L'hydrogène pour remplacer le diesel ? JCB travaille à sa réalisation

JCB poursuit son projet de moteur à hydrogène - et plutôt que d'être secret avant un lancement commercial, la société a organisé des briefings détaillés pour révéler tout ce qu'elle a appris jusqu'à présent.

Ce n'est qu'une question de jours après que JCB a annoncé son projet de moteur à hydrogène de 100 millions de livres sterling que le téléphone de Tim Burnhope a commencé à sonner avec des appels de fermes et de domaines.

Stimulés, vraisemblablement, par la conclusion sans équivoque de JCB selon laquelle l'hydrogène gazeux alimentant un moteur à combustion interne est la voie à suivre pour les machines lourdes de construction et agricoles, les enquêteurs ont demandé des conseils sur la manière dont ils pourraient exploiter les ressources énergétiques renouvelables pour "craquer" l'eau en "verte". hydrogène.

"Ce fut une réaction très révélatrice", a déclaré le directeur de l'innovation de JCB. "Dans l'agriculture, l'électricité éolienne et solaire offre une excellente opportunité de charger un gros boîtier de batterie ou de fabriquer de l'hydrogène, et ce potentiel suscite beaucoup d'intérêt et d'enthousiasme."

M. Burnhope et ses collègues ont été occupés ces dernières années à explorer la question complexe de savoir comment remplacer le diesel par une source d'énergie durable qui convient aux machines lourdes et offre une flexibilité et un ravitaillement rapide.

Diverses options ont été évaluées, y compris l'électricité à partir de batteries et de piles à combustible à hydrogène, et les carburants alternatifs pour les moteurs à combustion interne tels que le HVO (huile végétale hydrotraitée), différents biogaz, l'ammoniac et les e-carburants qui, par exemple, combinent l'hydrogène et le dioxyde de carbone (CO2).

« Les batteries ont leur place dans les équipements légers, comme en témoigne notre gamme de produits E-Tech, notamment le chariot télescopique compact 525-60E, les tombereaux de chantier et les chariots élévateurs industriels, ainsi que nos mini-pelles électriques », a déclaré M. Burnhope. "Le chariot télescopique électrique n'est pas plus lourd que son homologue diesel et fonctionne avec des batteries de 24 kWh d'une valeur de 10 000 £ en raison de son cycle de travail intermittent.

"Mais nous avons calculé que donner une puissance électrique équivalente à 300 ch Fastrac pour une solide journée de huit heures nécessiterait 500 kWh de batteries, ajoutant cinq tonnes au poids, coûtant 200 000 £ et augmentant le coût de la machine de plus de 2,5 fois !"

JCB a également emprunté la voie de la pile à combustible à hydrogène, en créant un prototype de pelle à 360° largement médiatisé pour prouver la technologie dans cette application exigeante. Maintenant, dit M. Burnhope, avec l'expérience, la solution de pile à combustible est considérée comme morte et enterrée car "trop ​​compliquée pour les marchés que nous desservons et fournit une réponse insuffisante pour les machines qui ont besoin d'une alimentation électrique rapide".

"La pile à combustible est un appareil très léthargique. Notre prototype d'excavatrice avait des batteries d'une valeur de 32 000 £ pour fournir une réponse de puissance initiale avant que les piles à combustible ne réagissent - et elle avait besoin de près de trois fois la capacité de refroidissement d'un moteur diesel équivalent."

Et les piles à combustible coûtent cher, a-t-il souligné, en partie parce que si peu sont fabriquées. Toyota, le plus grand fabricant, ne produirait que 2 000 batteries par an, contrairement aux 20 millions de batteries et à la production annuelle de 80 000 moteurs diesel de JCB.

"En ce qui concerne les carburants alternatifs à combustion interne, nous avons été très enthousiasmés par la plupart d'entre eux, mais nous avons ensuite découvert leurs inconvénients et leurs inconvénients", a ajouté M. Burnhope.

FARM POWER Les opérateurs verront peu de différence entre un TELESCOPIC à hydrogène et une version diesel, estime JCB

"En fin de compte, nous avons conclu que les caractéristiques de l'hydrogène gazeux offrent la meilleure solution pour un carburant mobile avec la même commodité que le diesel - c'est-à-dire un emplacement d'approvisionnement flexible et un ravitaillement rapide pour une disponibilité maximale - tout en utilisant une unité d'alimentation que nous sommes tous familiers en termes de fabrication, d'installation, d'utilisation, de maintenance et d'entretien."

Avec cette conclusion, un nouveau défi a été lancé à ses ingénieurs par le président de JCB, Anthony Bamford : Concevoir un moteur alimenté à l'hydrogène qui a les mêmes caractéristiques de puissance, de couple et de puissance qu'un moteur diesel.

"Nous devons nous rappeler que le diesel est en train de disparaître", a déclaré Lord Bamford. "Il n'y a pas d'autre choix que de travailler avec une alternative - nous avons beaucoup appris en peu de temps et sommes convaincus que l'hydrogène est la meilleure solution."

Deux ans plus tard, presque jour pour jour, ce défi a été relevé par l'équipe d'ingénierie hydrogène de JCB, non pas avec une conversion, insiste Ryan Ballard, directeur de l'ingénierie du groupe motopropulseur, "mais avec un nouveau moteur portant l'ADN de nos moteurs diesel existants".

Au quatrième trimestre 2022, de petits lots de JCB 448 ABH2 de 4,8 litres sont passés par l'usine JCB Power Systems de Foston, près de Derby, et début décembre, 50 unités ont été assemblées.

Ceux-ci contribuent maintenant à un programme intensif de tests de validation, fonctionnant pendant aussi peu que 150 heures sous une charge très lourde et jusqu'à 3000 heures de travail à travers les cycles de charge très différents qu'un moteur de production connaîtrait dans différentes machines.

Dévoilant le nouveau moteur, M. Ballard a expliqué : "Pour commencer, nous avons étudié des projets passés convertissant des moteurs à essence ou diesel pour fonctionner à l'hydrogène et avons constaté qu'ils avaient tous échoué, ce qui nous a dit que ce n'était pas la réponse. Nous sommes donc revenus aux premiers principes, optimisant tous les aspects de la conception du moteur pour l'hydrogène, qui est un gaz très léger et de faible densité."

Cela a informé les besoins de l'injection de carburant et de la conception de la chambre de combustion, résultant en un système basse pression et basse température utilisant un système d'injection à rampe commune et un turbocompresseur à faible inertie spécialement conçu.

"Le grand défi était d'obtenir un mélange parfaitement homogène de ce gaz léger et de l'air en seulement 28 millisecondes, nous avons donc une injection indirecte avec le gaz aspiré et commençant à être mélangé avec l'air provenant du turbo avant les caractéristiques de tourbillon du chambre de combustion – perfectionnée par près de 160 tests de dynamique des fluides numérique – complète le processus. »

L'équipe d'ingénierie, renforcée à une centaine d'ingénieurs fraîchement recrutés et experts en métallurgie, huiles et autres disciplines spécialisées, a également développé une bougie d'allumage de haute technologie avec une durée de vie acceptable, et un système d'allumage avec des bobines spéciales pour l'alimenter.

Mis à part de subtiles modifications des canaux de lubrification, le bloc, la manivelle, le puisard et les accessoires sont tous partagés avec le moteur diesel, ce qui offre des économies bienvenues qui s'appliquent également aux besoins de refroidissement, car le rejet de chaleur du moteur est le même que celui du diesel.

La quête de points communs et de familiarité s'est également étendue au bruit que fait le moteur, a déclaré M. Ballard : "Il a une signature de compression plus douce, il est donc un peu plus silencieux qu'un diesel, mais nous voulions qu'il sonne familier et qu'il soit également familier à l'usage. que les opérateurs habitués à travailler avec des machines à moteur diesel ne remarquent pas beaucoup de différence."

Les véhicules équipés du nouveau moteur seront ravitaillés à partir de réservoirs statiques ou mobiles à l'aide d'une combinaison de deux flexibles haute pression, un pour remplir le réservoir, un pour purger le flexible de refoulement, avec le différentiel de pression entre le réservoir de stockage ou la citerne à 500 bar et le réservoir du véhicule à 350 bar éliminant tout besoin de pompe.

Cette compression de 350 bars tombe d'ailleurs à seulement 20 bars pour le trajet vers le moteur, ce qui permet d'utiliser des conduites basse pression conventionnelles.

« La capacité du réservoir de carburant correspondra aux besoins de la machine pour une journée de travail complète », a promis M. Burnhope, « avec peut-être une solution de réservoir auxiliaire disponible pour les opérateurs qui travaillent très souvent.

Nous voulons que nos commentaires soient une partie vivante et précieuse de notre communauté - un endroit où les lecteurs peuvent débattre et s'engager avec les problèmes locaux les plus importants. La possibilité de commenter nos histoires est un privilège, pas un droit, cependant, et ce privilège peut être retiré s'il est abusé ou mal utilisé.

Veuillez signaler tout commentaire qui enfreint nos règles.