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Jul 24, 2023

Diesel

There’s a delicate balance when it comes to using diesel fuel to cook off NOx

Esiste un delicato equilibrio quando si tratta di utilizzare carburante diesel per ridurre le emissioni di NOx per soddisfare il severo standard 2027 sull'ossido di azoto (NOx) del California Air Resources Board, ma dopo numerosi test, Eaton e Tenneco stanno segnalando il successo con il loro sistema di scarico integrato prodotto congiuntamente sistema di gestione termica.

A seguito della loro partnership nel marzo 2021, entrambe le società hanno iniziato a esaminare più da vicino come ridurre termicamente gli NOx con un bruciatore di scarico alimentato a diesel per soddisfare il requisito di NOx del CARB del 2027 di 0,02 g/bhp-hr senza aumentare l’anidride carbonica.

Hanno riscontrato successo su un motore Cummins X15 del 2020 dotato di sistema di bruciatore di scarico, disattivazione del cilindro e riduzione catalitica selettiva dello scarico. Durante i test del ciclo a basso carico (LLC) presso il Southwest Research Institute, i NOx sono scesi a 0,02 g/bhp-hr mentre il C02 è rimasto neutro. (I requisiti CARB 2027 LLC sono 0,05 g/bhp-hr, ovvero un calo del 90% rispetto agli standard attuali).

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Durante il ciclo transitorio per carichi pesanti della Federal Test Procedure (FTP), che il CARB ha fissato a 0,02 g/bhp-hr per il 2027, gli NOx sono scesi ulteriormente a 0,01 g/bhp-hr. La CO2, invece, è aumentata dello 0,9%.

"Non possiamo ignorare il fatto che la CO2 è importante, anche se non è regolamentata", ha detto a CCJ Jim McCarthy, ingegnere capo senior di Eaton, a seguito di un webinar sul bruciatore di scarico organizzato in collaborazione con Tenneco. McCarthy ha aggiunto di essere "pienamente fiducioso" che la CO2 scenderà almeno a un valore neutro "con un altro paio di giorni di test".

Eaton e Tenneco hanno sviluppato la fonte d'aria per il sistema di gestione termica dei gas di scarico dalla ventola TVS V180 di Eaton per piccoli motori da 1,5 litri o meno. Soprannominato la fonte d'aria dell'unità termica con avviamento a freddo sul sito Web di Eaton, il ventilatore è abbinato a un motore elettrico (12 o 24 volt) che può essere "controllato in modo efficiente e preciso per mantenere temperature di post-trattamento ottimali".

Il ventilatore fornisce aria a un bruciatore fornito da Tenneco, che alimenta anche l'accenditore. Il bruciatore dei gas di scarico è montato subito davanti al filtro antiparticolato diesel (DPF).

"La combinazione del bruciatore davanti al DPF è una configurazione eccellente in cui è possibile colpirlo con forza e fornire un flusso di calore uniforme a valle", ha affermato McCarthy.

Il bruciatore di scarico alimentato a diesel sviluppato da Eaton e Tenneco ha una potenza nominale di circa 50 kW mentre un riscaldatore elettrico da 48 volt Eaton ha sviluppato un controller per arriva a 10 kW. "Alla fine, il riscaldatore elettrico è molto meno efficiente nel fornire calore al sistema di scarico rispetto al bruciatore [diesel]", ha affermato Tom Harris, responsabile tecnico senior di Tenneco. "Quando il propulsore sarà completamente ibrido e si avrà l'opportunità di recuperare parte dell'energia per il riscaldatore elettrico, questa sarà l'unica soluzione." Eaton/Tenneco

McCarthy ha lavorato a fianco del responsabile tecnico senior di Tenneco, Tom Harris, per sviluppare un approccio a due livelli per il riscaldamento del bruciatore di scarico. All'avvio a freddo, il bruciatore si riscalda rapidamente fino a 300 gradi Celsius (572 gradi Fahrenheit) per eliminare i livelli di NOx più elevati prevalenti in un sistema di post-trattamento a freddo. Quando il motore raggiunge la normale temperatura operativa, il bruciatore adotta un approccio di accensione/spegnimento per il successivo mantenimento della temperatura SCR compresa tra 356 e 392 Fahrenheit (da 180 a 200 gradi Celsius).

"L'approccio principale con questa soglia a due livelli è fondamentalmente solo un interruttore on-off in cui si gestisce il compromesso tra NOx allo scarico, CO2 o carburante consumato dal bruciatore", ha affermato Harris.

La gestione della temperatura del bruciatore, soprattutto ai livelli più alti, è la chiave del successo del sistema.

"La temperatura è un'arma a doppio taglio. Vuoi riscaldarla in modo da avere una riduzione di NOx, ma se la fai riscaldare troppo velocemente e la mantieni troppo calda, puoi perdere la riserva di ammoniaca, che è il tuo riducente il tuo SCR", ha spiegato McCarthy.

"Quindi in realtà la strategia è colpire forte e rapidamente, portare il tutto in temperatura e poi spegnere il bruciatore. Lasciare che tutto si stabilizzi e poi quando si arriva al regime gestibile di 'rimanere caldo', dove l'ammoniaca rimane sull'SCR, si stiamo ottenendo una notevole riduzione dei NOx", ha continuato McCarthy.