Jacobs met en avant la désactivation des cylindres et la technologie de décompression active

Le véhicule de démonstration de Jacobs Vehicle Systems offrira aux flottes, aux conducteurs, aux associations industrielles et aux fabricants d'équipement d'origine l'occasion de découvrir de première main la valeur et les caractéristiques de performance de deux des dernières technologies de soupapes de Jacobs - la désactivation des cylindres (CDA) et la technologie de décompression active (ADT).

Le tracteur International LT625 construit sur mesure avec un moteur diesel A26 sera soumis à une multitude de situations de conduite réelles au cours des prochains mois, selon Jacobs, afin de vérifier pleinement les économies de carburant, la réduction des émissions, les performances de freinage accrues et les avantages de conduite améliorés de CDA et ADT.

La technologie de décompression active de Jacobs permet aux véhicules utilitaires lourds de bénéficier d'un système d'arrêt et de démarrage du moteur pour éliminer les secousses du moteur au démarrage et à l'arrêt, a expliqué la société. L'ADT améliore également les démarrages à froid du moteur, réduit la charge et l'usure des composants du moteur lors du démarrage et accélère le démarrage. Dans les véhicules hybrides, l'ADT permet une transition plus rapide d'un moteur électrique à un moteur à combustion interne.

Bien que la technologie des moteurs stop-start soit largement adoptée par les constructeurs automobiles, elle est moins courante dans les véhicules utilitaires lourds. Cela est largement dû au coût des technologies supplémentaires nécessaires pour atténuer l'usure accrue du démarreur, de la couronne dentée et de la batterie. La technologie de décompression active de Jacobs réduit considérablement ces problèmes.

L'ADT réduit de 90 % l'ampleur des secousses du moteur lors de l'arrêt, a déclaré la société. Cela a l'avantage supplémentaire d'éviter de perturber les conducteurs qui dorment dans les cabines pendant la nuit lorsque le moteur démarre et s'arrête automatiquement pour maintenir la charge de la batterie.

Lors du démarrage, le moteur est maintenu dans un état décompressé qui diminue le couple de démarrage de 40 % et permet au moteur de tourner jusqu'à deux fois sa vitesse normale pour un démarrage plus fluide, un amorçage plus rapide du système de carburant et une usure réduite du pignon de démarrage, du volant et d'autres composants. Cela peut également permettre l'utilisation de batteries, de câbles et d'un démarreur plus petits et plus légers.

En permettant au moteur de tourner en décompression, l'ADT améliore encore les démarrages par temps froid en permettant au moteur d'atteindre ses vitesses critiques d'allumage par compression, selon Jacobs. Lorsqu'il est combiné avec des réchauffeurs d'admission d'air supplémentaires, l'ADT permet aux cylindres du moteur d'être préchauffés sans la charge du moteur due à la compression, ce qui est particulièrement utile lorsque les températures de congélation réduisent les niveaux de charge de la batterie. Lorsque la vitesse de démarrage élevée est atteinte, la compression du moteur est réactivée et le ravitaillement en carburant commence.

ADT peut s'intégrer sur plusieurs plates-formes de moteurs.

La désactivation des cylindres de Jacobs est une technologie modulaire d'actionnement des soupapes qui améliore le rendement énergétique en transformant un moteur à six cylindres en quatre cylindres ou moins, améliorant potentiellement l'économie de carburant globale jusqu'à 25 %, selon la société. Le CDA de Jacobs réduit les émissions en atteignant des températures d'échappement et de post-traitement plus élevées à faible charge et au démarrage.

Avec le CDA de Jacobs, les mécanismes de désactivation des cylindres conçus à l'origine pour le frein moteur à haute densité de puissance (HPD) de la société sont utilisés dans le train de soupapes pour désactiver l'ouverture des soupapes d'admission et d'échappement.

Le mécanisme à commande hydraulique est intégré dans un système de pont de soupapes repliable pour les moteurs à arbre à cames en tête ou avec un système de tige de poussée repliable pour les moteurs à cames en bloc. Lorsque cela est combiné avec une injection désactivée dans des cylindres sélectionnés, plusieurs cylindres peuvent être désactivés selon les besoins. Les cylindres désactivés agissent comme un ressort à gaz et renvoient l'énergie comprimée de l'air vers la manivelle. En conséquence, à faible charge du moteur avec trois des six cylindres désactivés, la consommation de carburant peut être améliorée jusqu'à 20 %, a expliqué Jacobs.

Le CDA de Jacobs réduit les émissions en atteignant des températures de post-traitement plus élevées dans l'échappement, ce qui maintient une efficacité optimale du système SCR, même lorsque le moteur est au ralenti ou à faible charge. Le CDA permet également un réchauffement plus rapide après le démarrage du moteur du système de post-traitement et minimise le refroidissement du post-traitement pendant la marche en roue libre. Des augmentations de température de 100 à 200 °C sont obtenues dans des conditions de faible charge pour maintenir la température SCR de 250 °C requise pour une conversion optimale des NOx.

Dans un cycle de charge faible, un camion de classe 8 équipé du CDA de Jacobs et d'un système de réduction catalytique sélective (SCR) a enregistré une réduction de 77 % des émissions de NOx et de 12 % de réduction du CO2.

Le CDA réduit en outre le frottement de l'arbre à cames, a noté la société, réduit les pertes de pompage dans des conditions de charge partielle et peut réduire ou éliminer l'utilisation de l'accélérateur d'admission, ce qui améliore globalement la consommation de carburant tout en augmentant simultanément les températures d'échappement. Le CDA peut également réduire la fréquence et la durée des événements de régénération DPF actifs.

Le CDA de Jacobs, son frein moteur à haute densité de puissance et d'autres technologies d'actionnement des soupapes sont modulaires et peuvent être intégrés dans un moteur individuellement ou ensemble. CDA aide à respecter les réglementations nord-américaines et européennes avec la même plate-forme mondiale de moteurs.

Le CDA est utilisé depuis des décennies dans les voitures particulières, mais il est relativement nouveau dans le camionnage. Annoncé en 2018, le matériel CDA de Jacobs a jusqu'à présent été démontré sur plus de 20 plates-formes de moteurs lourds différentes, couvrant des moteurs de 2 à 15 litres, ainsi que 10 essais routiers différents de camions lourds en Amérique du Nord, en Europe, en Chine, au Japon, en Corée et en Inde. Il a subi plus de 27 000 heures et plus de 200 000 miles de tests de durabilité. Il y a eu plus de 8 milliards de cycles d'essais sur les composants CDA et plus de 470 millions de cycles d'essais de fatigue et de surcharge.

La technologie CDA de Jacobs est également incluse dans le programme Super Truck II du département américain de l'énergie, une initiative visant à développer et à démontrer des technologies rentables qui font plus que doubler l'efficacité du fret des camions de classe 8.

En 2019, Jacobs a conclu une collaboration avec la société de contrôle de la combustion interne Tula Technology Inc. Les deux entreprises travaillent en étroite collaboration pour combiner la technologie de contrôle Dynamic Skip Fire (DSF) de Tula avec le CDA de Jacobs, où DSF optimise la gestion de l'arrêt des cylindres du moteur de Jacobs afin de mieux répondre aux demandes de couple et d'éliminer les vibrations.

Des tests en laboratoire indépendants ont démontré que, lorsqu'ils sont combinés, le matériel Jacobs CDA et le DSF de Tula permettent d'obtenir des réductions d'émissions plus importantes. Dans DSF, Tula a développé un système de contrôle de désactivation des cylindres infiniment variable, intégrant un traitement de signal numérique avancé et un logiciel avec des algorithmes de contrôle moteur sophistiqués qui peuvent permettre à CDA d'être utilisé dans une plage de fonctionnement plus large de régime et de couple que le CDA traditionnel.

Tula DSF prend des décisions d'allumage dynamiques en fonction du couple demandé, puis il choisit sélectivement les cylindres actifs ou désactivés pour répondre à la demande de performances. Lorsque plus de couple est requis, la densité de tir augmente, et lorsqu'il y a moins de demande de couple, la densité de tir diminue. L'algorithme de contrôle crée efficacement un moteur avec une cylindrée optimale pour le couple requis.

Le système de contrôle de Tula assure également le bruit, les vibrations et la dureté du niveau de production. En ayant la possibilité de sélectionner les cylindres qui sont allumés à chaque cycle du moteur et en tenant compte des fréquences et des amplitudes de vibration produites par les combinaisons de cylindres, l'algorithme de contrôle détermine les séquences d'allumage des cylindres qui offrent un fonctionnement fluide et un coût réduit pour le conducteur à la pompe à carburant.

Il a été prouvé que le CDA augmente l'économie de carburant et réduit les émissions d'échappement des moteurs diesel lourds dans les cycles d'essai reconnus de la procédure d'essai fédérale (FTP) pour poids lourds, y compris le cycle de faible charge (LLC). Ces avantages ont été mesurés et quantifiés de manière indépendante via un laboratoire tiers de renommée internationale et continuent d'être réaffirmés via les propres tests embarqués de Jacobs actuellement en cours, a rapporté Jacobs.

En février 2020, Jacobs a publié les détails des tests dynamométriques avec un laboratoire tiers de renommée internationale, financé par l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA), pour quantifier les économies de carburant et les avantages en matière d'émissions du CDA. Les tests, effectués sur un moteur Navistar de 13 litres équipé de CDA, ont confirmé les résultats des tests approfondis de Jacobs. Dans une configuration de désactivation fixe à trois cylindres - ce qui signifie que le moteur pouvait fonctionner avec six, trois ou zéro cylindres - la consommation de carburant a été améliorée de cinq pour cent par rapport à la ligne de base dans le cycle Hot (FTP), qui couvre le préchauffage du moteur, et le cycle à faible charge, tout en augmentant les températures d'échappement et en limitant le refroidissement du système SCR.

Pour démontrer la capacité du système CDA, le cycle CARB Low Load proposé a été évalué. Il a été constaté que le CDA augmentait les températures d'échappement afin d'améliorer l'efficacité du système SCR, de sorte que les émissions de NOx à l'échappement étaient réduites de 86 % et que la consommation de CO2 et de carburant était réduite de 12 %.

En avril 2020, un deuxième document technique, présenté au Symposium de Vienne, a révélé les détails du système CDA de Jacobs fonctionnant avec la technologie DSF de Tula sur un moteur Cummins X15, qui, dans des conditions de cartographie en régime permanent et utilisant un fonctionnement de zéro à six cylindres, a démontré de nouvelles améliorations.

L'article indiquait: "A 1 000 tr/min, le DSF diesel montre une augmentation de la température d'échappement de près de 100⁰ C tout en améliorant la consommation de carburant de 25%." Les NOx ont été réduits de 45 % et le CO2 s'est amélioré de 1,5 % par rapport à la valeur de référence dans le cycle Hot FTP. Au cours du cycle LLC7, les NOx ont été réduits de 66 % et le CO2 a enregistré une réduction de 3,7 % en utilisant le DSF par rapport au moteur de base.

Jacobs entreprend actuellement des tests approfondis dans le monde réel du CDA en collaboration avec Tula DSF dans son camion de démonstration Navistar LT625, équipé d'un moteur Navistar de 13 litres.

Les résultats des tests montrent quand et pendant combien de temps le CDA est actif en mode de désactivation d'économie de carburant et dans quelle mesure les températures sont augmentées. DSF se montre très actif dans la maximisation de la plage de fonctionnement du CDA. Dans le cycle de conduite de la ville locale déchargée de Jacobs, CDA a été actif 49 % du temps. Le préchauffage du moteur a pris deux fois moins de temps qu'un camion non équipé de CDA, et la température de sortie SCR moyenne a augmenté de 21,5 °C.

Même dans le cycle d'essais routiers de Jacobs avec une remorque, le CDA a été actif 22 % du temps. Une augmentation de 107 °C de la température minimale de l'autoroute a été obtenue en roue libre avec zéro cylindre activé, alors qu'il n'y a pas eu de chute en mode de gestion thermique. Les ingénieurs n'ont observé aucune variation importante des températures de post-traitement lors de la transition de pleine à faible charge.

Jacobs et Tula poursuivent les tests dynamométriques de leurs technologies parallèlement aux tests en conditions réelles, à la fois pour les tests à vitesse fixe et en charge à l'aide d'un banc d'émissions complet, sur le moteur Navistar de 13 litres. Alors que les résultats des tests "Transient FTP" sont en attente, les résultats "à l'état stable" montrent une amélioration de la consommation de carburant pour des charges de 400 NM ou moins, avec des économies de carburant allant jusqu'à 25 % aux charges les plus basses.

En mode de combustion d'échauffement, CDA avec DSF offre des avantages d'économie de carburant allant jusqu'à 20 % de carburant et jusqu'à 300-350 NM. L'augmentation de température due à la combustion en mode préchauffage et à la CDA peut dépasser 240°C.

ClearFlame Engine Technologies - une start-up en pleine croissance axée sur une nouvelle technologie de modification de moteur qui permet d'intégrer facilement des carburants à faible émission de carbone et à empreinte carbone négative dans les plates-formes de moteurs diesel lourds existantes - s'est associée à Jacobs pour intégrer CDA dans son moteur.

Utilisant des carburants liquides décarbonés, tels que l'éthanol et l'e-méthanol, la technologie de modification du moteur ClearFlame réduit considérablement les émissions de gaz à effet de serre, les particules et le smog, aidant à respecter les réglementations strictes en matière d'émissions tout en réduisant le coût global des systèmes de moteur. Il offre les mêmes performances, efficacité et robustesse que les moteurs diesel, tout en éliminant le besoin de solutions de post-traitement coûteuses.

Les températures plus élevées, a-t-il ajouté, sont nécessaires pour limiter les émissions nocives qui, autrement, seraient rejetées dans l'environnement par les systèmes de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion pendant le fonctionnement d'un véhicule plus frais.