Neue Abgasvorschriften - saubere Traktoren...Gesetzgebung für Traktoren und Motorkarren Quelle:...

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


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


Problematische Abgasbestandteile (Partikel und NOx)

Verhalten von Russ - NOx - Kraftstoffverbrauch

(Partikel und NOx)

NOx Partikel

spezifischer Kraftstoffverbrauch


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


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.


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


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


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)( )


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


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



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.


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)


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)


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


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


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


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


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)


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


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



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


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)


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


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