Nền tảng Động cơ Đốt Hydro Mới của Cummins Thách thức Động cơ Diesel
Với sự phát triển mạnh mẽ của điện khí hóa và xe điện chạy bằng pin (BEV), nhiều người đã dự đoán sự kết thúc của động cơ đốt trong. Tuy nhiên, một số nhà sản xuất đang áp dụng một cách tiếp cận khác để giảm thiểu hiệu ứng nhà kính bằng cách sử dụng hydro làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong.
Cummins đã công bố hai biến thể hydro mới dựa trên một nền tảng hoàn toàn không phụ thuộc vào nhiên liệu. Phía trên gioăng nắp quy lát là nơi các thành phần thay đổi, tùy thuộc vào loại nhiên liệu. Phía dưới gioăng nắp quy lát sẽ là một khối ngắn chung cho các biến thể.
Ví dụ, tại Nhật Bản, một tập đoàn các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) bao gồm Mazda, Yamaha, Toyota và Kawasaki đã hợp tác để phát triển các giải pháp hydro cho động cơ đốt trong (ICE). Trong khi đó, một số công ty, bao gồm cả Cummins, đã nhảy vào lĩnh vực hydro tại Bắc Mỹ. Gần đây, Cummins đã công bố rằng họ đang thử nghiệm hai biến thể chạy bằng hydro cho thị trường xe tải hạng trung và hạng nặng.
Cummins tin rằng ngành vận tải nên phát triển nhiều giải pháp để đáp ứng nhu cầu sử dụng trên đường bộ và đường địa hình do sự đa dạng về ứng dụng và môi trường vận hành. Xe điện thương mại (BEV) được cho là không thực tế đối với nhiều ứng dụng hạng nặng này. Đây chính là lúc hydro có thể là lựa chọn thiết thực hơn cho các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) trong tương lai.
Ngành vận tải đang thải ra nhiều carbon nhất vào khí quyển. Cummins tin rằng họ có thể mở rộng quy mô động cơ đốt trong hydro vào cuối thập kỷ này.
Không Carbon
Tháng 7 năm ngoái, Cummins đã công bố rằng họ đang thử nghiệm công nghệ đốt trong hydro (ICE). Kể từ đó, công ty đã đạt được các mục tiêu về công suất và mô-men xoắn (mô-men xoắn trên 810 lb-ft và 290 mã lực từ động cơ hạng trung, với mục tiêu là 500 mã lực và mô-men xoắn hơn 1.000 lb-ft cho các nguyên mẫu mới hơn). Cần lưu ý rằng Cummins có quy mô sản xuất đáng kể trên toàn cầu, vì vậy công ty có thể nhanh chóng mở rộng quy mô sản xuất sau khi khắc phục được các lỗi.
Theo Cummins, nền tảng động cơ này sẽ là "giải pháp nhiên liệu không carbon cho nhiều thị trường". Công ty dự định sản xuất động cơ đốt trong hydro ở cả dung tích 15.0 lít và 6.7 lít, tin rằng những động cơ này là điểm mạnh của thị trường và sẽ cho phép công ty hành động và giảm lượng khí thải nhà kính trong thập kỷ này.
Động cơ đốt trong hydro có thể được triển khai với chi phí ban đầu thấp hơn so với pin nhiên liệu hydro hoặc BEV, chỉ cần một số thay đổi nhỏ đối với các phương tiện hiện nay. Các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) tham gia vào thị trường đốt trong hydro cũng có thể được hưởng lợi từ việc áp dụng sớm và mở rộng quy mô của các phương tiện chạy bằng hydro, nhờ các tính năng như phạm vi hoạt động rộng hơn, tiếp nhiên liệu nhanh, hệ thống truyền động tương đồng và sự quen thuộc của người dùng thu hút khách hàng.
“Vận tải đường bộ hạng nặng đóng vai trò quan trọng đối với nền kinh tế toàn cầu và là một trong những lĩnh vực khó bị suy giảm của nền kinh tế.” — Daryl Wilson, Giám đốc Điều hành của Hội đồng Hydrogen.
“Chúng tôi rất phấn khởi trước những tiến bộ của Cummins trong việc phát triển động cơ đốt trong chạy bằng hydro và mong đợi những tiến bộ liên tục có thể giúp chúng tôi đạt được mục tiêu giảm phát thải carbon hiệu quả về mặt chi phí cho các nền kinh tế trên toàn thế giới”, Giám đốc Điều hành Hội đồng Hydrogen, Daryl Wilson, cho biết.
Cummins đang đặt cược vào việc đốt cháy hydro trong ngắn hạn vì các ứng dụng hạng trung và hạng nặng có nhiều khả năng chuyển sang sử dụng loại nhiên liệu này khi nó sẵn có. Theo Cummins, trong thập kỷ tới, xe buýt và xe tải đường dài chạy bằng hydro sẽ trở nên phổ biến. Nếu hydro có thể phát triển trên thị trường này và trở thành nhiên liệu được khách hàng hạng nặng lựa chọn, Cummins tin rằng nó sẽ bổ sung cho xe buýt và xe tải chạy bằng pin điện, vốn khả thi về mặt kinh tế và vận hành cho một số ứng dụng nhất định.
Các ứng dụng khác như thiết bị xây dựng, máy móc nông nghiệp và thậm chí cả tàu thủy cũng có thể sớm tham gia sứ mệnh sử dụng động cơ hydro. Đây rất có thể là những ứng dụng khó điện khí hóa do nhu cầu sử dụng của chúng, và hiện đã có các biến thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu khí khác nhau.
Nắp van màu đen và ký hiệu “X15N” cho biết động cơ X15 này được cấu hình để vận hành bằng khí tự nhiên.
RAM mạnh mẽ ư?
Động cơ đốt trong hydro sẽ vừa vặn với các xe tải hiện nay vừa hoạt động với các hộp số hiện tại. Chúng cũng sẽ tích hợp liền mạch vào mạng lưới và hoạt động dịch vụ hiện có của ngành. Đối với những người hâm mộ xe tải RAM, động cơ hydro Cummins 6.7L sẽ phù hợp hoàn hảo với một trong những mẫu xe bán tải hạng nặng của họ. Và dường như Stellantis cũng rất lạc quan về hydro, khi họ đã ám chỉ việc sử dụng nhiên liệu này sớm nhất là vào năm 2024.
Cummins có kế hoạch sử dụng nền tảng động cơ mới không phụ thuộc vào nhiên liệu để hỗ trợ phát triển động cơ đốt trong hydro trong tương lai. Động cơ 6.7L và 15L sẽ có nắp xi-lanh được tối ưu hóa với hệ thống cam trên đỉnh linh hoạt có thể hoán đổi, tùy thuộc vào nhiên liệu được sử dụng (tức là khí tự nhiên, dầu diesel hoặc hydro). Các nắp xi-lanh dành riêng cho hydro sẽ cải thiện khả năng làm mát và giảm ma sát để đạt được hiệu suất tối ưu.
mang lại mật độ công suất cao hơn và hiệu suất cao hơn từ nền tảng này. Về lý thuyết, sự thay đổi giữa các loại nhiên liệu sẽ chỉ thay đổi ở phía trên gioăng nắp quy lát.
Theo Srikanth Padmanabhan, chủ tịch bộ phận Kinh doanh Động cơ của Cummins, có quá nhiều hạn chế và những thỏa hiệp khác liên quan đến việc chuyển đổi động cơ diesel hoặc khí tự nhiên sang hydro, vì vậy một nền tảng mới là cần thiết.
“[Chúng tôi] đã thiết kế một buồng đốt được tối ưu hóa tiên tiến để trộn nhiên liệu, chuyển động điện tích và tạo nhiễu loạn mà chúng tôi tin là rất quan trọng cho quá trình đốt cháy hydro nhanh nhằm tối đa hóa mật độ công suất và hiệu suất”, Padmanabhan giải thích. “Điều quan trọng cần lưu ý là hệ thống đốt này sẽ phối hợp nhịp nhàng với các động cơ khí tự nhiên hiệu suất cao, mật độ công suất cao thế hệ tiếp theo của chúng tôi.”
Kinh nghiệm về CNG
Với nhiều thập kỷ kinh nghiệm về động cơ chạy bằng khí tự nhiên, Padmanabhan cho biết thêm rằng Cummins đã sẵn sàng cho thách thức của động cơ đốt trong chạy bằng hydro (ICE) khi ngành công nghiệp chuyển sang hướng không carbon.
Cummins hiện đang thử nghiệm các nguyên mẫu động cơ hydro với mục tiêu đạt công suất 500 mã lực và mô-men xoắn 1.000 lb-ft (1.000 lb-ft) cho phân khúc xe tải hạng nặng.
“Việc ra mắt động cơ hydro cũng mang lại lợi ích cho các hướng đi khác để hướng tới tương lai không carbon, chẳng hạn như pin nhiên liệu hydro”, ông nói. “Bằng cách tạo ra một trường hợp sử dụng khả thi và nhu cầu về hydro trong tương lai gần, chúng tôi có thể đẩy nhanh việc xây dựng cơ sở hạ tầng hydro và tăng quy mô sản xuất bồn chứa cho xe. Cả hai tiến bộ này đều cần thiết cho việc áp dụng rộng rãi hệ thống truyền động pin nhiên liệu.”
Jim Nebergall, Tổng Giám đốc Bộ phận Động cơ Hydro tại Cummins, cho biết khách hàng của họ đã phản hồi tích cực với sáng kiến mới này bởi vì nền tảng ICE hydro dựa trên các linh kiện quen thuộc. “Những động cơ này trông giống như động cơ, nghe giống như động cơ và vừa vặn với những vị trí thông thường của động cơ.”
Vào tháng 5, công ty đã ra mắt động cơ hydro 15 lít tại Triển lãm ACT Expo ở Long Beach, California. Động cơ sẽ được chế tạo trên nền tảng không phụ thuộc nhiên liệu, với các linh kiện tương tự bên dưới gioăng nắp quy lát. Phía trên gioăng nắp quy lát, mỗi động cơ có các tính năng khác nhau cho các loại nhiên liệu khác nhau. Phiên bản 15 lít dự kiến sẽ được sản xuất hàng loạt vào năm 2027. Động cơ 6,7 lít có thể được sản xuất sớm nhất vào năm 2023-2024.
