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Eidgenössisches Volkswirtschaftsdepartement EVD
Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Neue Abgasvorschriften -saubere Traktoren
Marco Landis
Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010
Wie sauber werden die Traktoren?
1 Traktor Baujahr 2000, 70 kW, 1 * 0,85 g/kWh * 1,23 (Dynamik) * 1,2 (Alterung) = 1,25 g/kWh
gleiche Pm- Emissionen wie:
56 Traktoren Baujahr 2012, 70 kW
56 * 0,0225 g/kWh= 1,26 g/kWh
Grundlage:- Emissionsfaktoren: BAFU UW0828- Turbomotor
Korrektur Dynamik für Stufe 0 Motor, Stufe III B y ,(dynamischer Mess-Zyklus)
2Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Gesetzgebung für Traktoren und MotorkarrenMotorkarren
Quelle: BAFU 2008, Entwicklung der CH-Gesetzgebung im Bereich der
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Quelle: BAFU 2008, Entwicklung der CH Gesetzgebung im Bereich der Abgasemissionen von Motorfahrzeugen und Maschinen
Vergleich zu LKWs
Vergleich PM Grenzwerte zwischen LKW und Traktor
0.35
0.4
0.45
LKW
0 15
0.2
0.25
0.3
PM [g
/kW
h] Traktor 130 - 560kW
0
0.05
0.1
0.15
0
Jahr
4Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Problematische Abgasbestandteile (Partikel und NOx)
Verhalten von Russ - NOx - Kraftstoffverbrauch
(Partikel und NOx)
NOx Partikel
spezifischer Kraftstoffverbrauch
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Technik zum Ereichen der Stufe IIIA
AGR: Abgasrückführung
0.3AGR
Stufe II
Stufe III A (NOx+HC)
0.15
0.2
0.25
PM [g
/kW
h]
0
0.05
0.1
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
NOx [g/kWh]Stufe III BStufe IV
0
Leistungsklasse 75 -130 kW
6Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Abgasrückführung
• Ein Teil des Abgases wird zurückgeführt
• Das rückgeführte Abgas weist einen geringeren Sauerstoffanteil auf und nimmt nicht mehr aktiv an der Verbrennung teil.
• Verbrennungstemperatur sinkt, es entstehen i Sti k id NOweniger Stickoxide NOx
• Die Rückführung des Abgases kann intern, aber auch extern erfolgenauch extern erfolgen.
7Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Abgasrückführung (intern)
Quelle:F. Jaussi, HDT-Konferenz 27.+28.6.2007
• Abgas wird innerhalb des Motors rückgeführt
• Einfacher Aufbau (zusätzliche Nocke• Einfacher Aufbau (zusätzliche Nockeauf Nockenwelle)
• Rückgeführtes Abgas weist hohe Temperaturen auf
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Abgasrückführung (extern)
Ansaugluft
AGR-Kühler
AGR-RegelventilAGR Regelventil
• Abgas wird ausserhalb des Motors rückgeführt
• Rückgeführtes Abgas wird gekühlt -> geringere V b t tVerbrennungstemperatur
• Anteil an rückgeführtem Abgas kann variiert werden
9Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Abgasstufe 3B und 4(Einführung ab 1.1.2011)( g )
Abgasnachbehandlung wird notwendig!g g g
• Partikelfilter (Reduktion der Partikel)
• SCR-Systeme (Reduktion der Stickoxide)( )
10Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Abgasnachbehandlungssysteme in der LandwirtschaftLandwirtschaft
• Sehr unterschiedliche Auslastung ->unterschiedlichen Abgastemperaturen(auch SCR-Systeme brauchen eineMindesttemperatur zum Funktionieren) 600
300
400
500
mpe
ratu
r [°C
]
• Kurzzeiteinsätze0
100
200
1472147314741475147614771478147914801481
Abg
aste
m
• Kurzzeiteinsätze• Hoftankstelle
1472147314741475147614771478147914801481Betriebsstunden [h]
Abgastemperatur beim Holz-Spalten
11Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Technik zum Ereichen der Stufe IIIB[g
/kW
h]AGR: AbgasrückführungDPF: DieselpartikelfilterSCR: Selective catalytic reductionbe: spezifischer TreibstoffverbrauchPM: PartikelmasseNO Sti k idbe
[ NOx: Stickoxide
0.25
0.3
Wh]
AGR
Verbrennungs-
Stufe II
Stufe III A (NOx+HC)
0 05
0.1
0.15
0.2
PM [g
/kW
DPF
Verbrennungs-optimierung
SCR
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
NOx [g/kWh]Stufe IIIBStufe IV
0
0.05
Leistungsklasse 75 -130 kW
12Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Diesel-Partikelfilter (DPF)
Rohabgase
gereinigteAbgase
Rohabgase
gereinigteAbgase
RohabgaseRohabgase
Das Abgas durchströmt die porösen Trennwände des FiltersDas Abgas durchströmt die porösen Trennwände des Filters. Dort lagert sich der Russ ab. Damit der Filter nicht verstopft, wird der Russ periodisch oder kontinuierlich zu CO2 und wenig Asche verbrannt.
13Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Diesel-Partikelfilter
• DPF werden in dieMotorsteuerung integriertg g
• Thermomanagement
• Brenner• katalytische Verbrennung• Luftdrosselung• Thermomanagement g• Einspritzzeitpunkt• Nacheinspritzungen
• Einsatz meist mitvorgeschaltetem Oxidationskatalysator
PartikelfilterKatalysator
y(Reduziert Russzündtemperaturund vermindert CO und HC)
14Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Wartung DPF
Rohabgase
gereinigteAbgase
ndru
ck
US-Tier4-Vorschrift für Offroad-Dieselmotoren:
Minimale DPF-Wartungs- und Reinigungsintervalle (§1039.125)!
P < 130 kW minimal 3000 h
Abga
sgeg
en
Z it
P > 130 kW minimal 4500 h
Gilt nur für OEM-Ausrüstungen (nicht für Nachrüstungen)
15Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Zeit
AscherückständeF dt F 411 V i D t F h A t K100 HSM 805 HD
Ölsorte normal oil Low-SAPS normal oil Low-SAPS normal oil Low-SAPSLaufzeit [h] 553 553 415 416 674 660Ölnachfüllung [l] 7 5.5 2 2.4 < 1 < 1Asche [g] 76.1 28.0 13.1 7.4 17.6 7.2
Fendt Farmer 411 Vario Deutz-Fahr Agrotron K100 HSM 805 HD
[g]Asche [g/100 h] 13.8 5.1 3.2 1.8 2.6 1.1Veränderung Aschemenge [%] -63% -44% -59%
Die Filterasche besteht hauptsächlich aus:
- Calciumoxid
- Phosphaten
- Sulfaten
16Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Sulfaten
SCR SystemIn das Abgas wird eine Harnstofflösung eingespritzt, welche im Katalysator die Stickoxide beseitigt
Verbrauch zirka 2 bis 5 % des KraftstoffverbrauchesVerbrauch zirka 2 bis 5 % des KraftstoffverbrauchesAd-Blue Tank
Einspritzpumpe
Dosierung
Motor
SCR-Katalysator
Eindüsung
Harnstoff-Zersetzung
(NH2)2CO + H2O -> 2NH3 + CO2HNCO + H2O -> NH3 + CO2
SCR-Katalysator
4NH3 + 4NO + O2 -> 4N2 + 6H2O 2NH3 + NO + NO2 -> 2N2 + 3H2O8NH3 + 6NO2 -> 7N2 + 12H2O
Sperrkatalysator
4NH3 + 3O2 -> 2N2 + 6H2O
17Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Harnstofflösung
• Für den Einsatz in SCR-Systemen wird eine wässrige 32,5 % Harnstofflösung eingesetzt.
• Genormt nach DIN 70070 und ISO 22241
• Markenname AdBlue ®
f• Eigenschaften:- Klare Flüssigkeit
- Gebindegrössen ab 10 Liter
- Kristallisiert bei -11°C
18Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Partikelmasse - Partikelanzahl
Vergleich von Abgasnachbehandlungs-Technologien bei LKW‘s
• Partikelmassegrenzwert lässt sich mit DPF oder SCR erreichen• Deutliche Partikelanzahlreduktion nur mit DPF
Vergleich von Abgasnachbehandlungs Technologien bei LKW sQuelle: Mayer et. al, Österreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift (ÖIAZ), 152. Jg., Heft 1-3/2007
19Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Vergleich DPF - SCR
DPF SCR
+ Keine zusätzlichen + Geringerer Treibstoffverbrauch Betriebsstoffe
gdurch optimalere Motoreinstellung
+ Massive Reduktion der Partikelanzahl
+ Durch geringeren Treibstoffverbrauch auch COPartikelanzahl Treibstoffverbrauch auch CO2Einsparung
- Filterreinigung notwendig - Zusätzlicher Betriebsstoff (Beschaffung, Lagerung,(Beschaffung, Lagerung, Betanken)
- Treibstoff-Mehrverbrauch, insbesondere während aktiven
- Partikelanzahl bleibt hoch
Regenerationen)
20Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Technologien der Hersteller
Zur Einhaltung der Stufe III B Grenzwerte können SCR- oder DPF-Systeme eingesetzt werden.
Traktorhersteller haben sich für folgende Techniken entschieden:
SCR DPF- Massey Ferguson (Serie 8600)*- Valtra (Serie S)*
- John Deere- New Holland (unter 100 PS)( )
- Fendt (Serie 800 Vario)*- New Holland (über 100 PS)- Deutz-Fahr (Agrotron Baureihe)
Case IH Steyr (über 100 PS)
( )- Case IH, Steyr (unter 100 PS)
- Case IH, Steyr (über 100 PS)
* Vorgestellt oder schon im Einsatz
21Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Technik zum Ereichen der Stufe IV
[g/k
Wh]
AGR: AbgasrückführungDPF: DieselpartikelfilterSCR: Selective catalytic reductionbe: spezifischer TreibstoffverbrauchPM: PartikelmasseNO Sti k idbe
[ NOx: Stickoxide
0.25
0.3
Wh]
AGR
Stufe IIStufe IIIA (NOx+HC)
0 05
0.1
0.15
0.2
PM [g
/kW
DPF
SCR
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
NOx [g/kWh]Stufe IIIBStufe IV
0
0.05 SCR
Leistungsklasse 75 -130 kW
22Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
SCRT-SystemT ib t fft kTreibstofftank
Steuerung
Ad-Blue Tank
Einspritzpumpe
NOX
Dosierung
Oxidations-Katalysator
Motorp T
SCR-Katalysator
Eindüsung
Sperr-KatalysatorPartikelfilterKatalysator Katalysator Katalysator
CO HCPM NOX
CO2
H2O
N2
Quelle: Deutz
23Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Besondere Vorschriften Schweiz
• Im Rahmen des Luftreinhalte-Konzepts und des Aktionsplans gegen Feinstaub werden verschiedene
it h d M h Mi d dweitergehende Massnahmen zur Minderung der Partikelemissionen geprüft. Das UVEK arbeitet einen Partikelanzahlgrenzwert für neue land- und forstwirtschaftliche Fahrzeuge aus und wird ihn international notifizieren. Einführung nicht vor 2012Einführung nicht vor 2012.Wird auch für andere Dieselrussquellen geprüft!
• Partikelanzahlgrenzwert für Baumaschinen gemäss g gLRV(Betrifft Traktoren auf Baustellen)
24Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Zusammenfassung
• Die Abgasgrenzwerte werden mit den Stufe IIIB und IV massiv verschärft
• Abgasnachbehandlung wird notwendig mit DPF und /oder SCRAnforder ngen an Treibstoff nd Ölq alität steigen• Anforderungen an Treibstoff- und Ölqualität steigen
• Bauraum für Motor und Abgasnachbehandlung wird grösserg
• Kosten für Motoren steigen
25Neue Abgasvorschriften – saubere Traktoren | Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010Marco Landis | © Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
FragenFragen
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