The Origin of HighTech.

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1 Kriterien für den Einsatz alternativer Kraftstoffe in modernen Landtechnikmotoren der DEUTZ AG Dipl.-Ing. Markus Winkler, DEUTZ AG; NRW-Biokraftstofftagung Perspektiven aus Forschung und Praxis, Haus Düsse am The Origin of HighTech.

2 Agenda DEUTZ the engine company Überblick Produktübersicht Innovationen Entwicklung der Emissionsstandards für mobile Arbeitsmaschinen in Europa Biodiesel motorische Herausforderungen Freigabestatus für den Einsatz von Biodiesel in DEUTZ Landtechnikmotoren Ausblick für zukünftige Emissionsstufen EU COM Stufe IV Zusammenfassung 2

3 DEUTZ auf einen Blick Profil 150 Jahre DEUTZ - Leistung aus Tradition Im Jahr 1864 von Nicolaus August Otto - dem Erfinder des Viertaktmotors - gegründet Unabhängiger Produzent von Dieselmotoren in der Leistungsklasse 25 bis 520 kw Entwicklungs- und Produktionsunternehmen mit hoher Expertise als Systemintegrator Weltweite Vertriebskanäle und Service-Netzwerk Starker Markenname - synonym für führende Technologie und qualitativ hochwertige Produkte Eckdaten 2013 Vorstand Umsatz 1,45 Mrd. Konzernergebnis 36,0 Mio. Free Cashflow 13,8 Mio. Eigenkapitalquote > 40% Dr. Helmut Leube (CEO) Dr. Margarete Haase (CFO) Michael Wellenzohn (CSO) Erstklassige Kundenbasis 3

4 Motoren für alle Anwendungen Baumaschinen Landmaschinen Nutzfahrzeuge Flugfeldgeräte Schiffe GenSets Infrastruktur Ernährung Täglicher Bedarf Personenverkehr Freizeit Energie 4

5 DEUTZ Motoren in der Landtechnik Umsatz nach Anwendungsbereichen, Q1-Q (Q1-Q3 2013) Sonstiges 1% 15,4 Mio. (16,2 Mio. ) Automotive 5% 56,8 Mio. (132,4 Mio. ) Stationäre Anlagen 10% 122,4 Mio. (132,1 Mio. ) 1.177,9 Mio. (1.043,1 Mio. ) Mobile Arbeitsmaschinen 49% 582,2 Mio. (353,3 Mio. ) Service 17% 193,6 Mio. (192,0 Mio. ) Landtechnik 18% 207,5 Mio. (217,1 Mio. ) 5

6 Produktübersicht Motoren für Stufe IIIB / IV Abgasemissionsstandards Fokus Mobile Arbeitsmaschinen und Landtechnik (TC)D kw (TC)D kw TCD 4.1 / kw TCD kw TCD 12.0 / kw Preisgekrönter neuer Motor Sehr kompakte Motorenabmaße minimieren Einbauaufwand Einfache Abgasnachbehandlung (nur Katalysator) Neuer Motor ausgerichtet auf industrielle Anwendungen und Landtechnik Höchste Leistung und Drehmoment in seiner Klasse Einfache Abgasnachbehandlung Bessere Leistungsdichte und verbesserte Lebenszykluskosten im Vergleich zu Vorgängermodellen Optimierte Abgasnachbehandlungskonzepte für industrielle Anwendungen und Landtechnik (DVERT) Bessere Leistungsdichte und verbesserte Lebenszykluskosten im Vergleich zu Vorgängermodellen Optimierte Abgasnachbehandlungskonzepte für industrielle Anwendungen und Landtechnik (DVERT) Kompaktester Motor seiner Klasse Verbesserte Lebenszykluskosten Kein DPF - keine Regeneration oder Wartung im Vergleich zum Wettbewerb V 1013 / V V 912 / / / 2015 (TC)D 2.9 (TC)D 3.6 TCD 4.1 / TCD 6.1 TCD 7.8 TCD 12.0 / TCD 16.0 Mobile Arbeitsm. Stationäre Anlagen kw kw Landtechnik Automotive kw kw kw kw kw kw kw kw kw kw Stufe IIIA / Tier 3 und niedriger Euro 5 und niedriger Stufe IIIB / IV Tier 4 interim / final 6

7 Innovationen Produkt-Vorstellung auf der der Agritechnica 2007 als ersten Industriedieselmotor der Abgasstufe EU COM IIIA, der ausschließlich mit 100% Rapsöl nach DIN betrieben werden kann. Weiterentwicklung der DEUTZ Motorbaureihe TCD2012 2V mit DEUTZ Common Rail für den Betrieb mit Rapsölkraftstoff mit einem Maximum an Zuverlässigkeit, Dauerhaltbarkeit und Betriebssicherheit. Serienmotoren bzw. Serientraktoren von FENDT und DEUTZ-FAHR wurden eingeführt, als infolge der Ausweitung der Agrardieselsteuer Rapsöl uninteressant geworden ist (2008) Marktakzeptanz war somit nicht zufriedenstellend!

8 Entwicklung der Emissionsstandards Mobile Arbeitsmaschinen EU 8

9 Entwicklung der Emissionsstandards Emissionsminderungsstrategie Stufe EU COM IV PM [g/kwh] 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 Stufe IV kw Stufe IIIA DPF 98% ext. gekühl. EGR 1999 bis 2014: Reduktion Partikelemissionen: 96,5 % Reduktion Stickoxide NO x : 95,7 % Stufe IIIB SCR Stufe IIIA Agripower: Common Rail, Ladeluftkühlung externe gekühlte EGR Merkmale Stufe EU COM IIII B / Tier 4 interim DEUTZ Common Rail (DCR ) bis 2000 bar Neues Düsendesign Waste gate ATL Ladeluftkühler SCR (VWT-Basis) Zusätzliche Merkmale Stufe EU COM IV / Tier 4 Externe gekühlte Abgasrückführung DPF / SCR Optionen Brenner für DPF-Regeneration VTG ATL Zweistufige Aufladung mit u. ohne Zwischenkühlung w/o ecegr 0, NO x (+HC) [g/kwh]

10 Technisches Konzept bis Stufe EU COM IV Entwicklungsschritte am Beispiel TCD 4.1/6.1 Stufe II Stufe IIIA Stufe IIIB Stufe IV SOP: 2003 SOP: 2006 SOP: 2011 SOP: 2014 Konfiguration L4 und L6 Version 2V / 4V 4V Motorsteuerung mech. mech. / elektronisch elektronisch Einspritzung UPS UPS / DCR DCR 1600 / 2000 bar Turbo standard mech. WG el. WG el.wg / DST AGR intern / extern ohne extern Abgasnachbehandlung SCR DPF BFM 2012/2013 TCD 2012 TCD 4.1 /

11 Abgasnachbehandlung für Stufe EU COM IV für Mobile Arbeitsmaschinen Verantwortlichkeit des Motorenherstellers F F F F F alte Abgasgesetzgebung Abgasgesetzgebung ab Stufe EU COM III B Verantwortlichkeit für die Motoremissionen Verantwortlichkeit für die Motoremissionen und Abgasnachbehandlung im Life Cycle 11

12 Abgasnachbehandlung für Stufe EU COM IV für Mobile Arbeitsmaschinen Verantwortlichkeit des Motorenherstellers Einsatz von AGN mit einem kombiniertem System DOC/SCR/DPF Über 90 % NO x -Reduzierung möglich, Oxidation von HC und CO, 100 % Partikelreduktion durch DPF, Filterregeneration durch CRT Effekt / Heat Management-System (HMS), Zusätzliches Betriebsmittel (AdBlue ) notwendig, Regelmäßige Reinigung des Filters von der Asche. HMS Urea H 2 O NO 2 Darstellung EAT CO 2 DOCDPF SCR Slip CAT NOx HC CO Geschlossenes Partikelfiltersystem 12

13 Biodiesel motorische Herausforderungen (I) Deaktivierung von EAT-Systemen insbesondere durch Alkali-Elemente Na und K sowie Phosphor möglich. SCR-Deaktivierung aufgrund Alkali-/Erdalkalimetalle möglich. Irreversible Platindeaktivierung des DOC & DOC/DPF möglich. DPF-Aschebeladung durch Alkali-/Erdalkalielemente (insbesondere Ca / Mg). Ascheanteil aus Dieselkraftstoff in der Regel vernachlässigbar (<< 1 mg/kg). Keine Grenzwerte für P, Ca, Mg, Na, K in der EN 590 (max. Aschegehalt: 100 mg/kg). Die aktuellen Elementgrenzwerte für Biodiesel nach EN sind zu hoch: Gehalt an Alkali-Metallen ( Na + K): 5 mg/kg Gehalt an Erdalkali-Metallen ( Ca + Mg): 5 mg/kg Phosphor: 4 mg/kg Weitere Anpassung insbesondere bei den Erdalkali- und Alkali-Metallen notwendig. Prüfverfahren und Präzisionsdaten sind zu verbessern. Veröffentlichungen von Feldergebnissen zeigen flächendeckend sehr niedrige Elementgehalte (<< 1 mg/kg)! 13

14 Biodiesel motorische Herausforderungen (II) Biodieseleinsatz mit später Nacheinspritzung bzw. durch Heat-Mode / Stand-Still-Mode führt zur Ölverdünnung. Differenziertes Siedeverhalten von Biodiesel gegenüber Dieselkraftstoff, Halbierte Ölwechselintervalle. Buntmetallfreie Kraftstofffilter erforderlich. Die Verwendung von FAME-resistenten Bauteilen im Kraftstoffsystem (z.b. Schläuche) ist erforderlich oder diese Bauteile müssen regelmäßig getauscht werden. Biodieselablagerungen und Verklebungen in den Injektoren sind aufgrund der gegenüber Diesel verminderten Oxidationsstabilität möglich. Probleme sind aber eher von Biodieselblends bekannt (aber Minimierung dieser Probleme durch Zugabe von Oxidationsinhibitoren möglich.) Aber: Biodiesel ist ein hervorragendes Schmierfähigkeitsadditiv. Senkung der Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoff und Partikelemissionen um bis zu gleichzeitiger leichter Erhöhung der NO x -Rohemissionen und des Kraftstoffverbrauchs (6-7 %)*. % bei * ohne Leistungskorrektur 14

15 Freigabestatus für den Einsatz von Biodiesel in DEUTZ Landtechnikmotoren Freigabe für Motoren der Abgasstufen EU COM Stufe I bis IIIA (ab Bj. 1993): Motoren ohne Abgasnachbehandlung praktisch alle Baureihen Freigabe für Motoren der Abgasstufe EU COM Stufe IIIB: TCD 4.1 L4 TCD 6.1 L6 TCD 7.8 L6 Diese Motorenbaureihen verfügen über eine SCR-Abgasnachbehandlung ohne AGR. Für alle Biodieselfreigaben gilt zusätzlich: Halbierte Ölwechselintervalle ( TR Motorenöle /2). Basis ist das Technisches Rundschreiben TR /1 Kraftstoffe. Freigabe gilt für 100% Biodiesel nach EN Kunden in Deutschland wird empfohlen, auf die Absicherung der Qualität durch ein Zertifikat der Arbeitsgemeinschaft Qualitätsmanagement Biodiesel e.v. AGQM zu achten

16 Freigabestatus für den Einsatz von Biodiesel in DEUTZ Kundeninformation / Öffentlichkeitsarbeit Produktinformationen Hersteller Freigabenbedingungen (Wartungshinweise, Bedienungsanleitung) Technisches Rundschreiben DEUTZ TR Biodiesel Produktqualität, Lagerung, Bezugsquellen, Einkaufskriterien Qualitätssicherungssystem AGQM Ziel: Kundenzufriedenheit und Vermeidung von Gewährleistungsproblemen 16

17 Zukünftige Motorenfreigaben für alternative Kraftstoffe Ausblick DEUTZ ist Motorenlieferant, kein Gerätehersteller. Anforderungen kommen vom Kunden. Marktbedingungen müssen berücksichtigt werden. Biodiesel (und Pflanzenöl) für die Abgasstufe EU COM IV: Weiterführende Untersuchungen sind unbedingt notwendig. DOC-Systeme (u.u. irreversible Platindeaktivierung) und Fe-Zeolith-SCR-Systeme sind hinsichtlich Ihrer Vergiftungstendenz als wesentlich kritischer einzustufen als die für Stufe EU COM IIIB verwendeten VWT-SCR- Systeme. Abgasnachbehandlungssysteme (insbesondere DPF) erfordern eine weitere Limitierung der asche-bildenden Komponenten (insbesondere Ca+Mg ) sowie der Katalysatorgifte (P, Na, K), Für Pflanzenöltraktoren wären darüber hinaus umfangreichere Anpassungen notwendig. Notwendigkeit der Weiterentwicklung der Normen für biogene Kraftstoffe: Biodiesel (FAME) EN 14214, Rapsöl DIN bzw. Pflanzenöl DIN Spec 51623, Deutsche und europäische Normen und Standards müssen die Basis für globale Biokraftstoffqualitäten sein

18 Zukünftige Motorenfreigaben für alternative Kraftstoffe Forschungsvorhaben Forschungsprojekt: Betriebsverhalten von EU Stufe IV Industrie- und Landtechnikmotoren mit Abgasnachbehandlung im Biodieselbetrieb (FNR-Förderkennzeichen /2016). Ziel: Prinzipieller Nachweis der Eignung von Biodiesel für den Betrieb von Serienmotoren der Abgasstufe EU COM IV (Non-road) für Landtechnik und Industrieanwendungen. Schwerpunkt ist hierbei die Untersuchung der Auswirkungen von FAME auf das Abgasnachbehandlungssystem Ausführende Forschungsstelle: Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren (Prof. Dr.-Ing. Horst Harndorf) Projektpartner und Förderung: 18

19 Zusammenfassung DEUTZ nimmt eine weltweit führende Rolle in der Entwicklung von Dieselmotoren ein, die mit biogenen Kraftstoffen betrieben werden können. Freigabe der meisten DEUTZ-Motorbaureihen im Landtechnikbereich für den Einsatz von Biodiesel bis Emissionsstufe EU COM III B. DEUTZ hat grundsätzlich ein begründetes Interesse an der Motorenfreigabe für biogene Kraftstoffe bei aktuellen Emissionsstufen ( EU COM Stufe IV). Anteil an reinen Biokraftstoffen und Biokraftstoffblends wird sich national, regional und global weiter erhöhen. Die Einsatz von Biokraftstoffen ist abhängig von gesetzlichen Maßnahmen bei den Biokraftstoffquoten, Energiesteuern und Subventionierungen ( Agrardiesel ), aber auch von der Akzeptanz des Endverbrauchers und von den entsprechenden Motorenfreigaben der Hersteller. Mittelfristige Planung für den Motorenhersteller muss aufgrund der gesetzlichen Rahmenbedingungen sichergestellt sein. Motoren der Emissionsstufe EU COM IV müssen erst an den Biokraftstoff angepasst und freigefahren werden Entwicklungshorizont ca. 1 bis 2 Jahre. Die Erfüllung von Nachhaltigkeitskriterien für Biokraftstoffe ist zwingend erforderlich. 19

20 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Dipl.-Ing. Markus Winkler DEUTZ AG F&E Ottostraße 1 D Köln +49 (0) winkler.m@deutz.com 20