Bowman Power eTurbo系统如何提高功率和减少排放

Bowman Power首席执行官Paul Dowman-Tucker表示:“在效率和环境方面，我们正处于一个转型期。“在我们积极准备下一个燃料战略的大事件的同时，我们也必须尽我们所能做到最好。”

鲍曼电力公司开发和组装的硬件就是为了实现这一目标，最大限度地将燃料能量转化为动力，同时减少相关排放。

总部设在南安普顿，英国，鲍曼是一个开发和组装的电子涡轮机，电子压缩机和电子涡轮增压器;他们一起组成了eTurbo系统业务。该装置主要用于提高内燃机(ice)的效率和性能，从固定和移动发电机组，到拖拉机、重型货车和机车，燃烧各种液体和气体燃料，尽管该技术在未来也适用于其他动力系统，如氢燃料电池。

该公司成立于2004年，最初生产微型涡轮增压系统。时至今日，Bowman将包括戴姆勒、沃尔沃、FPT、约翰迪尔、康明斯和Aggreko在内的大多数领先柴油发动机生产商和原始设备制造商视为合作伙伴。

从目前的产品范围来看，这些技术以不同的方式提高性能:Bowman eCompressor作为螺栓式助推器;eTurbine是一个螺栓式热回收装置;eTurbo可以作为一个集成的助推辅助或热量回收单元，或者一个完整的eTurbo可以提供助推辅助和热量回收。

博格华纳(BorgWarner)和加勒特运动(Garrett Motion)等公司主导着低功率、高速涡轮增压市场，主要服务于汽车行业的客户，而鲍曼(Bowman)则开发出功率更高的涡轮增压机组，主要适用于功率从300千瓦到20兆瓦的应用。

也许最重要的是，eTurbo Systems产品可以实时提供灵活、自适应和响应性的性能，有助于减少燃料使用、减少排放和降低运营成本。根据发动机类型的不同(从柴油内燃机到氢燃料电池)，排放量可以减少10%到100%。

eTurbo系统的结构

道曼-塔克表示，传统涡轮增压器和电动涡轮增压器之间存在一些关键区别。

传统的汽车涡轮是将涡轮和压气机连接在同一轴上，与之不同的是，电子涡轮将两个叶轮与电机连接在一起。根据发动机的情况，电机可以输入或输出电力。保留机械轴意味着只有一套电力电子设备，从而使机组更小，降低了成本，同时还将冗余和机组故障的几率降至最低。

这种设置支持各种行业的客户。例如，美国的一家机车发动机制造商使用eTurbo作为热回收系统。在海上应用中，当考虑到港口的机动性和排放时，eTurbo或eCompressor的助推器更重要。必威体育如何Dowman-Tucker说，这方面的终极例子是一个电动涡轮增压器的能量输入或能量输出系统，Bowman计划在不久的将来测试这个想法。

通过在柴油发动机上安装eTurbine，效率可提高6%至10%。但eTurbo机组的灵活性使其无需使用其他发动机部件，包括节流阀、热EGR阀、排气门和其他执行器。

提高效率

众所周知，燃气发动机(包括液化石油气和天然气)比柴油发动机更清洁。在某些情况下，与同等的柴油发动机相比，燃气发动机可以减少25%的二氧化碳排放和90%的氮氧化物排放。

道曼-塔克说:“问题是标准的燃气发动机不能快速响应快速的负载需求。“但安装一个eCompressor可以克服固有的涡轮滞后，并提供与柴油发动机相当的响应能力。”混合沼气、合成气体，甚至各种等级和百分比的氢气(直到纯H2)，排放量还会进一步减少。

他继续说道:“电动涡轮增压器提供了燃料的灵活性，并提供了适合燃料成分的动力辅助。燃烧参数可以被感知和改变，以达到最佳效率。”

他补充说，鲍曼已经完成了对运行厌氧消化器的燃气发动机和垃圾填埋气体的测试，这些气体的热值会随着时间的推移而变化。e-turbo可以通过改变eTurbo轴产生的电力来响应，持续控制其速度，随着燃料成分的变化提供有效燃烧所需的准确空气量。这对排放控制很重要，但也确保了从废气中回收的热量得到优化，以秒为单位减少燃料消耗。

除此之外，eTurbo的额外监控能力意味着燃料成分的更大波动，包括从100%甲烷转换到100%氢，无需降低ICE的排量。传统涡轮增压器无法克服这种波动，因为燃烧产生的空气需求和排气焓(系统热含量)差异巨大，导致内燃机性能严重受损。

从本质上讲，标准涡轮增压器是针对固定工作点进行优化的。电气化版本支持动态输入，为最佳升压创造理想的条件。这为各种应用和驱动周期的低排放解决方案打开了大门，例如满足欧7排放标准，以确保数据中心所需的一致功率水平。

政府提出的柴油发动机禁令可能意味着鲍曼的担忧时期。但Dowman-Tucker指出，eTurbo Systems的硬件可以成功应用于使用氢气的内燃机，甚至氢燃料电池。这一切都归结为eTurbo系统帮助创建可预测的发动机运行参数。

“很容易定义，为瞬态行为设计发动机会导致次优效率，反之亦然。eTurbo系统可以同时解耦和优化瞬态性能和效率。”

运作单位

Bowman硬件在一些最恶劣的环境中运行，设备持续暴露在高达700摄氏度的废气温度中。此外，极高的转速会产生离心力，需要将电机转子包裹在碳纤维中，以保持磁铁的位置。自首次引入以来，在该领域获得的经验有助于提高可靠性;这些机组目前总共运行了2000多万小时，每小时的维护成本仅为几美分必威体育如何。

从机组中的相关传感器收集的数据可以支持预防性维护计划，而不是计划停机时间。

在卡车发动机等情况下，传感器的要求可能会降低。“一旦将eTurbo映射到发动机上，你就可以知道负载点和相关参数，就可以准确估计进入发动机的气流。这就不需要质量流量和其他传感器。

即使在有限的操作下，也可以实现驾驶循环排放的数量级减少。对于HGV发动机来说，启动周期仅为9秒，关闭周期为27秒，导致电气系统上的寄生负载非常小。

另一个好处是减少了柴油发动机产生的氮氧化物，正如Dowman-Tucker解释的那样:“我们不直接以降低氮氧化物为目标，但只要节省了燃料，就已经减少了氮氧化物。”他补充说，在一台1兆瓦的燃气发电机上安装一台eTurbine，在其使用寿命内，所节省的二氧化碳相当于将1330辆化石燃料汽车换成电动汽车。

“如果你需要使用柴油发动机，那么我们可以做得更好一些，”他在结束时说。“但我们可以更进一步，让同等功率的燃气发动机能够快速响应，具有燃料灵活性，并具有稳定的功率输出，帮助取代更脏的燃料。”

如何最大限度地利用氢气 鲍曼电力公司首席执行官保罗•道曼-塔克并不太担心禁令可能会影响柴油发动机在某些应用中的使用。该公司交付的硬件可以应用于使用一系列燃料的发动机，包括液化石油气、天然气和氢气。 comppressor也可以用于氢冰。 以eCompressor为例，该单元用于补充标准涡轮增压器的压力。当将氢作为燃料时，这一点至关重要，因为与传统内燃机相比，低NOx燃烧所需的空气燃料比过高，因此在瞬态甚至稳态时补充空气输送，与传统涡轮相比，可以提高动力回报。 虽然Bowman公司生产的每一个独立单元都可以应用于使用氢气的内燃机，但eCompressor和eTurbo也可以用于提高氢燃料电池的能量输出。 这在很大程度上是通过增加进入机组的空气量来实现的，增加了功率密度。此外，由于燃料电池的唯一副产品是热量和水，eTurbo单元也可以捕获热量，以帮助继续良性的能源循环。