Kriterien für den Einsatz alternativer Kraftstoffe in ... · The Origin of HighTech. Kriterien...

The Origin of HighTech.

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 27.11.2014

© DEUTZ AG. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing, distribution, as well as in the event of applications for industrial property rights.

Agenda

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27.11.2014

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


DEUTZ auf einen Blick

Umsatz 1,45 Mrd. € Konzernergebnis 36,0 Mio. € Free Cashflow 13,8 Mio. € Eigenkapitalquote > 40%

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

Dr. Helmut Leube (CEO) Dr. Margarete Haase (CFO) Michael Wellenzohn (CSO)

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© DEUTZ AG. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing, distribution, as well as in the event of applications for industrial property rights.VE-VP, Winkler

4

Motoren für alle Anwendungen

Baumaschinen

Infrastruktur Ernährung Täglicher Bedarf Personenverkehr Freizeit Energie

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Landmaschinen Nutzfahrzeuge Flugfeldgeräte Schiffe GenSets


DEUTZ Motoren in der Landtechnik

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Sonstiges 1%15,4 Mio. €(16,2 Mio. €)

Service 17%193,6 Mio. €(192,0 Mio. €)

Automotive 5%56,8 Mio. €(132,4 Mio. €)

Mobile Arbeitsmaschinen 49%582,2 Mio. €

(353,3 Mio. €)

Stationäre Anlagen 10% 122,4 Mio. €(132,1 Mio. €)

Landtechnik 18%207,5 Mio. €

(217,1 Mio. €)

1.177,9 Mio. €(1.043,1 Mio. €)

Umsatz nach Anwendungsbereichen, Q1-Q3 2014(Q1-Q3 2013)


Produktübersicht

6

(TC)D 2.9

25 – 56 kW

(TC)D 2.9

25 – 56 kW

(TC)D 3.6

50 – 90 kW

(TC)D 3.6

50 – 90 kW

TCD 7.8

160 – 250 kW

TCD 7.8

160 – 250 kW

TCD 12.0 / 16.0

300 – 520 kW

TCD 12.0 / 16.0

300 – 520 kW

TCD 4.1 / 6.1

70 – 180 kW

TCD 4.1 / 6.1

70 – 180 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 ver-besserte Lebenszykluskosten im Vergleich zu Vorgängermodellen

Optimierte Abgasnachbehandlungs-konzepte für industrielle Anwendungen und Landtechnik (DVERT)

Kompaktester Motor seiner Klasse Verbesserte Lebenszykluskosten Kein DPF - keine Regeneration oder

Wartung im Vergleich zum Wettbewerb

Mobile Arbeitsm.

Land-technik

Stationäre Anlagen

Auto-motive

22 – 77 kW

60 – 155 kW

72 – 200 kW

118 – 243 kW

24 – 176 kW

77 – 441 kW

195 – 520 kW

25 – 56 kW

50 – 90 kW

70 – 180 kW

160 – 250 kW

300 – 520 kW

(TC)D 2.9

(TC)D 3.6

TCD 4.1 /TCD 6.1

TCD 7.8

TCD 12.0 /TCD 16.0

Stufe IIIA / Tier 3

und niedriger

Euro 5 und niedriger

Stufe IIIB / IV

Tier 4 interim /

final

20112011

2012 2V2012 2V

1013 / 2013 2V1013 /

2013 2V

2013 4V2013 4V

912 / 914

912 / 914

413 /513413 /513

1015 /20151015 /2015

Fokus Mobile Arbeitsmaschinen und LandtechnikMotoren für Stufe IIIB / IV Abgasemissionsstandards

Bessere Leistungsdichte und ver-besserte Lebenszykluskosten im Vergleich zu Vorgängermodellen

Optimierte Abgasnachbehandlungs-konzepte für industrielle Anwendungen und Landtechnik (DVERT)


Innovationen

Produkt-Vorstellung auf der der Agritechnica 2007 als ersten Industriedieselmotor der Abgas-stufe EU COM IIIA, der ausschließlich mit 100% Rapsöl nach DIN 51605 betrieben werden kann.

Weiterentwicklung der DEUTZ Motorbaureihe TCD2012 2V mit DEUTZ Common Rail® für den Betrieb mit Rapsölkraftstoffmit einem Maximum an Zuverlässigkeit, Dauerhaltbarkeit und Betriebssicherheit .

Serienmotoren bzw. Serientraktoren von FENDT und DEUTZ-FAHR wurden eingeführt, als infolge der Ausweitung derAgrardieselsteuer Rapsöl uninteressant geworden ist (2008) Marktakzeptanz war somit nicht zufriedenstellend!

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Entwicklung der Emissionsstandards –Mobile Arbeitsmaschinen EU

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927.11.2013

NOx (+HC) [g/kWh]

PM [g

/kWh] 0,25

0,20

0,15

0,10

0,05

0,000 1 2 3 4 5

Stufe IIIA

Stufe IV

Stufe IIIB

Stufe IIIA Agripower:Common Rail,Ladeluftkühlungexterne gekühlte EGR

DPF 98%

SCRw/o ecEGR

130 – 560 kW

ext. gekühl. 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

Entwicklung der EmissionsstandardsEmissionsminderungsstrategie Stufe EU COM IV

1999 bis 2014:Reduktion Partikelemissionen: 96,5 %Reduktion Stickoxide NOx: 95,7 %


Technisches Konzept bis Stufe EU COM IVEntwicklungsschritte am Beispiel TCD 4.1/6.1

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L4 und L6

mech. elektronischUPS UPS / DCR DCR 1600 / 2000 bar

Konfiguration

Stufe IISOP: 2003

Stufe IIIASOP: 2006

Stufe IIIBSOP: 2011

Stufe IVSOP: 2014

MotorsteuerungEinspritzung

AGR

Version 4V2V / 4V

intern / extern

Abgasnachbehandlung SCR

Turbo el .WG / DSTstandard

mech. / elektronisch

extern

DPF

mech. WG el. WGohne

BFM 2012/2013 TCD 2012 TCD 4.1 / 6.1


Abgasnachbehandlung für Stufe EU COM IV für Mobile Arbeitsmaschinen – Verantwortlichkeit des Motorenherstellers

■ F■ F■ F■ F■ F

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alte Abgasgesetzgebung

Abgasgesetzgebung ab Stufe EU COM III B

Verantwortlichkeit für die Motoremissionen Verantwortlichkeit für die Motoremissionen und Abgasnachbehandlung im Life Cycle


NOx

HCCO

NO2H2O

CO2

Abgasnachbehandlung für Stufe EU COM IV für Mobile Arbeitsmaschinen – Verantwortlichkeit des Motorenherstellers

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27.11.2014

Einsatz von AGN mit einem kombiniertem System DOC/SCR/DPF Über 90 % NOx-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.

Darstellung EAT

Geschlossenes Partikelfiltersystem

DPF

HMS Urea

DOC SCR SlipCAT


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 14214 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)!

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Biodiesel – motorische Herausforderungen (II)

Biodieseleinsatz mit später Nacheinspritzung bzw. durch Heat-Mode / Stand-Still-Mode führt zurÖlverdünnung. 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 40-50 % bei

gleichzeitiger leichter Erhöhung der NOx-Rohemissionen und des Kraftstoffverbrauchs (6-7 %)*.

* ohne Leistungskorrektur

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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 0199-99-01217/2). Basis ist das Technisches Rundschreiben TR 0199-99-01218/1 „Kraftstoffe“. Freigabe gilt für 100% Biodiesel nach EN 14214. Kunden in Deutschland wird empfohlen, auf die Absicherung der Qualität durch ein

Zertifikat der Arbeitsgemeinschaft Qualitätsmanagement Biodiesel e.V. – AGQMzu achten.

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27.11.2013


Freigabestatus für den Einsatz von Biodiesel in DEUTZ Kundeninformation / Öffentlichkeitsarbeit

Produktinformationen Hersteller Freigabenbedingungen (Wartungshinweise, Bedienungsanleitung) Technisches Rundschreiben DEUTZ TR 0199 - 99 - 01218 http://www.deutz.com/service/betriebsstoffe_br_und_additive/kraftstoffe.de.html

Biodiesel Produktqualität, Lagerung, Bezugsquellen,

Einkaufskriterien

Qualitätssicherungssystem AGQM

Ziel: Kundenzufriedenheit und Vermeidung von Gewährleistungsproblemen

VE-VP, Winkler16

27.11.2014


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-bildendenKomponenten (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 51605 bzw. Pflanzenöl DIN Spec 51623, Deutsche und europäische Normen und Standards müssen die Basis für globale Biokraftstoffqualitäten sein.

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27.11.2013


Zukünftige Motorenfreigaben für alternative Kraftstoffe – Forschungsvorhaben

Forschungsprojekt: Betriebsverhalten von EU Stufe IV Industrie- und Landtechnikmotoren mitAbgasnachbehandlung im Biodieselbetrieb (FNR-Förderkennzeichen 22012113 – 2015/2016). 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:

VE-VP, Winkler18

27.11.2014


Zusammenfassung

DEUTZ nimmt eine weltweit führende Rolle in der Entwicklung von Dieselmotoren ein, die mit biogenen Kraftstoffenbetrieben werden können.

Freigabe der meisten DEUTZ-Motorbaureihen im Landtechnikbereich für den Einsatz von Biodiesel bis Emissionsstufe EUCOM III B.

DEUTZ hat grundsätzlich ein begründetes Interesse an der Motorenfreigabe für biogene Kraftstoffe bei aktuellenEmissionsstufen ( 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, Energiesteuernund Subventionierungen („Agrardiesel“), aber auch von der Akzeptanz des Endverbrauchers und von den entsprechendenMotorenfreigaben 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.

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Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

Kontakt:Dipl.-Ing. Markus WinklerDEUTZ AG – F&EOttostraße 1D-51149 Köln+49 (0) [email protected]

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