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Abgassystem Case IH-Quantum, © Case IH Agriculture

DLG / 12.10.2023
Saubere Antriebstechnik für schwere Maschinen: Die Systems & Components zeigt die Fortschritte in der Entwicklung von Heavy-Duty-Motoren

Pressemitteilung / (Frankfurt am Main) Weltweit müssen die Hersteller von Motoren für die Off-Highway-Märkte die gesetzlichen Anforderungen zur Schadstoffreduzierung im Blick behalten. Immer geringere Emissionswerte sind gut für die Umwelt, aber zugleich eine wachsende technische Herausforderung für mobile Arbeitsmaschinen. Vom 12. bis 18. November zeigt die Systems & Components in Hannover, welche Fortschritte die Technologieanbieter erzielt haben, um die Antriebssysteme und Motoren hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Emissionen zu optimieren.

Wegen der großen Nutzlast und ihrer langen Arbeitszeiten benötigen mobile Arbeitsmaschinen Kraftstoffe mit hoher Energiedichte. Die führenden Hersteller im Off-Highway-Sektor setzen deshalb auf eine Kombination aus Diesel-, Gas-, Wasserstoff- und Elektroantrieben, die sich individuell zusammenstellen lassen. Das auf der Systems & Components vorgestellte modulare Produktportfolio eignet sich für alle Arten von Off-Highway-Maschinen und ermöglicht eine flexible Reaktion auf die technologischen Entwicklungen in den jeweiligen Märkten. Dessen ungeachtet dürfte der Dieselmotor noch lange Zeit der meistgenutzte Antrieb bei Land- und Baumaschinen bleiben. Robustheit, niedrige Betriebskosten und das unkomplizierte Nachtanken sind die Basis seiner Attraktivität.

Hohe Leistungsdichte, saubere Abgase

Branchenführende Unternehmen wie Bosch gehen davon aus, dass weltweit auch im Jahr 2035 noch 80 Prozent aller neuen Baumaschinen über 56 Kilowatt mit einem „Diesel“ ausgerüstet werden. Wie Verbrennungsmotoren in Zukunft im Off-Highway-Sektor mehr zum Klimaschutz beitragen können, zeigen die Technologieanbieter auf dem Messegelände in Hannover. Bedingung dafür ist die Anpassungsfähigkeit an neue Emissionsstandards und Lösungen, die Kraftstoffverbrauch und Gesamtkosten gleichermaßen senken.

Zuletzt führten die niedrigeren Grenzwerte der europäischen Abgasnorm Stage V zu einer Anpassung bei den Motoren. Um die Vorschriften zu erfüllen, haben die Technologieanbieter die Stickoxidemissionen und Rußpartikel mittlerweile fast vollständig eliminiert. Voraussetzung dafür: Möglichst geringe Rohemissionen des Motors. Bei einer Vielzahl der in Hannover präsentierten Dieselmotoren handelt es sich deshalb um Neuentwicklungen, bei denen Komponenten wie Turbolader, Ladeluftkühler und Common-Rail-System verbaut sind. Die Entwicklungen zur Optimierung der Effizienz zielen dabei auf eine abgasrückführungsfreie Verbrennung ab, gepaart mit hohem Zylinderdruck und hohen Einspritzdrücken. So weisen Motoren die mit der jüngsten Generation von Common-Rail-Systemen ausgestattet sind mittlerweile Spitzendrücke bis 2.500 bar auf. Elektronische Lüfter, die in den Baureihen serienmäßig zum Einsatz kommen, verbessern die Kühlleistung des Motors und senken gleichzeitig sowohl den Kraftstoffverbrauch als auch den Geräuschpegel.

All diese auf Diesel basierenden Systeme können schon heute durch synthetische Kraftstoffe einen maßgeblichen Beitrag zur CO2-Reduktion leisten. Deutz beispielsweise hat sein gesamtes TCD-Motorenprogramm für den Einsatz alternativer Dieselkraftstoffe freigegeben. Damit sind alle Antriebe der EU-Abgasstufe V bis hin zur neuen Baureihe TCD 5.2 zum Betrieb mit paraffinischen Dieselkraftstoffen nach EN 15940 wie HVO (Hydrotreated Vegetable Oil) zugelassen – ein fortschrittlicher Biokraftstoff, der aus biologischen Abfallstoffen, Gülle, Altspeiseölen und Altfetten hergestellt wird und nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion steht. Der Einsatz derartiger HVO-Kraftstoffe verbessert die CO2-Bilanz der Motoren um bis zu 95 Prozent.

Stickoxid-Reduzierung mittels SCR

Auf der Systems & Components finden sich aber auch alle erforderlichen Komponenten für eine hocheffektive Abgasnachbehandlung, um Stage V Systeme für die unterschiedlichsten Off-Highway-Applikationen zu realisieren. Darunter auch eine Vielzahl an Lösungen für den OEM- und Nachrüstmarkt. Neben wartungsfreundlichen Kombination aus Dieseloxidationskatalysator (DOC) und Dieselpartikelfilter (DPF) stehen vor allem Abgassensoren, Dosiermodule und metallische Katalysatorträger für die selektive katalytische Reduktion (SCR) im Mittelpunkt. Stellvertretend hierfür steht HI-eSCR von FPT Industrial – ein hocheffizienter Katalysator, der die im Abgas enthaltenen Stickoxide um über 95 Prozent reduziert und in die harmlosen Bestandteile Wasser und Stickstoff umwandelt. Dazu wird dem Abgasstrom im Nachbehandlungssystem AdBlue, ein farbloses Gemisch aus Wasser und Harnstoff, als Reduktionsmittel zugeführt. Die Lösung wird im Abgasstrom zu Ammoniak umgewandelt, das für die Reduktion der Stickoxyde die entscheidende Rolle spielt. Das gesamte System wird von einem Motorsteuergerät überwacht. Die in den Regelkreis eingebundenen Sensoren erfassen die Zusammensetzung des Abgases. Anhand der Daten ermittelt das Motorsteuergerät die präzise AdBlue-Menge, die beigemischt werden muss.

Zur weiteren Reduzierung der NOx-Emissionen hat Bosch seine SCR-Technologie für Abgasnachbehandlungssysteme verbessert. Dank einer Doppeldosierung in Verbindung mit einem leistungsfähigen Temperaturmanagement lassen sich die Stickoxide weiter senken. Das SCR-System spritzt hierfür, abhängig von der Betriebssituation, Harnstoff in einen motornahen und motorfernen Katalysator ein. Die zweite Eindüsung hilft dabei, auch im Volllastbetrieb einen nahezu vollständigen Umsatz der Stickoxide zu ermöglichen.

Auch Wasserstoffmotoren als klimaneutrale Antriebsform für Off-Highway-Fahrzeuge bietet die SCR-Technologie großes Potenzial – denn in Wasserstoffmotoren entstehen Abgase wie Stickoxid und geringfügige Mengen an Partikeln und unverbranntem Kohlenwasserstoff aus dem Motorölpfad. Mit der H2-ICE Abgasreinigung haben die Spezialisten der Eberspächer Gruppe ein eigens für Wasserstoffmotoren konzipiertes System im Portfolio. Die angewandte Technologie basiert auf den Prinzipien der Stickoxidumsetzung in Anwendungen mit fossilen Brennstoffen, die auf den CO2-neutralen Kraftstoff adaptiert werden.

Alternative Antriebskonzepte auf der Überholspur

Der Vorteil von Wasserstoff als Treibstoff in mobilen Maschinen ist seine ausgesprochen saubere Verbrennung: Der Kohlendioxidausstoß von Wasserstoffmotoren liegt nahe null – denn Wasserstoff enthält im Gegensatz zu Diesel keinen Kohlenstoff. Nicht nur Deutz hat mit dem TCG 7.8 H2 mittlerweile einen Prototypen als Alternative zur Brennstoffzellentechnologie vorgestellt. Auf der Systems & Components demonstrieren diverse Motorenhersteller, darunter auch Cummings, die spannenden Entwicklungen der kohlenstofffreien Verbrennungsmotortechnologie.

Basis der CO2-freien Verbrenner sind eine effiziente Einblasung, Magerbrennverfahren, Abgasrückführung, Turboaufladung sowie ein spezieller Wasserstoffkatalysator. Für Bau- und Landmaschinenhersteller wie Liebherr, JCB oder Fendt liegt der Reiz dieser Technik vor allem darin, dass herkömmliche Verbrennungsmotoren ohne größere bauliche Anpassungen mit Wasserstoff betrieben werden können. Das reduziert den Entwicklungsaufwand und ermöglicht die weitere Vermarktung aktueller Maschinenmodelle, die sich nach derzeitigem Stand der Technik nicht für den elektrischen Antrieb eignen. Hinzu kommt: Wird grüner Wasserstoff auf Basis regenerativer Elektrizität eingesetzt, ist der Antrieb nahezu klimaneutral.

Der Wirkungsgrad sowie die gesetzlichen Anforderungen bezüglich der Abgasemissionen sind also nach wie vor Technologietreiber für mobile Arbeitsmaschinen. Umweltfreundlichere Antriebskonzepte für Off-Highway-Anwendungen sind wichtiger denn je. Deutliche Effizienzpotenziale im Antriebsstrang eröffnen hier Hybrid-Konzepte, die emissionsarme Motoren mit elektrischen Antrieben kombinieren. Ein Trend, der sich vom 12. bis 18. November auch auf der Systems & Components widerspiegelt. Die Maschinenhersteller können dabei modular die jeweils optimale Kombination aus konventionellen und elektrischen Antriebskomponenten für ihre Applikation wählen.

weitere Informationen: DLG, www.dlg.org