脱炭素化目標の達成に取り組む企業は、水素エンジンへの関心が高まっています。この1年、タタ・モーターズ、ブーラー・インダストリーズ、ウェルナー・エンタープライズなどの大手企業が、カミンズの15リットル水素エンジンに関心を示してきました。これらの技術がよりコストに優しく、広く利用できるようになるにつれて、より多くの大手企業が水素を搭載したソリューションを利用して脱炭素化することができます。

水素で稼働するエンジンはありますか?

はい。水素内燃機関(水素ICE)は、ディーゼルエンジンと同様に動作します。従来の内燃機関がガソリンやディーゼルを燃やすのと同様に、水素を燃焼させます。水素エンジンは、ほぼゼロエミッションで、すすや揮発性有機化合物を排出しません。実際、水素エンジンはディーゼルと比較して、二酸化炭素排出量を99%以上削減することができます。これは、ゼロカーボン技術と考えられています。

カミンズは、水素内燃機関で輸送業界をリードしています。これらのエンジンは現在の車両設計を念頭に開発されており、OEMとそのお客様にとって水素への移行をシンプルにすることを目指しています。カミンズの燃料に依存しないプラットフォームには、15リットルと6.7リットルの水素エンジンの両方が含まれています。これにより、コモンベースアーキテクチャと低炭素からゼロまでの燃料能力のメリットが得られます。それでは、すぐに水素トラックが見えることはありませんか?

15リットルの水素内燃機関は、2027年にフル稼働する見込みです。現在までに、カミンズは水素ICEコンセプトトラック2台をデビューしました。一つはX15Hを搭載した高負荷コンセプトトラックで、もう1つはB6.7Hを搭載したミディアムデューティーのコンセプトトラックです。どちらの概念もトラックは、実現可能な車両生産を複製し、ペイロードやスペースの要件に影響を与えずに簡単に統合可能な適合を示します。高負荷トラックは、500マイル以上の運転範囲を持ち、500 HPに達する見込みです。それに700バール圧力80kgの大容量水素貯蔵システムがあります。

このミディアムデューティーエンジンは、約290 HPと1200Nmのピークトルクに達する見込みです。カミンズは、既存のトランスミッション、ドライブライン、冷却パッケージに対応したディーゼルエンジンと同様の性能特性を目指しています。

水素エンジンにはスパークプラグが必要ですか?

はい。水素ICEにはスパークプラグが必要です。水素燃焼プロセスは、天然ガス、またはガソリンを使用するエンジンと同様です。水素は高圧タンクに貯蔵され、エンジンの燃焼室に供給され、空気と混合されます。スパークプラグがミックスに点火し、急速に燃焼します。燃焼室で発生した圧力がピストンを動かすと、クランクシャフトが駆動し、回転運動を起こします。スパークプラグが必要なため、ディーゼル車とは異なる場合がある推奨メンテナンス間隔に従うことが重要です。

ディーゼルエンジンは水素で稼働できますか?

いいえ。ディーゼルICEを搭載した車両は、水素ICと共通する点が多く、ディーゼルICEは水素のみで走行することはできません。ディーゼルICは圧縮点火サイクルで動作するため、スパークプラグは付いていません。一方、水素ICは火花点火で動作するため、燃料の点火にはスパークプラグが必要です。

さらに、H2-ICEsには、安全で効率的な運用に必要な多くの機能が組み込まれています。これには、厳しい業界標準のテストと認証を受けている高圧貯蔵タンクが含まれます。カミンズとNPROXXは、業界をリードする水素貯蔵オプションを提供する合弁会社を発表しました。また、2つのエンジンは排気後処理システムが大きく異なります。ディーゼルICE排気システムは、NOxと粒子状物質の排出量を削減するように設計されています。一方、水素ICE排気システムは、NOxが低く、粒子状物質の排出がほとんどないため、よりシンプルです。

ディーゼルエンジンと水素エンジンの共通点は?

しかし、ディーゼルエンジンと水素エンジンには類似点があります。これらのエンジンの類似点を最大限に活用し、お客様に最適なソリューションを生み出すために、カミンズは燃料に依存しないエンジンプラットフォームを開発しています。これらのプラットフォームはベースエンジンアーキテクチャで構成されており、燃料ごとに最適化された一連のエンジンを構築することができます。各エンジンは、1つの燃料を使用して動作します。このアプローチにより、OEMは異なる燃料で動作する同じ車両のバージョンを提供することが容易になります。

混合燃料保有車両を運用しているエンドユーザーは、同じプラットフォームから派生したエンジンを使用することでもメリットがあります。例えば、高度な部品の共通化により、部品の在庫管理やメンテナンス方法の伝達が容易になります。

水素エンジンに対するお客様の関心が高まっています。カミンズの燃料に依存しないエンジン技術を使用する企業や保有車両は、水素燃料がより広く利用できるようになるにつれて、水素を搭載したフリートに移行する立場に置かれるでしょう。水素車両は、水素に異なる燃料システムとオンボード貯蔵を使用しますが、メカニックとドライバーはすでにエンジンに慣れ親しんでいます。水素燃料車を採用するこの旅は、ゼロから始めるよりもはるかに経済的です。

カミンズは、水素を搭載した車両への移行や、環境目標の脱炭素化と達成を支援することに興味をお持ちのお客様と提携する準備ができています。詳しく知りたい方は、水素エンジンに関するよくあるご質問への回答をご覧ください。

先進的なディーゼルエンジンは、世界で最も重要な産業の多くを燃料としています。ボート、バージ、セミは、消費者が毎日使用しているほとんどの製品を動かします。農業機械は、私たちが必要とする食べ物と天然資源を確保します。建設機械は当社のインフラを動かします。

ディーゼルエンジンとは何でしょうか?その仕組みディーゼルエンジンの主要部品や特徴は?基本の詳細については、このブログをご覧ください。

ディーゼルエンジンとは

最高レベルのディーゼルエンジンの定義を見ると、ディーゼルエンジンは内燃機関の一種です。内燃機関とは、燃料の種類と酸化性物質を燃焼させ、電力を生み出す熱エンジンです。ディーゼルエンジンの場合、空気とディーゼル燃料が圧縮され、機械的エネルギーが生成されます。

しかし、ディーゼルエンジンの仕組みとは?それはかなり基本的なプロセスです。まず、空気をシリンダーに送り込みます。その後、ピストンが14~25回空気を圧縮し、熱を発生させます。空気が圧縮されると、燃料噴射器はディーゼル燃料をシリンダーに噴霧します。ディーゼル燃料を熱気に導入すると、混合物が点火し、化学エネルギーが生成されます。燃焼によってピストンがシリンダーから押し出され、化学エネルギーが機械的エネルギーに変換されます。このプロセスは、1分に数百~数千回繰り返し、車両に電力を供給するのに十分なエネルギーを生み出します。

ディーゼルエンジンの2種類は?

ディーゼルエンジンを分類するには、さまざまな方法があります。一般的に、出力できる電力(小、中、大)によって分類されます。しかし、もう一つの見分け方は、エンジンサイクルを完了するために使用されるストローク数(2ストロークエンジンと4ストロークエンジン)を見る方法です。ご想像の通り、2ストロークエンジンは2ストローク、4ストロークエンジンは4ストロークを使用します。次の2種類のディーゼルエンジンについて詳しく見ていきましょう。

2ストロークディーゼルエンジン
2ストロークのエンジンは、たった2ストロークで完全なエンジンサイクルを実現します。基本的に、サイクルが始まると、空気がシリンダーに入り込み、古い空気が払拭されます。その後、圧縮プロセスが発生します。ピストンがシリンダーの上部に近付くにつれて、ディーゼル燃料が追加され、化学エネルギーが生成されます。そのエネルギーがピストンを押し下げ、車輪に機械的エネルギーを送ります。

2ストロークディーゼルエンジンは、一般的に2種類のディーゼルエンジンの軽量化と小型化を実現しています。しかし、2ストロークでのみ動作するということは、摩耗の影響を受けやすいことを意味し、2ストロークエンジンの頻度が低い理由の1つです。

4ストロークディーゼルエンジン
4ストロークのエンジンでは、ピストンが上下を2回動かし、計4ストロークを発揮します。圧縮ストロークと排気ストローク(上記)に加えて、ピストンにはリターンストロークもあります。基本的に、ピストンが下に移動するにつれて空気がシリンダーに引き込まれます。ピストンが上に移動すると、空気が圧縮されます。ピストンがシリンダーの上部に達すると、燃料が噴射され、点火が発生します。点火時にピストンを押し下げ、機械的エネルギーを車輪に放出します。最後にピストンが上に戻り、焼けたガスを払拭します。

4ストロークエンジンは、ほとんどのディーゼルトラックや自動車に使用される、最も一般的な種類です。

ディーゼルエンジンの主要部品は?

ディーゼルエンジンは、数十個の部品で構成されています。ただし、以下のエンジン部品リストは、最も重要な9つのコンポーネントに関する情報を提供しています。

●    ブロック - 最新のディーゼルエンジンの基礎となるブロックは、基本的な内燃機関のすべての部品が含まれる場所です。ブロックには、燃焼が起こるシリンダーごとにオープンスペースがあります。
●    ピストン - ピストンが燃焼室の底を作り、エンジンの稼働中にシリンダー内を上下に動かします。ピストンの動きによって空気が圧縮され、燃焼が起きます。
●    シリンダーヘッド - シリンダーヘッドがブロック内のオープンスペースの上部を閉鎖し、燃焼が起こるチャンバーに到達します。このヘッドは、すべてのシリンダーをカバーする1つのユニットまたは1つのセクションをカバーする複数のユニットにすることができます。
●    バルブ - シリンダーを下部のピストンで閉じ、シリンダーヘッドを上部に配置すると、新鮮な空気が入り込み、残ったガスが出る方法が必要です。バルブが入る場所です。通常、空気を取り込むバルブは2つ、排気用はシリンダーごとに2つあります。
●    燃料噴射装置 - 今、シリンダー内で燃料を得る方法が必要なので、燃焼するものがあります。これらのコンポーネントはプロセスの複雑な部分であり、タイミングを高度に制御した非常に正確なパターンで燃料を噴霧します。
●    カムシャフト - バルブや燃料噴射を開く電気システムに頼るのではなく、ほとんどのエンジンは機械的プロセスを使用しています。カムシャフトの回転は、シャフトのローブが動き出すことで、これらのイベントのタイミングを制御します。
●    コネクティングロッド - これらの部品は、下腕のピストンに接続され、燃焼の力をクランクシャフトに運びます。
●    クランクシャフト - クランクシャフトは、燃焼の直線運動(燃焼プロセスの上下部分)を回転運動に変換します。

カミンズのディーゼルエンジンなら頼れる

カミンズのディーゼルエンジンは、世界で最もパワフルで信頼性の高いエンジンです。道路、水上、作業現場、農場で使用するエンジンをお探しの場合でも、カミンズの多様なエンジンラインアップはお客様のニーズに適しています。ディーゼルエンジンのコンポーネントに興味をお持ちの方は、当社が現在知っている現代のディーゼルエンジンを形作ってきた主なイノベーションをご検討ください。

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データセンターは、急速に進化するグローバルデジタル経済のバックボーンです。コンピューティングパワーの需要が高まる中、信頼性とサステイナブルなエネルギー源を持つことはますます重要になっています。ここ数十年にわたり、データセンターのアーキテクチャには、十分で信頼性の高い電力グリッドインフラストラクチャのメリットが反映されています。

現在、彼らはオンサイトのバッテリー貯蔵とバックアップ発電資産を組み込み、送電網の停電時に途切れることのない電力供給を保証します。データセンター事業者にとって、エネルギーの利用可能性、サステナビリティ、手頃な価格の課題に対処する必要性が高まっています。その結果、彼らは将来に適応し、見るために必要な多くの市場力を認識しています。

ESGと脱炭素化はもはや後回しではありません 

データセンターは世界の電力使用量の1%から1.5%を占め、オペレーターは環境への影響を認めています。彼らは、運営団体が定めるESG(環境・サステナビリティ・ガバナンス)イニシアチブを達成し、その達成に向けて、独自の会社目標を設定しました。炭素会計の目標を達成するため、データセンターは、株主や利害関係者に報告するよう自治体から圧力を受けています。投資家はまた、炭素会計を実施するためのインセンティブを提供しています。企業は、事業において以下の温室効果ガス(GHG)会計分類を使用しています。

• スコープ1:オンサイト資産が発電した電力からのGHG排出量。データセンターでは、エネルギー関連のスコープ1排出量の削減を検討しています。このような技術の例としては、ディーゼル燃料発電機の代わりに水素化植物油(HVO)、非常用バッテリーエネルギー貯蔵、天然ガスまたは水素ベースの技術などがあります。

• スコープ2:グリッドから消費される電力からのGHG排出量。これらはデータセンターの排出ガスの大部分です。これに対処するため、データセンターは風力と太陽光から再生可能エネルギーを調達する契約を結んでいます。これは、二酸化炭素排出量を削減するための迅速な方法です。火力発電所から電力を購入し続けるよりもはるかに速いです。

• スコープ3:上流のサプライヤーから下流の機能まで、他のすべてのデータセンターオペレーションからのGHG排出量。例えば、バックアップ発電機の生産と配送に伴うGHG排出量を示します。

スコープ1、2、および3の排出ガスを考慮することで、データセンターはその環境への影響に関する貴重な洞察を得ることができます。これにより、改善の分野を特定し、二酸化炭素排出量を削減できる技術革新や投資を促進することができます。ESGイニシアチブを優先し続ける中で、業界はますますサステイナブルになり、将来のエネルギーと環境の課題に対処するための設備が整うようになっています。

データセンターのオンサイトエネルギー資産は、厳しい排出ガス規制の対象となります。

データセンターでは通常、バックアップ電力にディーゼル発電機を選択します。それにもかかわらず、一部の地域の大気質当局は、EPAの基準など、国の基準よりも厳しい排出ガス規制を持っています。これらの規制は、データセンターとそのオンサイトエネルギー資産の環境への影響を制限することを目的とし、環境への影響を制限しようとするこれらの規制の対象となります。これを実現するために、規制当局は、オンサイト発電に許容される稼働時間を減らすことで、サイトの排出ガスを制限することがあります。

準拠するため、データセンター事業者と電力資産製造業者は、地域社会への影響を軽減するための措置を講じています。製造業者は、窒素酸化物(NOx)排出量を削減するための新しいエンジン制御キャリブレーションを開発しています。また、排気後処理システムを提供し、空気の質をさらに向上させます。一方、データセンターでは、これらの規制に合わせて運用時間とテスト時間を調整するためのコンプライアンス戦略を設計しています。また、新しい発電技術と低炭素燃料ソリューションをポートフォリオに組み込む可能性もあります。

電気系統の制約に対するオンサイトソリューション

Data centers worldwide run over 18 million servers. These servers put significant strain on the local electricity grids. It’s an issue particularly evident in areas like Northern Virginia and Dublin, Ireland where data centers account for a large portion of the grid demand. To generate some of the electricity they consume with their backup generator sets, data centers may need to exceed their permitted operating hours. The Virginia Department of Environmental Quality has considered temporarily allowing this to address the issue. Similarly, in Dublin, the state-owned electric power transmission operator has imposed limits on how much electricity data centers can draw from the grid. This has led to the need for alternative on-site, prime power solutions.

オンサイト発電は、電力需要の増加に起因するグリッドの混雑問題のギャップを埋めることができます。データセンターは、バックアップ発電資産を使用して、独自の電力の一部を生成することができます。現在、発電機セットは信頼性が高く、成熟した技術であり、わずかな物理的フットプリントから電力が失われます。水素サプライチェーンが成熟するにつれて、水素燃料電池のような他の資産は、将来的に施設に低炭素電力を供給することができます。データセンターの開発者はこの点をよく理解し、非常用電力だけでなく、常用出力の発電機やその他の新技術を評価しています。

グリッドサポートプログラムを通じた収益化の機会

データセンターの電力資産は、グリッド支援プログラムに参加することで、会社やその他の人々に利益をもたらす可能性があります。データセンターは、一日のピーク時に資産を運用することに同意することができます。例えば、テキサス州では8月の昼にエアコンユニットを稼働している可能性があります。その後、この電力をグリッドに送り返すか、データセンターをグリッドから取り除くために使用します。

また、エネルギーアグリゲーターは、発電資産から収益化することがこれまで以上に容易になっています。アグリゲータは、分散型の小規模な発電リソースを大量に登録し、仮想発電所のように商用化します。連邦エネルギー規制委員会の第2222号の命令により、現場の発電機セットやその他の分散型エネルギー資源が、米国の卸売エネルギー市場に容易にアクセスできるようになります。

データセンターは、グリッドサポートプログラムに参加することで、電力網の回復力と信頼性を高め、さらに会社の利益を高めることができます。

データセンターの運営方法は、規制、脱炭素化目標、グリッド容量などの市場力により変化しています。幸いなことに、Cummins Inc.はデータセンターとの提携に取り組んでいます。このパートナーシップは、データセンターがESG目標を達成し、急速に変化する業界で成功するのに役立ちます。これらの機会は、データセンターが市場の需要を満たすのに役立つだけでなく、より環境に優しく、よりサステナブルな未来にも貢献します。
 

ディーゼルエンジンの動作原理は発明家のルドルフ・ディーゼルが1892年に完成し、最初のプロトタイプは1897年に作成されました。その後、彼は理論の改善に取り組み続け、他の人々はすぐにこの発明の可能性に気付き、独自のバージョンを作り始めました。ディーゼルエンジンの重要性を認識する人の一人が、クレシー・リレ・カミンズでした。1919年、ディーゼル技術の向上と世界で最も優れたエンジンの生産を目標に、カミンズエンジンカンパニーを設立しました。彼のビジョンのおかげで、Cummins Inc.は現在グローバルリーダーであり、高負荷トラックや消費者向けピックアップから産業用鉱業や石油掘削まで、幅広い用途に対応する先進的ディーゼルエンジンを製造しています。

ディーゼルエンジンの仕組み

ルドルフ・ディーゼルは、理論上のエンジンがいかに効率を最大化できるかを理想的にしたモデルであるCarnotサイクルに基づいて内燃機関を製造しました。実際、このモデルは摩擦などの要因で最大限の効率が不可能なため動作しません。しかし、ディーゼルエンジンはこの理論原則を非常に実用的な方法で適用します。

一般に、ディーゼルエンジンはピストンを使って空気を圧縮してシリンダーの温度を上げ、噴霧化したディーゼル燃料をこのシリンダーに噴射することで動作します。燃料が高温に接触すると点火し、ピストンを駆動するエネルギーがクランクシャフトやパワートレインを通ってエネルギーを伝達します。このプロセスは高速で何度も繰り返され、ディーゼルエンジンは強力な技術です。ディーゼルエンジンの種類によって圧縮比が異なります。ディーゼルエンジンの圧縮比は、エンジンの出力に影響を与えます。比率が高いほど、より多くの電力が生成されます。

ディーゼルエンジンの仕組みについての一般的な質問の一つ。ディーゼルエンジンにスパークプラグがないのはなぜですか?簡単な答えは、ディーゼルエンジンは空気の圧縮によって燃料が点火されるため、スパークプラグは必要ありません。ディーゼルエンジンには「グロープラグ」と呼ばれる特定の部品があるため、混乱しないでください。グロープラグとスパークプラグを比較すると、その目的が異なることがわかります。スパークプラグは、ガソリンまたは天然ガスエンジンの燃料の点火に使用されます。グロープラグは燃料を点火しませんが、基本的にはシリンダー内の圧縮空気を加熱するのに役立つ小さなヒーターです。グロープラグは、ディーゼルエンジンの主な利点の中でも、コールドエンジンを始動する際に特に便利です。

ディーゼルエンジンの仕組みについて

段階的なプロセスを理解するために、ディーゼルエンジンのコンポーネントと機能を見ていきましょう。

● ブロック - 最新のディーゼルエンジンの基礎となるブロックは、基本的な内燃機関のすべての部品が含まれる場所です。ブロックには、燃焼が起こるシリンダーごとにオープンスペースがあります。
● ピストン - ピストンが燃焼室の底を作り、エンジンの稼働中にシリンダー内を上下に動かします。ピストンの動きによって空気が圧縮され、燃焼が起きます。
● シリンダーヘッド - シリンダーヘッドがブロック内のオープンスペースの上部を閉鎖し、燃焼が起こるチャンバーに到達します。このヘッドは、すべてのシリンダーをカバーする1つのユニット、または1つのセクションをカバーする複数のユニットにすることができます。
● バルブ - シリンダーを下部のピストンで閉じ、シリンダーヘッドを上部に配置すると、新鮮な空気が入り込み、残ったガスが出る方法が必要です。バルブが入る場所です。通常、空気を取り込むバルブは2つ、排気用はシリンダーごとに2つあります。
● 燃料噴射装置 - 今、シリンダー内で燃料を得る方法が必要なので、燃焼させるものがあります。これらのコンポーネントはプロセスの複雑な部分であり、タイミングを高度に制御した非常に正確なパターンで燃料を噴霧します。
● カムシャフト - バルブや燃料噴射を開く電気システムに頼るのではなく、ほとんどのエンジンは機械的プロセスを使用しています。カムシャフトの回転は、シャフトのローブが動き出すことで、これらのイベントのタイミングを制御します。
● コネクティングロッド - これらの部品は、下腕のピストンヘッドに接続され、燃焼の力をクランクシャフトに運びます。
● クランクシャフト - クランクシャフトは、燃焼の直線運動(燃焼プロセスの上下部分)を回転運動に変換します。

各ピストンは他のピストンと同期して動き、エンジンのバランスを取ります。4ストロークディーゼルエンジンを搭載したこれらの部品はすべて合わせて、4段階で燃焼イベントを起こします。これらの段階は次のとおりです。

1. 吸気ストローク
ピストンはシリンダーの底に下がり、開放吸気バルブから空気を引き込み、シリンダーに空気を送り込む負圧を生成します。
2. 圧縮ストローク
吸気バルブと排気バルブが閉じられており、ピストンが下から上に移動し、空気を圧縮して熱を生成します。このストロークの最後に、燃料がチャンバーに噴射されます。
3. パワーストローク
圧縮空気の熱で点火すると、燃料が爆発し、ピストンが下がり、エンジンの他の部分にエネルギーを伝達するパワーストロークが生まれます。
4. 排気ストローク
排気バルブが開き、ピストンが下から上に移動し、燃焼イベントからすべての排気を押し出します。

カミンズ:今日と明日のディーゼルエンジン

カミンズでは、現在市場に出回っている最もパワフルで信頼性の高いエンジンが、主なイノベーションを通じて進化し続けています。幅広いサイズと仕様で、お客様のニーズに合った様々なエンジンラインアップをご用意しています。お客様に最適なカミンズエンジンを今すぐご覧ください。最高のパフォーマンスを発揮する信頼性の高いエンジンを作るというカミンズの取り組みは、明日のエンジンに対する献身的な取り組みを示しています。カミンズは、クレシー・カミンズとルドルフ・ディーゼルの足跡をたどりながら、ディーゼルエンジン技術の中で最高のものを提供するために、常に新しいアイデアを革新し、テストしています。