Jacobs destaca la desactivación de cilindros, la tecnología de descompresión activa

El vehículo de demostración de Jacobs Vehicle Systems presentará a flotas, conductores, asociaciones industriales y fabricantes de equipos originales la oportunidad de experimentar de primera mano el valor y las características de rendimiento de dos de las últimas tecnologías de tren de válvulas de Jacobs: desactivación de cilindros (CDA) y tecnología de descompresión activa (ADT). .

El tractor International LT625 personalizado con un motor diésel A26 se someterá a una multitud de situaciones de conducción del mundo real en los próximos meses, según Jacobs, para verificar completamente el ahorro de combustible, la reducción de emisiones, el mayor rendimiento de frenado y la capacidad de conducción mejorada. beneficios de CDA y ADT.

La tecnología de descompresión activa de Jacobs permite que los vehículos comerciales pesados ​​se beneficien de un sistema de parada y arranque del motor para eliminar las sacudidas del motor tanto en el arranque como en el apagado, explicó la compañía. ADT también mejora los arranques en frío del motor, reduce la carga y el desgaste de los componentes del motor durante el arranque y hace que el arranque sea más rápido. En vehículos híbridos, ADT permite una transición más rápida de un motor eléctrico a un motor de combustión interna.

Aunque los fabricantes de automóviles adoptan ampliamente la tecnología de motores stop-start, es menos común en los vehículos comerciales pesados. Esto se debe en gran parte al costo de las tecnologías adicionales necesarias para mitigar el mayor desgaste del motor de arranque, la corona y la batería. La tecnología de descompresión activa de Jacobs reduce significativamente estos problemas.

ADT disminuye la magnitud del movimiento del motor durante el apagado en un 90 por ciento, afirmó la compañía. Esto tiene el beneficio adicional de evitar molestias a los conductores que duermen en las cabinas durante la noche cuando hay arranques y paradas automáticas del motor para mantener la carga de la batería.

Al arrancar, el motor se mantiene en un estado descomprimido que reduce el par de arranque en un 40 por ciento y permite que el motor gire hasta el doble de su velocidad normal para un arranque más suave, un cebado más rápido del sistema de combustible y un menor desgaste del engranaje de arranque. volante y otros componentes. Esto también puede permitir el uso de baterías, cables y arrancadores más pequeños y livianos.

Al permitir que el motor gire mientras está descomprimido, ADT mejora aún más los arranques en temperaturas frías al permitir que el motor alcance sus velocidades críticas de encendido por compresión, según Jacobs. Cuando se combina con calentadores de entrada de aire suplementarios, ADT permite que los cilindros del motor se precalienten sin la carga del motor por compresión, lo que es especialmente útil cuando las temperaturas bajo cero reducen los niveles de carga de la batería. Cuando se alcanza una alta velocidad de arranque, la compresión del motor se reactiva y comienza el abastecimiento de combustible.

ADT puede integrarse en múltiples plataformas de motor.

La desactivación de cilindros de Jacobs es una tecnología modular de activación de válvulas que mejora la eficiencia del combustible al convertir un motor de seis cilindros en uno de cuatro cilindros o menos, lo que podría mejorar la economía general de combustible hasta en un 25 por ciento, según la compañía. El CDA de Jacobs reduce las emisiones al lograr temperaturas más altas de escape y postratamiento con carga baja y arranque.

Con el CDA de Jacobs, los mecanismos de desactivación de cilindros diseñados originalmente para el freno de motor de alta densidad de potencia (HPD) de la empresa se utilizan en el tren de válvulas para desactivar la apertura de las válvulas de admisión y escape.

El mecanismo activado hidráulicamente está integrado en un sistema de puente de válvula colapsable para motores de árbol de levas en cabeza o con un sistema de varilla de empuje colapsable para motores de leva en bloque. Cuando esto se combina con la inyección deshabilitada en cilindros seleccionados, se pueden desactivar múltiples cilindros según sea necesario. Los cilindros desactivados actúan como un resorte de gas y devuelven la energía comprimida del aire a la manivela. Como resultado, a bajas cargas del motor con tres de los seis cilindros desactivados, el consumo de combustible puede mejorarse hasta en un 20 por ciento, explicó Jacobs.

El CDA de Jacobs reduce las emisiones al lograr temperaturas de postratamiento más altas en el escape, lo que mantiene la eficiencia óptima del sistema SCR, incluso cuando el motor está en marcha en vacío o con carga baja. CDA también permite un calentamiento más rápido después del arranque del motor del sistema de postratamiento y minimiza el enfriamiento del postratamiento durante la marcha por inercia. Se logran aumentos de temperatura de 100-200 °C en condiciones de baja carga para mantener la temperatura SCR de 250 °C requerida para una conversión óptima de NOx.

En un ciclo de carga baja, un camión Clase 8 equipado con CDA de Jacobs y un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) experimentó una reducción del 77 % en las emisiones de NOx y del 12 % en el CO2.

CDA también reduce la fricción del árbol de levas, señaló la compañía, reduce las pérdidas de bombeo en condiciones de carga parcial y puede reducir o eliminar el uso del acelerador de admisión, todo lo cual produce mejoras generales en el consumo de combustible al mismo tiempo que aumenta las temperaturas de escape. CDA también puede reducir la frecuencia y la duración de los eventos de regeneración activa de DPF.

El CDA de Jacobs, su freno de motor de alta densidad de potencia y otras tecnologías de activación de válvulas son modulares y pueden integrarse en un motor individualmente o en conjunto. CDA ayuda a cumplir con las regulaciones norteamericanas y europeas con la misma plataforma de motor global.

CDA se ha utilizado durante décadas en automóviles de pasajeros, pero es relativamente nuevo en camiones. Anunciado en 2018, el hardware CDA de Jacobs se ha demostrado hasta ahora en más de 20 plataformas de motores de servicio pesado diferentes, que cubren motores de dos a 15 litros, así como en 10 pruebas de carretera de camiones de servicio pesado diferentes en América del Norte, Europa y China. , Japón, Corea e India. Se ha sometido a más de 27 000 horas y más de 200 000 millas de pruebas de durabilidad. Ha habido más de 8 mil millones de ciclos de prueba en componentes CDA y más de 470 millones de ciclos de prueba de fatiga y sobrecarga.

La tecnología CDA de Jacobs también está incluida en el programa Super Truck II del Departamento de Energía de EE. UU., una iniciativa para desarrollar y demostrar tecnologías rentables que dupliquen con creces la eficiencia de carga de los camiones Clase 8.

En 2019, Jacobs inició una colaboración con la empresa de controles de combustión interna Tula Technology Inc. Las dos empresas están trabajando en estrecha colaboración para combinar la tecnología de controles Dynamic Skip Fire (DSF) de Tula con CDA de Jacobs, donde DSF optimiza la gestión de apagado del cilindro del motor de Jacobs en para satisfacer mejor las demandas de torsión y eliminar la vibración.

Las pruebas de laboratorio independientes han demostrado que, cuando se combinan, el hardware CDA de Jacobs y el DSF de Tula logran mayores reducciones de emisiones. En DSF, Tula ha desarrollado un sistema de control de desactivación de cilindros infinitamente variable, que integra software y procesamiento de señales digitales avanzados con sofisticados algoritmos de control del motor que pueden permitir que el CDA se use en un rango operativo más amplio de RPM y torque que el CDA tradicional.

Tula DSF toma decisiones de disparo dinámico en función de la cantidad de par que se solicita, luego elige selectivamente qué cilindros están activos o desactivados para satisfacer la demanda de rendimiento. Cuando se requiere más torque, la densidad de disparo aumenta, y cuando hay menos demanda de torque, la densidad de disparo disminuye. El algoritmo de control crea efectivamente un motor con un desplazamiento óptimo para el par requerido.

El sistema de control de Tula también asegura el nivel de producción de ruido, vibración y aspereza. Al tener la capacidad de seleccionar qué cilindros se disparan en cada ciclo del motor y al tener en cuenta las frecuencias y amplitudes de vibración producidas por las combinaciones de cilindros, el algoritmo de control determina las secuencias de encendido de los cilindros que brindan una operación suave y un costo reducido para el conductor en el momento. bomba de combustible.

Se ha comprobado que CDA aumenta la economía de combustible y reduce las emisiones del tubo de escape en motores diésel de servicio pesado en los ciclos de prueba reconocidos del Procedimiento de Prueba Federal (FTP) para Servicio Pesado, incluido el Ciclo de Carga Baja (LLC). Estos beneficios se han medido y cuantificado de forma independiente a través de un laboratorio externo conocido internacionalmente y continúan siendo reafirmados a través de las pruebas en vehículos de Jacobs que se están realizando actualmente, informó Jacobs.

En febrero de 2020, Jacobs publicó los detalles de las pruebas de dinamómetro con un laboratorio externo de renombre internacional, financiado por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de EE. UU., para cuantificar los ahorros de combustible y los beneficios de emisiones de CDA. Las pruebas, realizadas en un motor Navistar de 13 litros equipado con CDA, confirmaron los extensos resultados de las pruebas de Jacobs. En una configuración fija de desactivación de tres cilindros, lo que significa que el motor podía funcionar con seis, tres o cero cilindros, el consumo de combustible mejoró en un cinco por ciento con respecto a la línea de base en el ciclo Caliente (FTP), que cubre el calentamiento del motor, y el ciclo de carga baja, al mismo tiempo que aumentan las temperaturas de escape y limitan el enfriamiento del sistema SCR.

Para demostrar la capacidad del sistema CDA, se evaluó el ciclo CARB Low Load propuesto. Se descubrió que el CDA elevaba las temperaturas de los gases de escape para mejorar la eficiencia del sistema SCR, de modo que las emisiones de NOx del tubo de escape se redujeron en un 86 por ciento y el CO2 y el consumo de combustible se redujeron en un 12 por ciento.

En abril de 2020, un segundo documento técnico, presentado en el Simposio de Viena, reveló detalles del sistema CDA de Jacobs que funciona con la tecnología DSF de Tula en un motor Cummins X15 que, en condiciones de mapeo de estado estable y empleando una operación de cero a seis cilindros, demostraron mejoras adicionales.

El documento decía: "A 1000 RPM, el diésel DSF muestra un aumento en la temperatura de escape de casi 100 ⁰ C y al mismo tiempo mejora el consumo de combustible en un 25 por ciento". Se encontró que el NOx se redujo en un 45 por ciento y el CO2 mejoró en un 1,5 por ciento con respecto a la línea de base en el ciclo Hot FTP. Durante el ciclo LLC7, el NOx se redujo en un 66 por ciento y el CO2 experimentó una reducción del 3,7 por ciento usando DSF sobre el motor de referencia.

Actualmente, Jacobs está realizando extensas pruebas de CDA en el mundo real en el vehículo, trabajando con Tula DSF en su camión de demostración Navistar LT625, equipado con un motor Navistar de 13 litros.

Los resultados de las pruebas muestran cuándo y durante cuánto tiempo CDA está activo en el modo de desactivación de ahorro de combustible y hasta qué punto se elevan las temperaturas. DSF está demostrando ser muy activo para maximizar el rango operativo de CDA. En el ciclo de manejo de ciudad local sin carga de Jacobs, CDA ha estado activo el 49 por ciento del tiempo. El calentamiento del motor ha llevado la mitad del tiempo que un camión no equipado con CDA, y la temperatura promedio de salida del SCR aumentó en 21,5 °C.

Incluso en el ciclo de pruebas en carretera de Jacobs con un remolque, CDA ha estado activo el 22 por ciento del tiempo. Se logró un aumento de 107 °C en la temperatura mínima de la carretera en marcha libre con cero cilindros activados, mientras que no hubo caída en el modo de gestión térmica. Los ingenieros no han observado grandes cambios en las temperaturas de postratamiento al pasar de cargas completas a cargas bajas.

Jacobs y Tula continúan con las pruebas de dinamómetro de sus tecnologías en paralelo a las pruebas del mundo real, tanto para pruebas de velocidad fija como de carga utilizando un banco de emisiones completo, en el motor Navistar de 13 litros. Mientras que los resultados de las pruebas de "FTP transitorio" están pendientes, los resultados de "estado estable" muestran una mejora en el consumo de combustible para cargas de 400 NM o menos, con ahorros de combustible de hasta un 25 por ciento en las cargas más bajas.

En el modo de combustión de calentamiento, CDA con DSF brinda beneficios de ahorro de combustible de hasta un 20 por ciento de combustible y hasta 300-350 NM. El aumento de temperatura de la combustión en modo de calentamiento y CDA puede exceder los 240°C.

ClearFlame Engine Technologies, una empresa emergente en crecimiento centrada en una nueva tecnología de modificación de motores que permite que los combustibles con bajo contenido de carbono y carbono negativo se integren fácilmente en las plataformas existentes de motores diésel de servicio pesado, se ha asociado con Jacobs para incorporar CDA en su motor. .

Utilizando combustibles líquidos descarbonizados, como etanol y e-metanol, la tecnología de modificación del motor ClearFlame reduce significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero, las partículas y el smog, lo que ayuda a cumplir con las estrictas normas de emisiones y reduce el costo general de los sistemas del motor. Proporciona el mismo rendimiento, eficiencia y practicidad robusta asociados con los motores diesel, al mismo tiempo que elimina la necesidad de costosas soluciones de postratamiento.

Las temperaturas más altas, agregó, son necesarias para limitar las emisiones nocivas que, de otro modo, serían liberadas al medio ambiente por los sistemas de postratamiento de escape de un motor de combustión durante la operación más fría del vehículo.