ディーゼルに代わる水素? JCBはそれを実現するために取り組んでいます

JCB は水素エンジンプロジェクトを進めており、商用発売に先立って秘密にするのではなく、これまでに学んだすべてを明らかにするために詳細な説明会を開催しました。

JCBが1億ポンドの水素燃料エンジンプロジェクトを発表してからわずか数日で、ティム・バーンホープさんの電話に農場や不動産からの電話が鳴り始めた。

おそらく、内燃機関に燃料を供給する水素ガスが建設重機や農業機械に適しているというJCBの明白な結論に刺激されて、質問者らは、水を「分解」して水を「グリーン」に変えるために再生可能エネルギー資源を活用する方法についてのガイダンスを求めた。水素。

「これは非常に明らかな反応だった」とJCBの最高イノベーション責任者は語った。「農業では、風力や太陽光で発電した電気を利用して大きなバッテリーボックスを充電したり、水素燃料を製造したりする素晴らしい機会があり、その可能性について多くの関心と興奮が高まっています。」

バーンホープ氏らは近年、ディーゼルを重機に適合し、柔軟性と迅速な燃料補給を提供する持続可能な電源にどのように置き換えるかという複雑な問題の探求に多忙を続けている。

バッテリーや水素燃料電池からの電力、HVO (水素化処理植物油)、さまざまなバイオガス、アンモニア、水素と組み合わせた電子燃料などの内燃機関の代替燃料など、さまざまなオプションが評価されています。そして二酸化炭素（CO2）。

「525-60Eコンパクトテレハンドラー、サイトダンプ、産業用フォークリフト、電動ミニショベルなどの当社のE-Tech製品群から明らかなように、バッテリーは軽量機器に重要な役割を果たしています」とバーンホープ氏は述べた。「電動テレハンドラーはディーゼルの同等品よりも重くなく、断続的な作業サイクルのため、10,000ポンド相当の24kWhのバッテリーで動作します。

「しかし、私たちが計算したところによると、300馬力のFastracに相当する電力を1日8時間稼働させるには、500kWhのバッテリーが必要となり、重量が5トン増加し、20万ポンドの費用がかかり、機械コストは2.5倍以上増加します。」

JCB はまた、水素燃料電池の道を歩み、この要求の厳しい用途における技術を証明するために、広く宣伝された 360 度掘削機のプロトタイプを作成しました。バーンホープ氏は、現在、経験の恩恵を受けて、燃料電池ソリューションは「当社がサービスを提供する市場には複雑すぎ、迅速な電力供給を必要とする機械への応答が不十分である」ため、機能不全に陥り埋もれていると考えられていると述べた。

「燃料電池は非常に無気力な装置です。私たちのプロトタイプの掘削機には、燃料電池が反応する前に初期出力応答を提供するために 32,000 ポンド相当のバッテリーが搭載されていました。また、同等のディーゼルエンジンのほぼ 3 倍の冷却能力が必要でした。」

そして、燃料電池は製造数が非常に少ないため、高価であると同氏は指摘した。最大のメーカーであるトヨタは、2000万個のバッテリーとJCBの年間8万台のディーゼルエンジン生産とは対照的に、年間わずか2000台を生産していると理解されている。

「代替内燃燃料に関して、私たちはそのほとんどに非常に興奮していましたが、その後、それらの欠点や欠点が判明しました」とバーンホープ氏は付け加えた。

FARM POWER オペレーターは、水素燃料のロードオールとディーゼルバージョンの違いをほとんど経験しないだろうと JCB は考えています

「最終的に、私たちは、水素ガスの特性が、当社が開発したパワーユニットを使用しながら、ディーゼルと同じ利便性、つまり、柔軟な供給場所と最大の稼働時間のための迅速な燃料補給を備えたモバイル燃料として最適なソリューションを提供すると結論付けました。製造、設置、使用、メンテナンス、サービスのすべてに精通しています。」

この結論に伴い、JCB 会長のアンソニーバンフォードからエンジニアたちに新たな課題が課せられました。それは、ディーゼルエンジンと同じ出力、トルク、出力特性を持つ、水素を燃料とするエンジンを設計するというものでした。

バンフォード卿は「ディーゼルは消えていくということを忘れてはならない」と語った。「代替手段に取り組む以外に選択肢はありません。私たちは短期間で膨大な量のことを学び、水素が最良の解決策であると確信しています。」

2年後、ほぼその日までに、JCBの水素エンジニアリングチームはその課題に、転換ではなく、「既存のディーゼルエンジンのDNAを引き継いだ新しいエンジンで」パワートレインエンジニアリングディレクターのライアン・バラード氏に力説した。

2022 年の第 4 四半期に、4.8 リットル JCB 448 ABH2 の少量バッチがダービー近郊のフォストンにある JCB パワーシステムズ工場を通過し、12 月初旬までに画期的な 50 ユニットが組み立てられました。

これらは現在、検証テストの集中的なプログラムに貢献しており、非常に高い負荷の下でわずか 150 時間実行され、さまざまなマシンで量産エンジンが経験するであろう大きく異なる負荷サイクルを通じて最大 3000 時間動作します。

新しいエンジンを発表する際、バラード氏は次のように説明した。「まず、私たちはガソリンエンジンやディーゼルエンジンを水素で動くように変換する過去のプロジェクトを研究しましたが、それらはすべて失敗したことがわかり、それが答えではないことがわかりました。そこで私たちは最初の原則に戻りました。非常に軽く、低密度の気体である水素に合わせて、エンジン設計のあらゆる側面を最適化します。」

これにより、燃料噴射と燃焼室設計のニーズが得られ、コモンレール噴射システムと専用設計の低慣性ターボチャージャーを使用した低圧、低温システムが誕生しました。

「大きな課題は、この軽いガスと空気の完全に均質な混合をわずか 28 ミリ秒で達成することでした。そのため、ガスを間接噴射して、ターボの渦巻き特性が現れる前にガスを引き込み、ターボから来る空気と混合し始めました。約 160 の数値流体力学テストによって完成された燃焼室がプロセスを完了します。」

エンジニアリングチームは、冶金、オイル、その他の専門分野の専門知識を持つ新しく採用されたエンジニアによって約 100 人に増強され、許容可能な耐用年数を備えたハイテクスパークプラグと、それに電力を供給する特殊なコイルを備えた点火システムも開発しました。

潤滑チャネルの微妙な変更、ブロック、クランク、サンプ、および付属品はすべてディーゼルエンジンと共有されており、エンジンの熱遮断がディーゼルと同じであるため、冷却要件にも適用されるいくつかの歓迎すべき経済性が提供されます。

バラード氏は、共通性と親しみやすさの追求は、エンジンが発する騒音にも及んだと述べ、「エンジンの圧縮特性が柔らかいため、ディーゼルよりも少し静かですが、私たちは、親しみのある音と、使用中になじみのあるものにしたかったので、ディーゼル駆動の機械の操作に慣れているオペレーターは、大きな違いに気付かないでしょう。」

新しいエンジンを搭載した車両は、2 本の高圧ホースの組み合わせを使用して、固定タンクまたは可動タンクから燃料を補給します。1 つはタンクを満たすため、もう 1 つは配送ホースをパージするためであり、貯蔵タンクまたはクッパ間の圧力差は 100 m です。 500バール、車両タンクは350バールでポンプが不要になります。

ちなみに、その 350 bar の圧縮は、エンジンに到達するまでにわずか 20 bar に低下するため、従来の低圧パイプを使用できます。

バーンホープ氏は、「燃料タンクの容量は、機械が丸一日稼働するのに必要な量になるだろう」と約束し、「非常に長時間労働のオペレーターには補助タンクのソリューションも利用できるかもしれない」と語った。

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