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Jul 24, 2023

ディーゼル

È necessario un delicato equilibrio quando si utilizza il carburante diesel per rimuovere gli NOx

カリフォルニア大気資源委員会の厳しい2027年の窒素酸化物（NOx）基準を満たすためにディーゼル燃料を使用してNOx排出を処理する場合には、微妙なバランスが必要だが、十分なテストを経て、イートンとテネコは共同生産した統合排気装置で成功したと報告している。熱管理システム。

2021年3月の提携に続き、両社は二酸化炭素を増やすことなく、CARBの2027年のNOx要件である0.02g/bhp-hrを満たすために、ディーゼル燃料の排気バーナーを使用してNOxを熱的に下げる方法を詳しく検討し始めた。

彼らは、排気バーナーシステム、シリンダー不活性化、ライトオフ選択的排気触媒還元を備えた 2020 カミンズ X15 エンジンで成功を収めました。 サウスウェスト研究所での低負荷サイクル (LLC) テスト中、NOx は 0.02 g/bhp-hr まで低下しましたが、CO2 は中性のままでした。 (CARB の 2027 年の LLC 要件は 0.05 g/bhp-hr、または現在の基準から 90% 低下です)。

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CARB が 2027 年に 0.02 g/bhp-hr に設定した連邦試験手順 (FTP) の高耐久過渡サイクル中に、NOx はさらに 0.01 g/bhp-hr まで低下しました。 ただし、CO2 は 0.9% 増加しました。

「たとえ規制されていないとしても、CO2が重要であるという事実を無視することはできません」と、イートン社のシニアチーフエンジニアであるジム・マッカーシー氏は、テネコと共催した排気バーナーに関するウェビナーの後、CCJに語った。 マッカーシー氏は、「あと数日テストすれば」CO2は少なくとも中性まで低下すると「完全に自信を持っている」と付け加えた。

Eaton と Tenneco は、1.5 リッター以下の小型エンジン用に Eaton の TVS V180 ブロワーからの排気熱管理システム用の空気源を開発しました。 Eaton の Web サイトではコールド スタート サーマル ユニット エア ソースと呼ばれるこのブロワーは、「最適な後処理温度を維持するために効率的かつ正確に制御」できる電気モーター (12 または 24 ボルト) と組み合わされています。

ブロワーは Tenneco が提供するバーナーに空気を供給し、バーナーは点火装置にも供給します。 排気バーナーはディーゼル微粒子フィルター (DPF) の直前に取り付けられます。

「DPF の前にあるバーナーの組み合わせは、強く当てて下流に均一な熱流を与えることができる優れた構成です」とマッカーシー氏は言いました。

Eaton と Tenneco が開発したディーゼル燃料の排気バーナーの定格は約 50kW ですが、Eaton が開発したコントローラーは 48 ボルトの電気ヒーターで 10kW になります。 Tenneco のシニアエンジニアリングマネージャーであるトム・ハリス氏は、「結局のところ、電気ヒーターは、[ディーゼル] バーナーに比べて、排気システムに熱を供給する効率がかなり劣ります」と述べています。 「もっと先のパワートレインがフルハイブリッドになり、電気ヒーター用のエネルギーを回収できるようになるなら、それが唯一の解決策だ。」イートン/テネコ

マッカーシー氏は、テネコのシニアエンジニアリングマネージャーであるトム・ハリス氏と協力して、排気バーナーを加熱するための 2 層アプローチを開発しました。 コールドスタートでは、バーナーは華氏 572 度 (摂氏 300 度) まで急速に加熱し、コールド後処理システム内に蔓延する高い NOx レベルを調理します。 エンジンが通常の動作温度に達すると、バーナーはオン/オフのアプローチをとり、その後の SCR 温度を 356 ～ 392 華氏 (摂氏 180 ～ 200 度) に維持します。

「この 2 段階のしきい値を使用した主なアプローチは、基本的に、排気管の NOx、CO2、またはバーナーで消費される燃料の間のトレードオフを管理する、単なるオン/オフ スイッチです」とハリス氏は述べています。

バーナーの温度管理、特により高いレベルでの温度管理が、システムの成功の鍵となります。

「温度は両刃の剣です。NOx を削減するには温度を上げたいと考えますが、あまりにも早く温度を上げすぎ、温度を維持しすぎると、還元剤であるアンモニアの貯蔵量が失われる可能性があります。あなたのSCRです」とマッカーシー氏は説明した。

「ですから、実際の戦略は、すぐに力を入れて温度まで上げてからバーナーを止めることです。すべてを安定させてから、アンモニアがSCR上に留まる管理可能な「高温状態を維持する体制」に落ち着くと、大幅なNOx削減効果が得られています」とマッカーシー氏は続けた。

「エンジンはいわゆる熱管理モードと燃費モードで動作するが、熱管理モードは重要ではない」とマッカーシー氏は語った。 「大量の燃料が投入される。バーナーによって後処理システムが非常に迅速に高温になり、熱管理モードから燃費モードに移行する。そして最終的な差が中立状態に到達する」 （燃料使用の観点から）」

ハリス氏は、SCRを加熱する場合は、ディーゼル燃料の排気バーナーを使用して温度を上げるのが最善であると述べた。

「エンジン内でそれを行う場合、ジムが言ったように、熱管理モードを使用してエンジンの排気熱を増やすことは確かにできますが、それを行うと、燃料エネルギーの約 30% ～ 40% を送ることになります。冷却水は無駄になり、エンジンに引き込まれる室温の空気を大量に加熱する必要がある」とハリス氏は語った。 「したがって、排熱が必要な場合は、バーナーを使用したほうが燃料効率が高くなります。」

Eaton の Web サイトによると、統合排気熱管理システムの生産は 2025 年に予定されています。