Neue Abgasvorschriften - saubere Traktoren

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1 Eidgenössisches Volkswirtschaftsdepartement EVD Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART Neue Abgasvorschriften - saubere Traktoren Marco Landis Agrartechniktage Tänikon, 16./17. Juni 2010

2 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 UW Turbomotor Korrektur Dynamik für Stufe 0 Motor, Stufe III B (dynamischer Mess-Zyklus) 2

3 Gesetzgebung für Traktoren und Motorkarren Quelle: BAFU 2008, Entwicklung der CH-Gesetzgebung im Bereich der Abgasemissionen von Motorfahrzeugen und Maschinen 3

4 Vergleich zu LKWs Vergleich PM Grenzwerte zwischen LKW und Traktor PM [g/kwh] LKW Traktor kW Jahr 4

5 Problematische Abgasbestandteile (Partikel und NOx) Verhalten von Russ - NOx - Kraftstoffverbrauch NOx Partikel spezifischer Kraftstoffverbrauch 5

6 Technik zum Ereichen der Stufe IIIA AGR: Abgasrückführung 0.3 AGR 0.25 PM [g/kwh] Stufe III A (NOx+HC) Stufe II Stufe IV Stufe III B NOx [g/kwh] Leistungsklasse kw 6

7 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 weniger Stickoxide id NOx Die Rückführung des Abgases kann intern, aber auch extern erfolgen. 7

8 Abgasrückführung (intern) Abgas wird innerhalb des Motors rückgeführt Einfacher Aufbau (zusätzliche Nocke auf Nockenwelle) Rückgeführtes Abgas weist hohe Temperaturen auf Quelle:F. Jaussi, HDT-Konferenz

9 Abgasrückführung (extern) Ansaugluft AGR-Kühler AGR-Regelventil Regelventil Abgas wird ausserhalb des Motors rückgeführt Rückgeführtes Abgas wird gekühlt -> geringere Verbrennungstemperatur t Anteil an rückgeführtem Abgas kann variiert werden 9

10 Abgasstufe 3B und 4 (Einführung ab ) Abgasnachbehandlung g wird notwendig! Partikelfilter (Reduktion der Partikel) SCR-Systeme (Reduktion der Stickoxide) 10

11 Abgasnachbehandlungssysteme in der Landwirtschaft Sehr unterschiedliche Auslastung -> unterschiedlichen Abgastemperaturen (auch SCR-Systeme brauchen eine Mindesttemperatur zum Funktionieren) Abgastem mperatur [ C] Kurzzeiteinsätze Hoftankstelle Betriebsstunden [h] Abgastemperatur beim Holz-Spalten 11

12 Technik zum Ereichen der Stufe IIIB [g/kwh] be [ AGR: Abgasrückführung DPF: Dieselpartikelfilter SCR: Selective catalytic reduction be: spezifischer Treibstoffverbrauch PM: Partikelmasse NOx: Stickoxide id 0.3 AGR PM [g/kw Wh] Stufe III A (NOx+HC) DPF Stufe II Verbrennungsoptimierung 0.1 SCR Stufe IV Stufe IIIB NOx [g/kwh] Leistungsklasse kw 12

13 Diesel-Partikelfilter (DPF) Rohabgase gereinigte Abgase Das 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 CO 2 und wenig Asche verbrannt. 13

14 Diesel-Partikelfilter DPF werden in die Motorsteuerung integriert Thermomanagement Brenner katalytische Verbrennung Luftdrosselung Einspritzzeitpunkt Nacheinspritzungen Einsatz meist mit vorgeschaltetem Oxidationskatalysator (Reduziert Russzündtemperatur und vermindert CO und HC) Katalysator Partikelfilter 14

15 Wartung DPF Rohabgase gereinigte Abgase Abgasgegen ndruck US-Tier4-Vorschrift für Offroad-Dieselmotoren: Minimale DPF-Wartungs- und Reinigungsintervalle ( )! P < 130 kw minimal 3000 h P > 130 kw minimal 4500 h Gilt nur für OEM-Ausrüstungen (nicht für Nachrüstungen) Zeit 15

16 Ascherückstände Fendt Farmer 411 Vario Deutz-Fahr Agrotron K100 HSM 805 HD Ölsorte normal oil Low-SAPS normal oil Low-SAPS normal oil Low-SAPS Laufzeit [h] Ölnachfüllung [l] < 1 < 1 Asche [g] Asche [g/100 h] Veränderung Aschemenge [%] -63% -44% -59% Die Filterasche besteht hauptsächlich aus: - Calciumoxid - Phosphaten - Sulfaten 16

17 SCR System In das Abgas wird eine Harnstofflösung eingespritzt, welche im Katalysator die Stickoxide beseitigt Verbrauch zirka 2 bis 5 % des Kraftstoffverbrauches Ad-Blue Tank Einspritzpumpe Dosierung Motor Eindüsung SCR-Katalysator Harnstoff-Zersetzung (NH 2 ) 2 CO + H 2 O -> 2NH 3 + CO 2 HNCO + H 2 O -> NH 3 + CO 2 SCR-Katalysator 4NH 3 + 4NO + O 2 -> 4N 2 + 6H 2 O 2NH 3 + NO + NO 2 -> 2N 2 + 3H 2 O 8NH 3 + 6NO 2 -> 7N H 2 O Sperrkatalysator 4NH 3 + 3O 2 -> 2N 2 + 6H 2 O 17

18 Harnstofflösung Für den Einsatz in SCR-Systemen wird eine wässrige 32,5 % Harnstofflösung eingesetzt. Genormt nach DIN und ISO Markenname AdBlue Eigenschaften: - Klare Flüssigkeit - Gebindegrössen ab 10 Liter - Kristallisiert bei -11 C 18

19 Partikelmasse - Partikelanzahl Vergleich von Abgasnachbehandlungs-Technologien bei LKW s Quelle: Mayer et. al, Österreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift (ÖIAZ), 152. Jg., Heft 1-3/2007 Partikelmassegrenzwert lässt sich mit DPF oder SCR erreichen Deutliche Partikelanzahlreduktion nur mit DPF 19

20 Vergleich DPF - SCR DPF SCR + Keine zusätzlichen + Geringerer Treibstoffverbrauch Betriebsstoffe durch optimalere Motoreinstellung + Massive Reduktion der + Durch geringeren Partikelanzahl Treibstoffverbrauch auch CO 2 Einsparung - Filterreinigung notwendig - Zusätzlicher Betriebsstoff (Beschaffung, Lagerung, Betanken) - Treibstoff-Mehrverbrauch, - Partikelanzahl bleibt hoch insbesondere während aktiven Regenerationen) 20

21 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 - Massey Ferguson (Serie 8600)* -Valtra(Serie S)* - Fendt (Serie 800 Vario)* - New Holland (über 100 PS) - Deutz-Fahr (Agrotron Baureihe) - Case IH, Steyr (über 100 PS) DPF - John Deere - New Holland (unter 100 PS) - Case IH, Steyr (unter 100 PS) * Vorgestellt oder schon im Einsatz 21

22 Technik zum Ereichen der Stufe IV [g/kwh] be [ AGR: Abgasrückführung DPF: Dieselpartikelfilter SCR: Selective catalytic reduction be: spezifischer Treibstoffverbrauch PM: Partikelmasse NOx: Stickoxide id 0.3 AGR PM [g/kw Wh] Stufe IIIA (NOx+HC) DPF Stufe II SCR Stufe IV Stufe IIIB NOx [g/kwh] Leistungsklasse kw 22

23 SCRT-System Treibstofftank Steuerung Ad-Blue Tank Einspritzpumpe NO X Dosierun g Motor p T CO HC PM NO X Eindüsung Oxidations- SCR- Sperr- Partikelfilter Katalysator Katalysator Katalysator CO 2 H 2 O N 2 Quelle: Deutz 23

24 Besondere Vorschriften Schweiz Im Rahmen des Luftreinhalte-Konzepts und des Aktionsplans gegen Feinstaub werden verschiedene weitergehende 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 Wird auch für andere Dieselrussquellen geprüft! Partikelanzahlgrenzwert für Baumaschinen gemäss LRV (Betrifft Traktoren auf Baustellen) 24

25 Zusammenfassung Die Abgasgrenzwerte werden mit den Stufe IIIB und IV massiv verschärft Abgasnachbehandlung wird notwendig mit DPF und /oder SCR Anforderungen ngen an Treibstoff- und Ölqualität steigen Bauraum für Motor und Abgasnachbehandlung wird grösser Kosten für Motoren steigen 25

26 Fragen 26