Как ClearFlame стремится обезуглероживать дизельные двигатели
Одно дело проверить технологию в лаборатории. Другое дело доказать это в реальном мире.
Технология двигателей ClearFlame позволяет дизельным двигателям работать на топливе с низким содержанием углерода, сохраняя при этом автоматическое зажигание или дизельный цикл (Фото: ClearFlame)
Компания ClearFlame Engine Technologies сделала следующий шаг в развитии своей запатентованной технологии, позволяющей дизельным двигателям большегрузных грузовиков работать на полностью возобновляемом растительном топливе. В декабре компания приступила к первоначальным дорожным испытаниям, что стало важной вехой на пути к обезуглероживанию большегрузного транспорта.
«Эта демонстрация подтверждает работоспособность нашей технологии, позволяющей удалять грязное дизельное топливо из большегрузных автомобилей, — сказал Б. Дж. Джонсон, генеральный директор и соучредитель компании со штаб-квартирой в Женеве, штат Иллинойс.
«Если мы хотим серьезно заняться борьбой с изменением климата, нам нужно больше решений, которые сегодня могут обеспечить быструю декарбонизацию, особенно для большегрузных автомобилей, которые являются одними из самых опасных преступников».
Испытательный автомобиль
Автомобиль-демонстратор технологии двигателей ClearFlame представляет собой грузовик International LT 625 Class 8 2019 года, оснащенный дизельным двигателем Cummins X15 объемом 15 л и мощностью 500 л.с. Двигатель был модернизирован с использованием технологии ClearFlame для работы на этаноле E98.
«Этот автомобиль действительно уникален — это единственный грузовик класса 8, работающий на 100% этаноловом топливе без каких-либо присадок для улучшения воспламенения и без дизельного топлива», — сказала Джули Блюмрейтер, соучредитель и главный технический директор ClearFlame.
. «Управление этим транспортным средством сегодня на самом деле менее углеродоемко, чем сопоставимый грузовик с электрическим приводом.
«Мы восстановили двигатель с помощью технологии ClearFlame, и теперь мы можем управлять транспортным средством, чтобы получить дополнительный опыт и доказательства за пределами динамометрического стенда. Некоторым вещам можно научиться, только проводя испытания автомобилей. Прямо сейчас мы только что загнали его на эти самые ранние тесты. Но на динамометрическом стенде мы продемонстрировали, что двигатель соответствует полной линейке проушин серийного дизеля. У нас есть планы получить грузовик под нагрузкой на испытательном полигоне, а также загрузить его на динамометрическом стенде шасси, так что следите за обновлениями, пока мы проверяем эти дополнительные поля, ведущие к передаче парка.
«Мы уже знаем, что двигатель может точно соответствовать характеристике дизеля. Так что с нашей стороны нет опасений, что мы сможем тянуть груз точно так же».
Компания заявила, что широкая доступность, экономичность и низкий уровень выбросов возобновляемого этанола сделали его предпочтительным топливом для испытаний, но подчеркнула, что технология ClearFlame не зависит от топлива и может работать практически на любом топливе. По словам компании, эта гибкость позволяет выбирать топливо на основе таких факторов, как углерод с низким жизненным циклом, эксплуатационные расходы или региональная доступность.
Использование дизельных циклов
Ключом к технологии ClearFlame, в конечном счете, является управление теплом для создания автоматического воспламенения – в основном, использование дизельного цикла – с другими видами топлива, кроме традиционного дизельного топлива на нефтяной основе.
«Каждое топливо имеет свойства, определяющие задержку воспламенения», — сказал Блюмрайтер. «Как долго после того, как вы введете его, он воспламенится? Дизель очень реактивен – у него короткая задержка воспламенения. Другие виды топлива, не имеющие высокого цетанового числа, менее реактивны, и поэтому они, как правило, используются в приложениях, где у вас есть какое-то вспомогательное средство зажигания, например, искра.
Джули Блюмрайтер, ClearFlame (Фото: ClearFlame)
«Кривая задержки воспламенения для каждого вида топлива зависит от температуры. Чем горячее вы получаете, тем короче задержка воспламенения для любого топлива. Мы рассмотрели, насколько горячим нам нужно будет сделать воздух таким, чтобы, когда мы впрыскиваем этанол с тем же временем, что и впрыск дизельного топлива, он загорался бы сразу после того, как загорелся бы дизель.
«На самом деле речь идет о более горячем заряде, в который вы впрыскиваете топливо, которое сразу же загорается и образует тот же управляемый смешиванием шлейф, который дизельное топливо формирует в обычном дизельном двигателе. Оттуда вы можете использовать дизельный цикл и все его преимущества, такие как высокий крутящий момент и эффективность».
Технология ClearFlame получает тепло для подачи топлива от самого двигателя, удаляя охладитель из контура рециркуляции отработавших газов (EGR) и добавляя байпас на промежуточный охладитель для использования уже горячего воздуха от компрессора турбонагнетателя.
«Этот процесс сжатия в цилиндре, из которого дизель получает тепло, не только повышает температуру, но и увеличивает любую разницу температур», — сказал Джонсон. «Если вы начнете процесс сжатия немного горячее, это не один к одному. Если у вас на 65°C горячее внизу, то наверху не на 65°C горячее. Если вы начнете нагреваться на 65°C выше, то на самом деле вы получите температуру почти на 200°C выше.
«Горячего воздуха от турбины и горячего выхлопа много — энергия есть, просто надо лучше ею управлять».
Тепло от двигателя используется для повышения температуры всасываемого воздуха, достаточной для самовоспламенения этанола при впрыске в цилиндр непосредственно перед верхней мертвой точкой, как в дизельном топливе. Блюмрайтер сказал, что температура в цилиндрах примерно на 200°C выше, чем у обычного дизеля, а выхлопные газы примерно на 25° и 75°C выше, «поэтому он не намного горячее, чем дизель, но порадует любую систему доочистки».
Тем не менее, достаточно жарко, чтобы потребовать тепловой защиты в камере сгорания в виде термической обработки днища поршня, нижней части головки цилиндров и клапанов.
И это, наряду с этаноловыми форсунками, заменяющими дизельные форсунки, и блоком управления двигателем ClearFlame для управления всем этим, по сути, все, что нужно для замены дизельного двигателя на двигатель ClearFlame, работающий на этаноле.
Другие жидкие виды топлива также могут быть приспособлены с корректировками в соответствии с характеристиками конкретного топлива. «Глядя на другие виды топлива, мы должны смотреть на конкретное топливо, нужна ли ему какая-то аппаратная настройка, что-то вроде топливного насоса, который должен прокачивать больший или меньший объем, а затем калибровка, просто основанная на объемной энергии. плотность и цетановое число топлива», — сказал Блюмрейтер. «Для нас, базирующихся на Среднем Западе и смотрящих на США, этанол является дешевым, уже представленным на рынке и легко доступным.
«Но на других рынках это может быть другое топливо, или в будущем, когда синтез топлива и электронное топливо наберут обороты, мы будем готовы и будем ждать, чтобы использовать любое топливо, которое легко синтезировать и дешевое для клиентов.
свои руки. ClearFlame не привязан к какому-либо конкретному топливу, мы отделяем преимущества дизельного двигателя от потребности в дизельном топливе — эта свобода открывает такие возможности, как этот первый грузовик на этаноле, который может одновременно снизить совокупную стоимость владения и сократить выбросы парниковых газов».
Наряду со снижением выбросов CO2, технология двигателя ClearFlame также сокращает выбросы твердых частиц и NOx до такой степени, что можно уменьшить объем доочистки и не требуется сажевый фильтр.
Транспортные средства, отвечающие требованиям завтрашнего дня
После первоначальных испытаний компания ClearFlame намерена передать свой автомобиль для испытаний этим летом, а также планирует переоборудовать другие транспортные средства для проведения испытаний в сентябре. «У нас есть цель получить по крайней мере семь из них в руках флота в сентябре, и мы продолжаем увеличивать это количество», — сказал Блюмрайтер.
Первоначально компания нацеливалась на свою технологию как на вторичный рынок для модернизации существующего парка грузовиков.
Компания ClearFlame Engine Technologies начала дорожные испытания собственной технологии двигателей (Фото: ClearFlame)
Грузовикам класса 8, возможно, потребуется перевозить больше топлива, чтобы соответствовать запасу хода, который они в настоящее время получают с дизельным двигателем, но Блюмрайтер отметил, что «в отрасли гораздо проще и более распространено добавить больше места для хранения жидкого топлива на полуприцеп, чем хранилище для газообразного топлива. С точки зрения того, что устраивает автопарк, что понимают водители — заправка вашего грузовика жидким топливом — изменение поведения минимально.
Адаптация технологии ClearFlame к существующему двигателю грузовика аналогична капитальному ремонту шасси с потенциальным периодом окупаемости всего 15 месяцев.
«Когда мы разрабатывали это, мы убедились, что понимаем, что это период окупаемости, которого ожидают флоты», — сказал Блюмрайтер. «Мы нацелились на это как на точку входа».
Преимущества снижения выбросов углерода для производителей двигателей
ClearFlame работает с John Deere над пилотным демонстрационным проектом платформы двигателя для внедорожников, демонстрируя технологию компании в интеграции с оригинальным оборудованием. Помимо возможности использовать жидкое топливо с низким содержанием углерода, технология двигателя ClearFlame потенциально предлагает некоторые значительные преимущества для производителей двигателей, отчасти из-за того, что двигатели в этом не нуждаются.
«Топливо, которое мы используем, не образует заметных количеств сажи, поэтому его можно продавать без сажевого фильтра, что в таком случае будет означать довольно большую экономию на уровне OEM», — сказал Блюмрайтер.
«Даже если есть какой-то специальный или мелкосерийный компонент, стоимость DPF, компенсирующая любые дополнительные производственные затраты, дает большой запас даже при поломке или даже при более низкой стоимости сборки».
Еще одна возможность, которая наверняка будет привлекательна для производителей двигателей, заключается в том, что «на самом деле мы могли бы иметь меньший пакет охлаждения, несмотря на более горячую стратегию», — сказал Блюмрайтер. «Охладитель рециркуляции отработавших газов — действительно большой источник теплового потока в охлаждающую жидкость. В целом, отвод тепла в охлаждающую жидкость от нашего переоборудованного двигателя ниже, чем от базового дизеля, который мы измеряли до переоборудования».
Би Джей Джонсон, ClearFlame (Фото: ClearFlame)
«Это еще более важно для бездорожья, — сказал Джонсон, — потому что у вас нет набегающего потока воздуха, а охлаждение — еще большая проблема».
Джонсон добавил, что «сейчас прилагаются большие усилия, чтобы выяснить, как мы можем производить такие вещи, как возобновляемое дизельное топливо, синтетический бензин или возобновляемый природный газ? Как сделать топливо достаточно идентичным, чтобы оно могло работать в современных двигателях?
«Мы считаем, что намного лучше сказать, как сделать двигатель независимым, чтобы использовать преимущества топливного ландшафта в будущем? Может быть, это то, с чего мы начинаем, может быть, это что-то другое.
«Мы собираемся победить, потому что для нас это на самом деле не имеет значения».
Не «ДВС против BEV»
Хотя технология двигателя ClearFlame потенциально может увеличить срок службы двигателя внутреннего сгорания на десятилетия, основатели не рассматривают электрификацию как предложение «мы против них».
«На самом деле мы не считаем, что пытаемся конкурировать с электричеством в тех же областях применения», — сказал Блюмрайтер. «Я вижу это как спектр, варьирующийся от легко электрифицируемых до трудно электрифицируемых. Мы смотрим на такие вещи, как дальние перевозки и приложения, которые имеют действительно жесткие рабочие циклы и могут постоянно использовать жидкое топливо, чтобы иметь возможность выполнять работу.
«Я вижу, что мы приближаемся как дополнение. Мы в одной команде, вытесняем нефть с рынка, а не друг друга.
«Мы тоже не сомневаемся, во что может перерасти электрификация, но прямо сейчас пытаемся что-то сделать с выбросами.
«Климатологи смотрят на накопление углерода в воздухе как на процентную ставку. Если мы сможем уменьшить тонну в этом году, а не тонну через 30 лет, это на самом деле больше повлияет на возможный климат через 50 лет. Вот почему мы чувствуем безотлагательность начать оказывать такое влияние сейчас, потому что мы знаем, что это будет иметь такой же усугубляющий эффект в будущем».
Джонсон согласился с тем, что скорость важна с точки зрения воздействия на окружающую среду, «и это то, чем мы занимаемся.
«Сегодня нет затрат на электромобили, а стоимость наших технологий такова, что мы можем оказать влияние прямо сейчас. Делает ли это нас переходной технологией? Это еще предстоит выяснить. Возможно, в какой-то момент стоимость электромобиля станет меньше, и в этом случае да, мы были переходной технологией, которая все еще оказывала огромное влияние на протяжении десятилетий. Но если электромобили никогда не доберутся до этого или обезуглероженное жидкое топливо достигнет нулевой или даже отрицательной чистой углеродоемкости, мы останемся актуальными на неопределенный срок».
Промышленность обезуглероживания: электрические силовые агрегаты лидируют в переменах
- В новом официальном документе, опубликованном сегодня, компания АББ описывает, как электрификация силовых агрегатов промышленных транспортных средств, транспортных и морских судов может значительно повысить энергоэффективность
- На транспортировку людей, товаров и сырья в настоящее время приходится почти 30% выбросов углекислого газа во всем мире
- Электродвигатели могут достигать КПД более 95 %, в то время как дизельные двигатели достигают КПД только 45 % в оптимальном диапазоне нагрузок
Принимая во внимание настоятельную необходимость ограничения воздействия изменения климата, компания АББ помогает предприятиям ускорить процесс обезуглероживания, поставляя комплексные решения с электрическими силовыми установками для целого ряда промышленных транспортных средств, транспортных и морских судов. В то время как большинство транспортных средств и судов по-прежнему работают на дизельном топливе, решения для электрификации, включающие двигатели, инверторы, контроллеры и системы накопления энергии, быстро совершенствуются и дают немедленные преимущества.
Обладая более чем 130-летним опытом электрификации, включая поезда, автобусы и транспортные средства, используемые в суровых условиях, таких как горнодобывающая промышленность, компания АББ идеально подходит для того, чтобы помочь миру сократить использование дизельных двигателей во всех областях применения
В новом техническом документе АББ описаны многочисленные преимущества электрификации, в том числе резкое повышение энергоэффективности, сокращение выбросов CO₂, снижение совокупной стоимости владения, а также снижение уровня шума и вибрации по сравнению с дизельными системами. Полностью или частично электрические транспортные средства и суда обеспечивают значительную экономию энергии и повышение эффективности.
Например, замена дизельного двигателя в 24-тонном экскаваторе на электрическую трансмиссию ABB, которая сочетает в себе питание от аккумуляторной батареи с высокоэффективным электродвигателем и приводом, может сократить выбросы CO 9 на 48 тонн.0117 2 выбросов в год.
Кроме того, рекуперативное торможение промышленных транспортных средств может снизить расход топлива до 30%.
Эксплуатационные расходы электромобилей в среднем на 60% ниже, чем у эквивалентных автомобилей с дизельным двигателем. Это в основном связано с повышением эффективности, снижением расхода топлива и сокращением потребностей в техническом обслуживании.
«Поскольку регулирующие органы во всем мире устанавливают более строгие цели по выбросам, применение технологии электрификации промышленных транспортных средств, транспорта и судов является очевидным и необходимым шагом», — говорит Стефан Флок, президент подразделения низковольтных двигателей ABB IEC. Электрификация является важным компонентом любой стратегии Net Zero, а также представляет собой положительное экономическое обоснование для операторов с точки зрения совокупной стоимости владения».
Эдгар Келлер, президент подразделения Traction, ABB, продолжает: «Глубокий опыт ABB в области электрических силовых агрегатов распространяется на электрификацию промышленных транспортных средств, таких как самосвалы и экскаваторы, используемые в горнодобывающей промышленности и строительстве.
Электрические силовые агрегаты хорошо зарекомендовали себя и на железнодорожном транспорте; технология является зрелой и может быть легко и эффективно применена во многих других секторах, таких как строительство и погрузочно-разгрузочное оборудование».
ABB (ABBN: SIX Swiss Ex) — ведущая мировая технологическая компания, которая способствует преобразованию общества и промышленности для достижения более продуктивного и устойчивого будущего. Подключая программное обеспечение к своему портфолио электрификации, робототехники, автоматизации и управления движением, ABB расширяет границы технологий, выводя производительность на новый уровень. С историей превосходства, насчитывающей более 130 лет, успех компании АББ обеспечивается примерно 105 000 талантливых сотрудников в более чем 100 странах. www.abb.com
ABB Motion заставляет мир вращаться, экономя энергию каждый день. Мы внедряем инновации и расширяем границы технологий, чтобы обеспечить низкоуглеродное будущее для клиентов, отраслей и общества.