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S/Sti 01.2006
Alternativen von heute
Lösungen für morgen
Ing. Wolfgang Stiefsohn
Scania Österreich Ges.m.b.H
Servicesupport
Ausbildung / Produkttechnik
S/Sti 01.2006
Transport Effizienz
Entwicklungs Herausforderungen
Betriebliche Aspekte
Langfristige Strategie
Zukünftige Energie Herausforderungen
S/Sti 01.2006
Transport Effizienz
S/Sti 01.2006
Tagesthemen
Wie siehts aus mit
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
S/Sti 01.2006
Zuverlässigkeit und Lebensdauer ?
Betriebskosten ?
Kraftstoffverbrauch ?
Nutzlast / Laderaum ?
Kraftstoffqualität ?
Wiederverkaufswert ?
Komfort ?
Einkaufspreis ?
Investition ?
Umweltfreundlichkeit ?
Fernverkehr
Fahrer und die
Herausforderung
Baustelle
Diesel
Diesel
Fahrer
Fahrer
Verteilerverkehr
Diesel Fahrer
Andere
Andere
Diesel
Fahrer
Andere
Andere
Dem
Kunden niedrigste Betriebskosten ermöglichen
Andere
S/Sti 01.2006
Effizienzsteigerung
Motorentwicklung
Rollwiderstand
Luftwiderstand
Erhöhte Ladekapazität
Fahrer Einfluß
10 Prozent
50%
1970
2000
Kraftstoffverbrauch / t km (= CO2 emissions)
S/Sti 01.2006
Leistungsfähigerer Straßen
Transport
Motorentwicklung
Rollwiderstand
Luftwiderstand
Erhöhte Ladekapazität
50%
1970
2000
Biotreibstoffe
Fahrzeugverbesserungen
Fahrer
Effizienter Fahrzeuggebrauch
2020
Verbrauchter Kraftstoff pro Tonne – km (= CO2 Emissions)
S/Sti 01.2006
Effizenterer Straßentransport
(modulare Längen)
Dreifache Ladekapazität – 25.25 m
• 40-60% zusätzliche
Ladungskapazität
Sattelzug – 16.5 m
• 30% weniger Fahrten
• - 20% Kraftstoffverbrauch pro
transportierter Tonne
LKW/Anhänger– 18.75 m
• 20% weniger Emissionen
• Gewicht auf 8 Achsen verteilt
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Herausforderungen
bei der Entwicklung
S/Sti 01.2006
Kraftstoffverbrauch
CO2 Emissions
Motoren Entwicklung
Stickoxide
S/Sti 01.2006
NOx
= NO + NO2
Kraftstoffverbrauch
CO2 Emissionen
Motoren Entwicklung
Stickoxide
S/Sti 01.2006
NOx
= NO + NO2
Kraftstoffverbrauch
CO2 Emissionen
Motoren Entwicklung
Motorenentwicklung
drückt die Kurve
0.5% pro
Jahr
NOx
Stickoxide
S/Sti 01.2006
= NO + NO2
Wie wird NOx reduziert
Diesel
1200
NOx ppm
1000
800
600
400
Senken der
Verbrennungstemperatur
• Einspritzzeitpunkt
• Ansauglufttemperatur
• Kraftstoff – Mischungsverhältnis
• AGR
200
0
Verbrennungstemperatur [K]
S/Sti 01.2006
Partikel Reduktion
Verkehrsbedingte Partikel
• Reifen
• Straßenoberfläche
• Bremsen
• Abgase
• Erhöhten Einspritzdruck
• Kontrollierten Ladedruck
• Brennraumdesign
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Abgaspartikel
• Ruß
• Kohlenwasserstoff
• Schmieröl
• (Schwefel)
• Abgasnachbehandlung
– Oxitationskatalysator
– Partikelfilter
Partikel Reduktion
Partikelzusammensetzung nach der
Verbrennung
Partikelzusammensetzung nach der
Reduktion
Schalldämpfer
• Ruß
• Kohlenwasserstoff
• Schmieröl
• (Schwefel)
Oxikat
• Ruß
• Kohlenwasserstoff
• Schmieröl
• (Schwefel)
• Ruß
• (Schwefel)
Partikel-
Oxikat
S/Sti 01.2006
filter
• (Schwefel)
Scania´s
technisches Zentrum
•
•
•
1,800 Ingenieure
(900 Antriebsstrang)
40 Motorenprüfstände
20 km Teststrecke
S/Sti 01.2006
Standardisierter Brennraum
1995
2000
2005
230
270
310
340
380
360
400
420
9-Liter
11-Liter
12-Liter
420
470
500 560
580 620
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12-Liter Turbocompound
16-Liter
Technische Lösungen
Rückgeführtes und gekühltes Abgas
EDC
Urea
Luft
Ansaugluft
Abgas
Catalytic
converter
Motor
Abgas
NH3 + NOx → N2 + H2O
gekühlte AGR
*
* Ab Gas Rückführung
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SCR
**
** Selective Catalytic Reduction
Technische Lösungen
• Abgas - Nachbehandlung
• Neue Technologie
für automotive Anwendung
EDC
Urea
Luft
• Abhängig von
– extra Tank und Füllung
– Infrastruktur zum Tanken
(nicht flächendeckend)
– Ureapreis (Betriebskosten)
– beeinflußt Fahrzeugaufbau
• Hohe Abgastemperaturen
erforderlich.
– Beste Anwendung
Catalytic
converter
Motor
Abgas
NH3 + NOx → N2 + H2O
SCR
z.B. Fernverkehr
** Selective Catalytic Reduction
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City bus DC9 05, April 2001
Fahrzeug Geschw. km/h
70
70
Vehicle speed, km/h
Stadt
Fahrten
80
60
60
50
50
40
40
30
30
20
20
City bus DC9 05
April 2001
10
10
SCR
S/Sti 01.2006
Temp inlet catalyst, C
50000
09:00
400
400
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00 °C15:00
Abgastemperatur
16:00
Time
300
300
200
200
100
100
Measured
Mean
00
09:00 10:00 11:00
12:00
13:00
14:00
Scania
9-Liter
Stadt
Bus,15:00
Euro 316:00 17:00
Time
Kraftstoffverbrauch
Effekt von SCR
Euro 3
Euro 4
Euro 1
+ Urea Lösung
NOx reduziert durch Abgasnachbehandlung
NOx
Stickoxide
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= NO + NO2
Schwindeln und
Manipulieren
• Richtungsweisende Anpassung der
Emissionsrichtlinien, für Euro 4 und 5 (Feb 11 2005)
– verhindert Manipulation der Emissionsniveaus
z.B. keine Harnstofflösung füllen,
• Befolgung gesichert durch:
–
–
–
–
System Funktionalität überprüft
NOx, im Abgassystem gemessen
Zuwiderhandlung wird 12 Monate gespeichert
Drehmoment wird min. 40 % verringert
• aktiviert bei Stillstand des Fzg´s
500 PS
2,400 Nm
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300 PS
1,440 Nm
Neue Einsatzfaktoren mit SCR
• Aufbau der Infrastruktur zur
flächendeckenden Versorgung mit
der Harnstoffwasserlösung
• Fehlanwendung und Manipulation
• Reinheit der Harnstofflösung
• Garantie
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Technische Lösung – EGR
Rückgeführtes und gekühltes Abgas
• Verbesserte Verbrennung
• Hochdruck Einspritzung
– Reduziert Partikel
– Effizienter
Kraftstoffverbrauch
Ansaugluft
• Getestet und seit
Jahrzehnten bewährt
• Nur Standard Diesel tanken
• Arbeitet in jedem
Betriebszustand
gekühlte AGR
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– Einsatzbereit im städtischen
Stop and Go - Verkehr
Kraftstoffverbrauch
Effekt of EGR
Euro 4
Euro 3
NOx durch verbesserte
Verbrennung reduziert
NOx
Stickoxide
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= NO + NO2
Wirtschaftliche Aspekte
S/Sti 01.2006
Wirtschaftlichkeit
Scania EGR
Scania SCR
3-4%
5-6%
Fuel
saving
3-4%
(V8)
Euro 5
Urea solution Urea solution
Fuel
Fuel
Fuel
Fuel
saving
3-4%
(V8)
Euro 3
Euro 4
Euro 5
Euro 4
S/Sti 01.2006
Kostenbalance– Euro 4/5
EGR
• Einkaufspreis ähnlich
wie SCR
SCR
• Einkaufspreis ähnlich
wie EGR
• Nur Diesel tanken!!
• Urea tanken ? ?
– Füllstation
– lokale Lieferanten
– eigene Tankstelle
• Wiederverkaufspreis
– Bewährte Technologie
• Wiederverkaufspreis
– Neue Technologie für die
automotive Anwendung
Bessere Lösungen um Euro 5 zu erreichen
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Scania’s langfristige
Motorenentwicklungs
- Strategie
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Antriebsstrang Design
•
•
•
•
Kraftstoff Flexibilität
Einfache Bedienung
Bewährte und robuste Technologie
Leistbar
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Euro 5 (2008/09)
Partikel
NOx
0.02 g/kWh
2.0 g/kWh
Alle LKW- und Bus Motoren
Scania XPI
Rail
• Scania EGR
Injectors
• Scania XPI
• Variable Turbogeometrie
• Größerer Hubraum
• Oxikat
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Fuel filters
High-pressure
fuel pump
Low pressure
fuel pump
Euro 6 (2011/12 ?)
Neuer weltweiter Standard basierend auf
EPA 10 ?
Annehmend
Particulates
NOx
0.013 g/kWh
0.27 g/kWh
Scania XPI
– Japan, USA und Europa
Normen harmonieren
– weltweit einheitliche
Testzyklen
Rail
Injectors
Technologien
– Scania XPI, EGR,
VTG, SCR …
Fuel filters
High-pressure
fuel pump
Low pressure
fuel pump
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Einspritzdruck
Euro 1
Euro 2
Euro 5
1200 bar
1300 bar
1300 bar
1400 bar
1500 bar
1700 bar
1800 bar
1800 bar
2400 bar (max. v)
2400 bar (immer)
Euro 6
2400+ bar
Euro 3
Euro 4
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Reihenpumpe
Reihenpumpe
Scania PDE
Reihenpumpe
Scania PDE
Scania HPI
Scania PDE + EGR
Scania PDE + SCR
Scania HPI + EGR
Scania XPI + EGR
+ VTG
Scania XPI + EGR
+ SCR + VTG
Scania XPI
extra high-pressure injection
Scania XPI Daten:
• Mehrere Einspritzpulse
• Maximaler Einspritzdruck
liegt immer an
• Vordefinierter Druck kann
angepasst werden
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Vorteile von multiplen
Einspritzungen
-60°
Voreinspritzung
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TDC
Zwei
Haupteinspritzungen
+ 60°
+ 120°
CA
Nacheinspritzung
Scania HCCI
• Homogeneous Charge
Compression Ignition
• Einsatzbereit ~2015
• Hohe Leistungsfähigkeit
• Magere (kalte) Verbrennung
(niedrige NOx)
• Vormischen im
Ansaugkanal reduziert die
Partikel
• Hohe AGR Rate
• Schwierige
Verbrennungssteuerung
• Lautes Verfahren
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Image from test cell
or in truck
NOx Entstehung während der
Verbrennung
HCCI
NOx ppm
1200
1000
800
600
400
200
0
Verbrennungstemperatur K
S/Sti 01.2006
Diesel
Magere (kalte) Verbrennung
• HCCI ist eine Möglichkeit
• Mischverbrennung hat ein hohes Potential
niedrige Last
– Vorgemischt
– Homogene Verbrennung
• AGR ist die Schlüsseltechnologie
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Zukünftige Energie
Herausforderungen
S/Sti 01.2006
Öl- und Gasproduktion
Erwartete
Produktionsspitze
2008
Quelle: Uppsala Hydrocarbon Depletion Study Group, Oil and gas liquids 2004 Scenario,
Updated by Colin J. Campbell, 15 May 2004
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Vorschau für Nfzg Kraftstoffe
gemäß EU Vorgaben
350
300
Mtoe
250
200
6%
Wasserstoff
20%
Erdgas
Bio Treibstoff
Öl
EU Ziele für
alternative
Kraftstoffe
150
100
50
0
2005
2010
2015
Jahr
S/Sti 01.2006
2020
Primärenergie
Energieträger
Energieumwandlung
S/Sti 01.2006
Künftige Kraftstoffe und Energiequellen
Öl
Erdgas
Diesel
Kohle
Biomasse
(Müll)
Synthetic
gas
Wasserstoff
Alkohol
DME
Benzin
Quelle: Rolf Egnell, Lund Institute of Technology
S/Sti 01.2006
Atomkraftwerk
Elektrizität
FischerTropsch
RME
Sonne
Wasser
Wind
LPG
Methan
Künftige Kraftstoffe und Energiequellen
Öl
Erdgas
Diesel
Kohle
Biomasse
(Müll)
Synthetic
gas
Wasserstoff
Alkohol
DME
Benzin
Quelle: Rolf Egnell, Lund Institute of Technology
S/Sti 01.2006
Atomkraftwerk
Elektrizität
FischerTropsch
RME
Sonne
Wasser
Wind
LPG
Methan
Künftige Kraftstoffe und Energiequellen
Öl
Erdgas
Diesel
Kohle
Biomasse
(Müll)
Synthetic
gas
Wasserstoff
Alkohol
DME
Benzin
Quelle: Rolf Egnell, Lund Institute of Technology
LPG
Atomkraftwerk
Elektizität
FischerTropsch
RME
S/Sti 01.2006
Sonne
Wasser
Wind
Methan
Ethanol
S/Sti 01.2006
Gas
S/Sti 01.2006
Robuste Hybrid Technologie
Große LKW / Bus Motoren
Ultrakondensator als Energiespeicher
Standard Fahrgestelle / Komponenten
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Zukünftige Kraftstoffe
• Diesel
– Mischen mit Biokraftstoff (RME)
– Internationale Standards
• Biokraftstoff (RME)
– Internationale Standards
• Synthetischer Diesel
– Internationale Standards
• Sanfter Übergang zu den alternativen
Treibstoffen
• Vorhandene Technologie kann verwendet
werden
S/Sti 01.2006
S/Sti 01.2006