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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 Zuverlässigkeit und Lebensdauer ? Betriebskosten ? Kraftstoffverbrauch ? Nutzlast / Laderaum ? Kraftstoffqualität ? Wiederverkaufswert ? Komfort ? Einkaufspreis ? Investition ? Umweltfreundlichkeit ? S/Sti 01.2006

Fahrer und die Herausforderung Diesel Andere Fahrer Fernverkehr Diesel Fahrer Andere Baustelle Diesel Fahrer Andere Dem Kunden niedrigste Betriebskosten ermöglichen Verteilerverkehr Fahrer Andere Diesel Andere S/Sti 01.2006

Kraftstoffverbrauch / t km (= CO2 emissions) Effizienzsteigerung Motorentwicklung Rollwiderstand Luftwiderstand Erhöhte Ladekapazität 50% Fahrer Einfluß 10 Prozent 1970 2000 Kraftstoffverbrauch / t km (= CO2 emissions) S/Sti 01.2006

Verbrauchter Kraftstoff pro Tonne – km (= CO2 Emissions) Leistungsfähigerer Straßen Transport Motorentwicklung Rollwiderstand Luftwiderstand Erhöhte Ladekapazität 2020 Fahrzeugverbesserungen Fahrer Biotreibstoffe Effizienter Fahrzeuggebrauch 50% 1970 2000 Verbrauchter Kraftstoff pro Tonne – km (= CO2 Emissions) S/Sti 01.2006

Effizenterer Straßentransport (modulare Längen) Dreifache Ladekapazität – 25.25 m 40-60% zusätzliche Ladungskapazität 30% weniger Fahrten - 20% Kraftstoffverbrauch pro transportierter Tonne 20% weniger Emissionen Gewicht auf 8 Achsen verteilt Sattelzug – 16.5 m LKW/Anhänger– 18.75 m S/Sti 01.2006

Herausforderungen bei der Entwicklung S/Sti 01.2006

Motoren Entwicklung Kraftstoffverbrauch CO2 Emissions Stickoxide NOx = NO + NO2 S/Sti 01.2006

Motoren Entwicklung Kraftstoffverbrauch CO2 Emissionen Stickoxide NOx = NO + NO2 Stickoxide S/Sti 01.2006

Motorenentwicklung drückt die Kurve Kraftstoffverbrauch CO2 Emissionen Motorenentwicklung drückt die Kurve 0.5% pro Jahr Stickoxide NOx = NO + NO2 S/Sti 01.2006

Wie wird NOx reduziert NOx ppm Verbrennungstemperatur [K] 200 400 600 800 1000 1200 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 Diesel Senken der Verbrennungstemperatur Einspritzzeitpunkt Ansauglufttemperatur Kraftstoff – Mischungsverhältnis AGR NOx ppm Verbrennungstemperatur [K] S/Sti 01.2006

Partikel Reduktion Erhöhten Einspritzdruck Abgasnachbehandlung Verkehrsbedingte Partikel Reifen Straßenoberfläche Bremsen Abgase Abgaspartikel Ruß Kohlenwasserstoff Schmieröl (Schwefel) Erhöhten Einspritzdruck Kontrollierten Ladedruck Brennraumdesign Abgasnachbehandlung Oxitationskatalysator Partikelfilter S/Sti 01.2006

Partikel Reduktion Partikelzusammen- setzung nach der Verbrennung Partikelzusammen- setzung nach der Reduktion Ruß Kohlenwasserstoff Schmieröl (Schwefel) Schall-dämpfer Ruß Kohlenwasserstoff Schmieröl (Schwefel) Oxikat Ruß (Schwefel) Oxikat Partikel- filter (Schwefel) S/Sti 01.2006

Scania´s technisches Zentrum 1,800 Ingenieure (900 Antriebsstrang) 40 Motorenprüfstände 20 km Teststrecke S/Sti 01.2006

Standardisierter Brennraum 1995 2000 2005 12-Liter 12-Liter Turbocompound 9-Liter 16-Liter 11-Liter 500 560 580 620 420 470 360 400 340 380 230 270 310 S/Sti 01.2006

Rückgeführtes und gekühltes Abgas Technische Lösungen EDC Urea Luft Catalytic converter Motor Abgas NH3 + NOx → N2 + H2O Rückgeführtes und gekühltes Abgas Ansaugluft Abgas gekühlte AGR SCR * ** * Ab Gas Rückführung ** Selective Catalytic Reduction S/Sti 01.2006

Technische Lösungen SCR Abgas - Nachbehandlung EDC Urea Luft Catalytic converter Motor Abgas NH3 + NOx → N2 + H2O Abgas - Nachbehandlung Neue Technologie für automotive Anwendung Abhängig von extra Tank und Füllung Infrastruktur zum Tanken (nicht flächendeckend) Ureapreis (Betriebskosten) beeinflußt Fahrzeugaufbau Hohe Abgastemperaturen erforderlich. Beste Anwendung z.B. Fernverkehr SCR ** Selective Catalytic Reduction S/Sti 01.2006

Stadt Fahrten SCR Fahrzeug Geschw. km/h Abgastemperatur °C 70 60 50 40 30 20 10 Stadt Fahrten Fahrzeug Geschw. km/h 400 300 200 100 Abgastemperatur °C SCR Scania 9-Liter Stadt Bus, Euro 3 S/Sti 01.2006

Effekt von SCR + Urea Lösung Kraftstoffverbrauch NOx Stickoxide Euro 3 + Urea Lösung Euro 4 Euro 1 NOx reduziert durch Abgasnachbehandlung Stickoxide NOx = NO + NO2 S/Sti 01.2006

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 Einführung 2006/2007 500 PS 2,400 Nm 300 PS 1,440 Nm S/Sti 01.2006

Neue Einsatzfaktoren mit SCR Aufbau der Infrastruktur zur flächendeckenden Versorgung mit der Harnstoffwasserlösung Fehlanwendung und Manipulation Reinheit der Harnstofflösung Garantie S/Sti 01.2006

Technische Lösung – EGR Rückgeführtes und gekühltes Abgas Verbesserte Verbrennung Hochdruck Einspritzung Reduziert Partikel Effizienter Kraftstoffverbrauch Getestet und seit Jahrzehnten bewährt Nur Standard Diesel tanken Arbeitet in jedem Betriebszustand Einsatzbereit im städtischen Stop and Go - Verkehr Ansaugluft gekühlte AGR S/Sti 01.2006

Effekt of EGR Kraftstoffverbrauch NOx Stickoxide = NO + NO2 Euro 3 Euro 4 NOx durch verbesserte Verbrennung reduziert Stickoxide NOx = NO + NO2 S/Sti 01.2006

Hauptstrategie: Scania EGR EGR eine bewährte Technologie 250 000 schwere LKW´s pro Jahr in Nord Amerika Millionen PKW´s und leichte LKW´s Präzisierte Verbrennung – keine aktive Abgasnachbehandlung wartungsfreier Oxidationskatalysator (Oxikat ) eliminiert Dieselgeruch, erholt sich vom Schwefel Keine zusätzliche Wartung Ölwechselintervalle bleiben gleich Aufbauarbeiten unbeeinflußt Nur Diesel tanken! S/Sti 01.2006

Wirtschaftliche Aspekte S/Sti 01.2006

Urea Verfügbarkeit und Preis Wirtschaftlichkeit Scania SCR Scania EGR Fuel saving 3-4% (V8) Urea solution 5-6% Euro 5 Urea solution Fuel saving 3-4% (V8) Euro 4 3-4% Fuel Euro 3 Fuel Euro 4 Fuel Euro 5 Bewährte Technologie Urea Verfügbarkeit und Preis S/Sti 01.2006

Kostenbalance– Euro 4/5 EGR Einkaufspreis ähnlich wie SCR Nur Diesel tanken!! Wiederverkaufspreis Bewährte Technologie SCR Einkaufspreis ähnlich wie EGR Urea tanken ? ? Füllstation lokale Lieferanten eigene Tankstelle Wiederverkaufspreis Neue Technologie für die automotive Anwendung Bessere Lösungen um Euro 5 zu erreichen S/Sti 01.2006

Scania’s langfristige Motorenentwicklungs - Strategie S/Sti 01.2006

Antriebsstrang Design Kraftstoff Flexibilität Einfache Bedienung Bewährte und robuste Technologie Leistbar S/Sti 01.2006

Euro 5 (2008/09) Alle LKW- und Bus Motoren Scania EGR Scania XPI Partikel 0.02 g/kWh NOx 2.0 g/kWh Alle LKW- und Bus Motoren Scania EGR Scania XPI Variable Turbogeometrie Größerer Hubraum Oxikat Scania XPI Rail Injectors Fuel filters High- pressure fuel pump Low S/Sti 01.2006

Euro 6 (2011/12 ?) Neuer weltweiter Standard basierend auf EPA 10 ? Particulates 0.013 g/kWh NOx 0.27 g/kWh Annehmend Japan, USA und Europa Normen harmonieren weltweit einheitliche Testzyklen Technologien Scania XPI, EGR, VTG, SCR … Scania XPI Rail Injectors Fuel filters High- pressure fuel pump Low S/Sti 01.2006

Einspritzdruck Euro 1 1200 bar Reihenpumpe Euro 2 1300 bar Reihenpumpe 1300 bar Scania PDE Euro 3 1400 bar Reihenpumpe 1500 bar Scania PDE 1700 bar Scania HPI Euro 4 1800 bar Scania PDE + EGR 1800 bar Scania PDE + SCR 2400 bar (max. v) Scania HPI + EGR Euro 5 2400 bar (immer) Scania XPI + EGR + VTG Euro 6 2400+ bar Scania XPI + EGR + SCR + VTG S/Sti 01.2006

Scania XPI extra high-pressure injection Scania XPI Daten: Mehrere Einspritzpulse Maximaler Einspritzdruck liegt immer an Vordefinierter Druck kann angepasst werden S/Sti 01.2006

Vorteile von multiplen Einspritzungen -60° TDC + 60° + 120° CA Zwei Haupt- einspritzungen Vor- einspritzung Nach- einspritzung S/Sti 01.2006

Image from test cell or in truck 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 Image from test cell or in truck S/Sti 01.2006

NOx Entstehung während der Verbrennung 200 400 600 800 1000 1200 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 Diesel HCCI NOx ppm Verbrennungstemperatur K S/Sti 01.2006

Magere (kalte) Verbrennung HCCI ist eine Möglichkeit Mischverbrennung hat ein hohes Potential niedrige Last – Vorgemischt – Homogene Verbrennung AGR ist die Schlüsseltechnologie S/Sti 01.2006

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 S/Sti 01.2006

Vorschau für Nfzg Kraftstoffe gemäß EU Vorgaben 6% 20% EU Ziele für alternative Kraftstoffe S/Sti 01.2006

Primärenergie Energieträger Energieumwandlung S/Sti 01.2006

Künftige Kraftstoffe und Energiequellen Primärenergie Öl Erdgas Kohle Biomasse (Müll) Sonne Wasser Wind Wasser- stoff Alkohol Elektrizität Atom- kraftwerk Diesel Synthetic gas RME Fischer- Tropsch DME Benzin Methan LPG Quelle: Rolf Egnell, Lund Institute of Technology S/Sti 01.2006

Künftige Kraftstoffe und Energiequellen Erdgas Kohle Biomasse (Müll) Sonne Wasser Wind Wasser- stoff Alkohol Elektrizität Atom- kraftwerk Diesel Synthetic gas RME Fischer- Tropsch DME Benzin Methan LPG Energieträger Quelle: Rolf Egnell, Lund Institute of Technology S/Sti 01.2006

Künftige Kraftstoffe und Energiequellen Erdgas Kohle Biomasse (Müll) Sonne Wasser Wind Wasser- stoff Alkohol Elektizität Atom- kraftwerk Diesel Synthetic gas RME Fischer- Tropsch DME Benzin Methan LPG Quelle: Rolf Egnell, Lund Institute of Technology S/Sti 01.2006

Erneuerbare Kraftstoffe Einige Alternativen sind interessant, aber … Produktion zu wenig effizient zu wenig landwirtschaftliche Nutzfläche vorhanden Mischungen mit Benzin oder Diesel werden empfohlen Angepasst für alle Fahrzeuge Internationale Standards wünschenswert Beste Mischungen Benzin und Ethanol Diesel und Ethyl/Methyl ester, z.B. RME S/Sti 01.2006

Ethanol S/Sti 01.2006

Gas S/Sti 01.2006

Robuste Hybrid Technologie Große LKW / Bus Motoren Ultrakondensator als Energiespeicher Standard Fahrgestelle / Komponenten S/Sti 01.2006

Zukünftige Kraftstoffe Diesel Mischen mit Biokraftstoff (RME) Internationale Standards Biokraftstoff (RME) Synthetischer Diesel Sanfter Übergang zu den alternativen Treibstoffen Vorhandene Technologie kann verwendet werden S/Sti 01.2006

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