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Umweltbewusstsein | |
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Umweltbewusstsein mit langer Tradition
Bei John Deere nimmt man die eigene Verantwortung für den Schutz der Umwelt sehr ernst. Wir arbeiten seit 1967 an der Verringerung des Schadstoffausstoßes. Seinerzeit, also viele Jahre bevor man in Regierungskreisen die Notwendigkeit von Emissionsvorschriften erkannte, installierte John Deere bereits erste Testanlagen zur Emissionskontrolle. Darüber hinaus hat John Deere auch aktiv mit Branchenpartnern wie der Engine Manufacturers Association (EMA), der European Association of Internal Combustion Engine Manufacturers (EUROMOT) sowie Aufsichtsbehörden auf der ganzen Welt zusammengearbeitet, um einschlägige Umweltinitiativen mit voranzutreiben.
Für ihren Einsatz zur Verringerung des Schadstoffausstoßes und des Kraftstoffverbrauchs steht den John Deere Ingenieuren ein globales Netz von technischen Ressourcen zur Verfügung. Inzwischen nutzen wir die neuesten Technologien, um den Ausstoß von Stickoxiden (NOx), Feststoffpartikel (PM), Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (KW) und Kohlendioxid (CO2) zu verringern – und dies bei gleichzeitiger Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs.
Das Ergebnis dieses Engagements sind Motoren, welche die von der US-amerikanischen Environmental Protection Agency (EPA), dem California Air Resource Board (CARB) und der Europäischen Union (EU) vorgegebenen bzw. in anderen Ländern mit besonderen Emissionsschutzauflagen geltenden Emissionsvorschriften für nicht straßengebundene Maschinen und Fahrzeuge erfüllen oder diese sogar übertreffen. Wir haben all unsere bisherigen Motoren bereits vor Ablauf entsprechender EPA- und EU-Fristen eingeführt; dasselbe haben wir auch mit unseren “Interim Tier 4/Stufe III B”- konformen Motoren vor. Und hierbei optimieren wir gleich noch den Kraftstoffverbrauch und die Motorleistung.
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Verringerter Schadstoffausstoß
Die “Off-Highway”-Branche hat bei ihren Bemühungen um eine Reduzierung der Schadstoffbelastung sowie bei der Realisierung von Leistungsverbesserungen beträchtliche Fortschritte gemacht. Derzeit enthalten weniger als 0,3 Prozent der von Industriemotoren ausgestoßenen Abgase Schadstoffe wie NOx, CO, HC und PM. Der Rest (also 99,7 Prozent) der Motorenabgase bestehen aus natürlichen Elementen aus der Luft wie Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2) und Wasserdampf (H2O). Parallel hierzu konnten wir die Leistung unser Motoren nach und nach immer weiter verbessern.
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Technologische Optionen zur Emissionsreduktion | |
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Ladeluftkühlung
Um einen kontrollierten Ausstoß von Stickoxiden (NOx) zu gewährleisten, muss die Ansaugtemperatur so niedrig wie möglich gehalten werden. John Deere ist Branchenführer, was die Anwendung der Luft-Luft-Ladeluftkühlung im Land- und Baumaschinenbereich betrifft. John Deere Motoren arbeiten bereits seit nahezu 20 Jahren mit dieser Technologie. Die Luft-Luft-Ladeluftkühlung reduziert nicht nur die NOx-Emissionen; sie erhöht auch die Lebensdauer der Motoren und ermöglicht ein höheres Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen sowie eine bessere Leistungsdichte. Es gibt kein effizienteres Verfahren, wenn es darum geht, die Ansaugluft zu kühlen, um die Motoremissionen zu reduzieren und gleichzeitig ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen sowie ein gutes Ansprechverhalten und ein maximales Drehmoment zu erzielen. Die Ladeluftkühlung ermöglicht dies.
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Abgasrückführung (EGR)
Je niedriger die maximale Verbrennungstemperatur ist, desto geringer ist auch der produzierte NOx-Anteil. EGR ist ein effizientes Verfahren, wenn es darum geht, die maximale Verbrennungstemperatur und somit den NOx-Ausstoß zu reduzieren. Das Prinzip ist einfach: Unter bestimmten Betriebsbedingungen wird das EGR-Ventil des Motors geöffnet, damit kontrollierte Abgasmengen in den Einlasskrümmer zurückgeführt und mit der frischen Ansaugluft vermischt werden. Da der Luft bei diesem Prozess eine gewisse Menge Sauerstoff entzogen wird, verringert sich die Abgastemperatur während des Verbrennungsprozesses, wodurch gleichzeitig auch das NOx-Niveau reduziert wird.
Die gekühlte Abgasrückführung, die bei den John Deere Motoren der PowerTech Plus Reihe zum Einsatz kommt, sorgt für eine effizientere Verringerung des NOx-Anteils und optimiert (ähnlich wie die Ladeluftkühlung) den Wirkungsgrad sowie die Leistungsdichte der Motoren.
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Turboaufladung
Turbolader mit fester Geometrie (FGT)
Turbolader mit fester Geometrie sind exakt an ein bestimmtes Leistungsniveau und den vorgesehenen Einsatzbereich angepasst. Transiente Abgase werden hier durch besonders leistungsstarke Turbolader kontrolliert, die das Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen anheben und zu hohe Ladedrücke bei hohen Geschwindigkeiten vermeiden.
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Turbolader mit variabler Geometrie (VGT)
Ein weiteres Schlüsselmerkmal von John Deere PowerTech Plus- Motoren ist die VGT-Technologie. Bei Turboladern mit variabler Geometrie wird die Menge des zurückgeleiteten und mit Frischluft gemischten Abgases an den jeweiligen Bedarf angepasst. Realisiert wird dies durch eine spezielle Motorsteuerung (ECU), mit der sich die Öffnung der VGT-Klappen so einstellen lässt, dass eine maximale Leistung und ein optimaler Wirkungsgrad erzielt werden. Entscheidend für die Intensität der gekühlten Abgasrückführung sind Belastung und Drehzahl des Motors. Bei schwachem Abgasfluss sind die Klappen teilweise geschlossen. Durch diesen Teilverschluss erhöht sich der Druck auf die Turbinenschaufeln, was dazu führt, dass sich die Turbine schneller dreht und einen höheren Ladedruck erzeugt.
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Reihenturbolader
Eine Möglichkeit zur Reduzierung von NOx-Emissionen besteht darin, die EGR-Leistung anzuheben. Dies erfordert jedoch höhere Drücke für die angesaugte Luft. Ein effektives Verfahren für die Bereitstellung dieses erhöhten Ansaugdrucks ist die Reihenturboladung.
Bei der Reihenturboladung wird gefilterte Umgebungsluft in die Kompressorstufe des ersten Turboladers eingesogen. Anschließend wird die Druckluft an die Kompressorstufe des zweiten Turboladers weitergeleitet, weiter durch den Ladeluftkühler gepresst und dann gekühlt dem Einlasskrümmer zugeführt wird. Dank dieser beiden Kompressorstufen lässt sich ein viel höherer Ansaugdruck erzeugen als dies mit einem einzelnen Turbolader möglich wäre. Des Weiteren erweitert der Einsatz von zwei Turboladern die Einsatzmöglichkeiten des Motors.
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Dieselabgasfilter
Diesel-Oxidationskatalysator (DOC)
Der Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) ist ein effizientes Hilfsmittel zur Reduktion von Kohlenmonoxiden, Kohlenwasserstoffen und bestimmten Feststoffpartikel (PM). Dieser nach dem Durchflussverfahren arbeitende Katalysator oxidiert sowohl gasförmige (flüchtige) Kohlenwasserstoffe als auch die als VOF (Volatile Organic Fraction) bezeichneten flüchtigen PM-Anteile. Bei höheren Abgastemperaturen können DOCs auch Schwefelanteile oxidieren und auf diese Weise Sulfatpartikel bilden. Katalysatorherstellern ist es gelungen, die erforderliche VOF-Reduktion zu realisieren und hierbei gleichzeitig die Sulfatbildung zu minimieren.
DOCs verringern üblicherweise den Ausstoß von Kohlenmonoxiden um 40 Prozent, Kohlenwasserstoffe um 50 Prozent und Partikelbestandteile (PM) um 20 Prozent.
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Dieselpartikelfilter (DPF)
DPFs spielen eine wichtige Rolle, wenn es um die Einhaltung von Emissionsvorschriften gemäß Interim Tier 4/Stufe III B und Final Tier 4/Stage IV geht. Hieraus ergeben sich für Erstausrüster eine Reihe von Fragen: “Wie teuer sind diese Filter?”, “Wie groß sind sie?” und “Wie lange können sie ohne Wartung betrieben werden?” Hersteller arbeiten bereits intensiv an Kostensenkungen sowie einer Größenoptimierung für derartige Abgasfilter.
Der DPF fängt die Partikelbestandteile (PM) der Abgase ein und hält diese fest (daher auch “Partikelfalle”). Die Abgase werden durch Kanäle mit porösen Wänden geleitet, die die Abgase selbst durchlassen, aber Ruß- und Partikelanteile herausfiltern. Eine Herausforderung besteht darin, die Regeneration bzw. Reinigung unter allen Betriebsbedingungen sicherzustellen.
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