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Jul 24, 2023

Diesel

Il y a un équilibre délicat lorsqu'il s'agit d'utiliser du carburant diesel pour cuisiner les NOx

Il y a un équilibre délicat lorsqu'il s'agit d'utiliser du carburant diesel pour réduire les émissions de NOx afin de répondre à la norme stricte de 2027 sur les oxydes d'azote (NOx) du California Air Resources Board, mais après de nombreux tests, Eaton et Tenneco signalent le succès de leur échappement intégré produit conjointement. système de gestion thermique.

À la suite de leur partenariat en mars 2021, les deux sociétés ont commencé à examiner de plus près comment elles pourraient réduire les NOx thermiquement avec un brûleur d'échappement à carburant diesel pour répondre à l'exigence de NOx 2027 du CARB de 0,02 g/bhp-hr sans augmenter le dioxyde de carbone.

Ils ont trouvé le succès sur un moteur Cummins X15 2020 équipé de leur système de brûleur d'échappement, de la désactivation des cylindres et de la réduction catalytique sélective des gaz d'échappement. Au cours des tests de cycle de faible charge (LLC) au Southwest Research Institute, les NOx ont chuté à 0,02 g/bhp-h tandis que le C02 est resté neutre. (Les exigences LLC 2027 du CARB sont de 0,05 g/bhp-hr, soit une baisse de 90 % par rapport aux normes actuelles).

[Connexe : le panel ATA discute des réductions d'émissions et de la durabilité]

Au cours du cycle transitoire intensif de la Federal Test Procedure (FTP), que le CARB a fixé à 0,02 g/bhp-hr pour 2027, les NOx ont encore chuté à 0,01 g/bhp-hr. Le CO2, cependant, a augmenté de 0,9 %.

"Nous ne pouvons pas ignorer le fait que le CO2 est important, même s'il n'est pas réglementé", a déclaré Jim McCarthy, ingénieur en chef d'Eaton, à la suite d'un webinaire sur le brûleur d'échappement co-organisé par Tenneco. McCarthy a ajouté qu'il était "entièrement convaincu" que le CO2 tomberait au moins au point mort "avec quelques jours de tests supplémentaires".

Eaton et Tenneco ont développé la source d'air pour le système de gestion thermique des gaz d'échappement à partir du ventilateur TVS V180 d'Eaton pour les petits moteurs de 1,5 litre ou moins. Surnommé la source d'air de l'unité thermique à démarrage à froid sur le site Web d'Eaton, le ventilateur est associé à un moteur électrique (12 ou 24 volts) qui peut être « contrôlé efficacement et précisément pour maintenir des températures de post-traitement optimales ».

Le ventilateur fournit de l'air à un brûleur fourni par Tenneco, qui alimente également l'allumeur. Le brûleur d'échappement est monté juste devant le filtre à particules diesel (DPF).

"Cette combinaison du brûleur devant le DPF est une excellente configuration où vous pouvez le frapper fort et donner un flux de chaleur uniforme en aval", a déclaré McCarthy.

Le brûleur d'échappement alimenté au diesel développé par Eaton et Tenneco est évalué à environ 50 kW tandis qu'un radiateur électrique de 48 volts Eaton a développé un contrôleur pour une puissance de 10 kW. "En fin de compte, le chauffage électrique est beaucoup moins efficace pour fournir de la chaleur au système d'échappement que le brûleur [diesel]", a déclaré Tom Harris, directeur principal de l'ingénierie chez Tenneco. "Plus loin, lorsque le groupe motopropulseur sera un hybride complet et que vous aurez la possibilité de récupérer de l'énergie pour le chauffage électrique, alors c'est la seule solution." Eaton/Tenneco

McCarthy a travaillé aux côtés du directeur technique principal de Tenneco, Tom Harris, pour développer une approche à deux niveaux pour chauffer le brûleur d'échappement. Au démarrage à froid, le brûleur chauffe rapidement jusqu'à 572 degrés Fahrenheit (300 Celsius) pour éliminer les niveaux de NOx plus élevés qui prévalent dans un système de post-traitement à froid. Lorsque le moteur atteint la température de fonctionnement normale, le brûleur adopte une approche marche/arrêt pour le maintien ultérieur de la température SCR de 356 à 392 Fahrenheit (180 à 200 Celsius).

"L'approche principale avec ce seuil à deux niveaux est essentiellement un interrupteur marche-arrêt où vous gérez le compromis entre les NOx d'échappement, le CO2 ou le carburant consommé par le brûleur", a déclaré Harris.

La gestion de la température du brûleur, en particulier à des niveaux plus élevés, est la clé du succès du système.

"La température est une arme à double tranchant. Vous voulez la chauffer pour réduire les NOx, mais si vous la chauffez trop vite et que vous la maintenez trop chaude, vous pouvez perdre votre stockage d'ammoniac, qui est votre réducteur sur votre SCR », a expliqué McCarthy.

"Donc, vraiment, la stratégie est de frapper fort rapidement, mettez-le à température, puis éteignez le brûleur. Laissez tout se stabiliser, puis lorsque vous en arrivez au" régime de maintien au chaud "gérable, où l'ammoniac reste sur le SCR, vous obtiennent une excellente réduction des NOx », a poursuivi McCarthy.

"Le moteur fonctionne dans ce qu'on appelle le mode de gestion thermique et le mode d'économie de carburant, et le mode de gestion thermique n'est pas anodin", a déclaré McCarthy. "C'est une tonne de carburant qui entre. Et ce que le brûleur nous permet de faire, c'est de chauffer très rapidement le système de post-traitement, puis nous passons du mode de gestion thermique au mode d'économie de carburant. Et puis la différence nette nous amène à la neutralité [en termes de consommation de carburant]."

Harris a déclaré que lorsqu'il s'agit de chauffer le SCR, il est préférable de le mettre à température avec un brûleur d'échappement à carburant diesel.

"Lorsque vous le faites dans le moteur, vous pouvez certainement, comme Jim l'a mentionné, utiliser le mode de gestion thermique pour que le moteur produise plus de chaleur d'échappement, mais aussi en faisant cela, vous envoyez environ 30% à 40% de l'énergie du carburant au liquide de refroidissement où il est juste gaspillé et vous devez chauffer énormément d'air à température ambiante qui est aspiré dans le moteur », a déclaré Harris. "Donc, si vous avez besoin de chaleur d'échappement, le brûleur est le moyen le plus économe en carburant de la générer."

Selon le site Web d'Eaton, la production du système intégré de gestion thermique des gaz d'échappement est prévue en 2025.