Автогонки всегда были на руку обычным автомобилям. Сначала производители борются за создание лучшего гоночного автомобиля, но в конце концов спортивные достижения обживаются на серийных машинах, делая их эффективней. Поэтому, когда в 2005 году студенты Университета штата Огайо обратились в компанию Ford Motor с предложением объединить усилия по постройке рекордного автомобиля на водородных топливных элементах, автопроизводитель сразу ухватился за эту идею.

Тем более что эта же группа молодых энтузиастов на несколько месяцев раньше установила рекорд скорости (504 км/ч) для электрических автомобилей. Плод совместной работы — 999 Hydrogen Fusion — был представлен публике в июле, а уже 15 августа 2007 года эта машина пронеслась по длинному треку на соляных озерах Бонневиль в штате Юта со средней максимальной скоростью 331,68 км/ч! Таким стал первый мировой рекорд скорости для автомобилей на водородных топливных элементах. «Это была не какая-нибудь PR-акция, — поясняет лидер проекта Мэтт Зюлк, — а хороший задел для водородного будущего: все технологии рекордного автомобиля могут быть перенесены на обычные серийные машины». Журнал Popular Mechanics решил выяснить, как работает рекордный автомобиль.

1. Система охлаждения

Под капотом мы не найдем традиционного жидкостного радиатора. Вместо него для охлаждения топливных элементов установлена 400-литровая ванна, наполненная водой со льдом. Перед каждым заездом все подкапотное пространство заполняют ледяными кубиками и водой. Насосы прогоняют холодную воду через блоки топливных элементов и теплообменники типа «жидкость-жидкость». Едва не кипящую воду на выходе возвращают в охлаждающий резервуар, где ее разбрызгивают над остатками ледяных кубиков. Охлажденная вода вновь отправляется по всему циклу.

2. Топливные элементы

16 блоков топливных элементов на протонообменных мембранах (Ballard Power Systems Mk902) совместно выдают не менее 400 кВт электроэнергии. Батарея топливных элементов установлена под пассажирским салоном — для безопасности и снижения центра масс. К разным сторонам мембраны (таких мембран всего 1760) подаются водород и «гелиокс», смесь гелия и кислорода в отношении 60:40. Каждая мембрана окружена платиновым катализатором. Он запускает электрохимическую реакцию, в результате которой вырабатывается электроэнергия. Водород разлагается на аноде топливного элемента, и оторвавшиеся от молекул водорода электроны направляются по цепи к нагрузке, вращая электродвигатель. Протоны же движутся сквозь мембрану, приходят на катод и там образуют водяной пар, соединяясь с атомами кислорода и электронами.

3. Электродвигатель

Для того чтобы толкать трехтонный автомобиль даже по такой ровной поверхности, как на озерах Бонневиль, нужно много сил. Поэтому разработчики выбрали большой четырехполюсный трехфазный электродвигатель переменного тока, выдающий более 770 л.с. мощности и 680 Н*м крутящего момента. Даже при алюминиевом корпусе этот мотор весит 200 кг. Мотор сделали на заказ в Пенсильвании на фирме McQuin Electrical Power Consulting, а саму конструкцию двигателя для рекордного автомобиля разработал «король электромоторов» Найджел Маккуин — тот самый, что спроектировал силовой агрегат для рекордного электромобиля студентов Университета Огайо — OSU Buckeye Bullet. Поскольку для работы двигателя нужен переменный ток, а топливные элементы производят ток постоянный, здесь установлен инвертор, осуществляющий необходимое преобразование.

4. Трансмиссия

Можно было бы напрямую связать электродвигатель с задней осью автомобиля, но разработчики предпочли установить еще и сцепление (это специальное гоночное сцепление Tilton с дисками из углеродного волокна). Сцепление смонтировано в стандартном чашеобразном корпусе от шестискоростной механической коробки Ricardo, которую позаимствовали от 550-сильного суперкара Ford GT. Используя сцепление и только лишь вторую, третью и четвертую передачи коробки, водителю легче тронуться с места. Это же облегчает жизнь и самому двигателю.

5. Топливные баки

Три топливных бака представляют собой алюминиевые капсулы, обернутые во множество слоев углеволокна. В одном баке хранится относительно небольшое количество водорода (всего 1,8 кг), а в двух других — по 18 кг «гелиокса». Для чего выбрали смесь гелия и кислорода? Объясняется это суровыми условиями Бонневиля: местный воздух богат соляной пылью. Так что если использовать его как источник кислорода для топливных элементов, систему не уберечь от коррозии, что неизбежно приведет к снижению ее эффективности. Использование сжатого под давлением кислорода в баллонах — выход из ситуации. Это избавляет разработчиков от необходимости использовать компрессор для поставки кислорода.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№1, Январь 2008).