водородные автомобили на много дороже чисто электрических. Ну а второй причиной является отсутствие водородных заправок. Их, конечно, строят, но так как оборудование для заправки водородом намного сложнее и стоят они намного дороже, появляется их на много меньше.

Смогут ли водородные машины реально подвинуть на рынке электрические? В это верится с трудом. Прежде всего, по тому, что водородная машина это тот же электромобиль, только для зарядки, которого используется водород и довольно сложная система. Из-за этой системы водородные машины всегда будут дороже электрических, которые её не имеют. А решает эта система только одну проблему – скорости заправки. Как только электромобиль можно будет зарядить за 3-5 минут, так вся необходимость в водородных машинах отпадёт.

Так что думается, Тойота пошла по тупиковому пути развития, в отличие от их главного конкурента из Ниссан, который все силы направил на развитие электромобилей.

Технические характеристики Toyota Mirai FCV

Основа автомобиля — улучшенная силовая установка из Toyota FCV. Большая часть агрегатов были модернизированы и усовершенствованы, поэтому на выходе получился особый шедевр машинного производства. Благодаря уникальной гибридной системе FCA 110, все процессы и функции в экомобиле происходят за счет водородных топливных элементов. Необходимое электричество вырабатывается за счет химической реакции кислорода и водорода.

Двигатель

Машина оснащена гибридной установкой мощностью в 114 кВт, которая состоит из водородных топливных элементов FC stack и синхронного электромотора переменного тока силой в 154 л.с. Максимальный крутящий момент составляет 335 Нм. Как работает система? В 2 специальных резервуара закачивается водород под давлением 7 МПа. Канистры для сбережения топлива находятся под днищем. Емкость первого бака — 60 л, а расположен он в передней части машины. Вторая цистерна на 62,4 л находится сзади.

Обычный воздух попадает в аккумулятор топливных элементов через передние воздухозаборники FCV. В батарею также помещается и водород из резервуаров для превращения в электрический ток. В процессе не задействуется горение. Максимальный КПД перехода водорода в электричество — 83%. Газ соединяется с кислородом и образовывается вода. Жидкость выходит через дыру в дне машины.

Электричество, которое вырабатывается на топливных элементах, проходит через преобразователь в электромоторе. Затем в двигателе постоянный ток преобразуется в переменный, а напряжение возрастает до 650В. Во время торможения электродвигатель работает в качестве генератора, который перенаправляет энергию во вторичную батарею. В этом аккумуляторе хранится энергия и от рекуперации.

Динамика

Количество современных приборов увеличило снаряженную массу экомобиля до 1850 кг. Такой вес не мешает Тойоте Мирей развивать скорость с нуля до 100 км/ч за 9 с. По сравнению с электрокарами, рассматриваемая модель — более успешный механизм, поскольку на чистой электротяге одного заряда преодолевается меньшая дистанция. Водородный автомобиль способен на максимальную скорость до 175 км/ч, которая ограничивается электронными системами.

https://youtube.com/watch?v=xiqSVcoPBwA

Батарея и пробег

С двумя полными баками водорода машина преодолевает расстояние в 650 км. Полная заправка обоих баллонов осуществляется за 3 минуты. Средний уровень потребления водорода на 1.61 км равен 100 мл. Седан заряжается от домашней сети с помощью зарядки, которая идет в дополнительном пакете опций.

Аккумуляторы находятся низко, а никель-магниевая батарея расположена за спинкой заднего кресла. Средний расход топлива на трассе и по городу составляет 0,76 кг за 100 км пути. На автомобиль действует гарантия — 5 лет на 100 000 км. Увеличить запас хода можно с помощью подзарядки дополнительного аккумулятора во время торможения.

Трансмиссия и подвеска

Передняя ось седана оснащена независимой многорычажной подвеской, а задняя — полунезависимой конструкцией с торсионной балкой. В рулевое колесо вмонтирован электрический усилитель. Дисковой тормозной механизм установлен на всех колесах (на передних — с вентиляцией) с технологией рекуперации. Дорожный просвет составляет 130 мм. В базовой комплекции представлен среднеразмерный четырехместный седан с передним приводом и легкосплавными дисками R17.

Управление экомобиля не отличается от гибридных модификаций Toyota и Lexus — тихий старт, подключение рекуперативного торможения, затем в ход идут колодки. Стандартная тяга. Энергия тех же Tesla или Nissan хранится в больших батареях, а Toyota Mirai FCV содержит “питание” в двух баллонах из карбона, в которые помещается до 5 кг водорода. Для смещения центра тяжести и увеличения пространства в салоне, тяжелые детали находятся в нижней части.

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.

Цена

Сколько будет стоить этот автомобиль в России (если он вообще будет представлен на Российском рынке) не известно. Скорее всего, Тойота откажется продавать в РФ эту модель, так как в нашей стране нет инфраструктуры для заправки машины водородом. В США, к примеру, Тойота будет не только продавать новую модель, но и также будет сдавать машины в аренду. Цена за месяц составит 500 долларов. Через 36 месяцев аренды автомобиль станет вашей собственностью. Для тех же, кто не хочет брать машину в аренду придется расстаться с 59,000 долларов США.

В некоторых штатах действуют региональные государственные программы по стимулированию покупки автомобилей с альтернативными источниками топлива. К примеру, в Калифорнии водородная машина обойдется всего в 45,000 долларов. Разницу доплатит государство.

Safety and Driver-Assistance Features

Since the 2021 Mirai isn’t out yet, the National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) and the Insurance Institute for Highway Safety (IIHS) haven’t performed crash tests or listed a safety rating. For drivers who worry about the safety of driving a hydrogen-powered vehicle, the previous generation Mirai already had plenty of safety measures to prevent any Hindenburg-like accident. The fuel tank where the hydrogen is stored is constructed of super-strong carbon fiber and sensors connected to the tanks can detect collisions and will stop the flow of hydrogen in the case of an accident. We expect that the 2021 Mirai will inherit these features from its predecessor. Like most of the rest of the Toyota lineup, the Mirai will offer a standard suite of driver-assistance features. Key safety features include:

• Standard automated emergency braking with pedestrian detection
• Standard lane-departure warning with lane-keeping assist
• Standard adaptive cruise control

Что такое водородное топливо?

Водородное топливо поставляется на заправки в газообразном или жидком состоянии. Водород в этом виде уменьшается в объёме более чем в 800 раз. Примерное время одной заправки составляет не более 3-5 минут. Для сравнения – заправка бензином занимает примерно то же самое время.

На чём ездит водородный автомобиль? На водороде – экологически чистом источнике энергии.

Водород для топлива добывают следующими способами:

1. Электролиз воды. Это выделение водорода из воды с помощью электричества. Такой метод применяется в тех регионах, где стоимость электроэнергии дешёвая, в том числе и в России. Чистота выхода водорода при помощи электролиза – около 100%! Но здесь присутствует повышенное загрязнение окружающей среды. Предсказывают, что когда-нибудь будут созданы множество солнечных и ветряных электростанций, которые будут производить топливо без отрицательного воздействия на окружающую среду.
2. Паровая конверсия метана. Этот природный газ нагревают до температуры 1000 градусов по Цельсию и смешивают с катализатором. Этот метод будет работать до тех пор, пока метан не закончатся в недрах земли. Реформированный водород – самый популярный и дешёвый метод создания.
3. Газификация биомассы. Это извлечение водорода в реакторе из отходов животных и сельского хозяйства, а также сточных вод. Сейчас существуют огромные территории с биомассой, потенциал которой не оценён и тратится впустую.

В чём преимущество этого альтернативного источника энергии?

• Топливные элементы не выделяют вредных выбросов.
• Огромный потенциал и возможные прибыли.
• Моментальная заправка автомобилей (3 минуты).
• Топливные ячейки на 80% эффективнее бензина, а также дёшево стоят.

Автомобиль на водороде не оставляет так называемого «углеродного следа», который загрязняет окружающую среду. Например, Toyota Mirai за 100 км пробега выделяет 5 л воды и больше ничего, никаких выбросов в атмосферу. Но, к сожалению, на Земле слишком не существует месторождений чистого водорода, а вот нефти и газа – хоть отбавляй. Зато водорода полным-полно в атмосфере, но в виде соединений, которые надо разрушить, чтобы извлечь желанный элемент. А для этого надо затратить немалую энергию, по сравнению с той, которую мы получим при прямом расходовании водорода.

Engine, Transmission, and Performance

The Toyota Mirai is powered by what’s called a fuel-cell electric powertrain, meaning that hydrogen (which could actually come from cow manure, among other sources) is converted into electricity by the on-board fuel cell—essentially a chemical laboratory on wheels. Fuel cells create electricity by stripping electrons from hydrogen atoms; the hydrogen then bonds to oxygen to create water, while the electrons power the electric motor. The result is an electric vehicle that is fueled with hydrogen from a pump rather than electrons drawn from the nation’s electrical power grid. The electric motor powering the previous generation Mirai produces 151 horsepower and 247 lb-ft of torque, all of which is sent through a one-speed direct-drive transmission to the front wheels, resulting in a sluggish zero-to-60 time of 8.9 seconds. The Mirai is not remotely sporty, but it is comfortable to drive around town. We hope that more power and the switch to a rear-wheel-drive setup in the 2021 model bring Toyota’s promise of a newfound emphasis on performance to fruition.