Automotive versus NRMM. Zelfde keuken, ander recept?

VIV Symposium “Brandstof tot nadenken..Hoe integreert u nieuwe technologieen”

10 Oktober 2013

R.S.G. Baert

Inhoud

R. Baert 2

• De moderne Euro VI vrachtwagen dieselmotor

• De NRMM markt • Recepten voor

industriemotoren • Recepten voor kleine motoren • Recepten voor scheepsmotoren

Euro-VI: karakteristieken

R. Baert 3

• 6-in-lijn cilinderconfiguratie • slagvolume [liter]: 6-15 • max BMEP [bar]: 22-25 • torque back-up: 1,2-1,3 • gemiddelde BMEP [bar]: 9-10 • 1,5.106 km ≡ > 15000 draaiuren • laagzwavelige diesel: < 10 ppm S • zeer strenge emissie-beperking /

bewaking

Euro-VI: emissiebeperking

R. Baert 4

Jaar Test

cyclus

NOx

g/kWh

PM

g/kWh

PN

#/kWh

Euro

-VI

2012 WHSC

WHTC (*)

0.4

0.46

0.01

0.01

8.1011

6.1011

0

50

100

150

200

250

0 600 1200 1800

Time [sec]

En

gin

e s

pe

ed

[%

]

-150

-100

-50

0

50

100

To

rqu

e [%

]

Urban Rural Motorway

(*) 0,1*Koud + 0,9*Warm

Euro-VI: technologie

R. Baert 5

SCR nabehandeling van stikstofoxides

Deeltjesfilter (DPF) met (actieve) regeneratie

+ + DI dieselmotor met EGR en drukvulling

Pre EU-V EU-V + EU-VI

Euro-VI: technologie

R. Baert 6

SCR nabehandeling van stikstofoxides

Deeltjesfilter (DPF) met (actieve) regeneratie

+ + DI dieselmotor met EGR en drukvulling

Opslag

• Wandfilter (> 90 % trapped)

• Open filter ( 50 % trapped)

& weg reageren

Euro-VI: technologie

R. Baert 7

SCR nabehandeling van stikstofoxides

Deeltjesfilter (DPF) met (actieve) regeneratie

+ + DI dieselmotor met EGR en drukvulling

Conversie (%) vs. T (°C) Actieve regeneratie bij te lage Tuitlaat, rekening houdend met thermische inertie (dynamiek) van DOC + DPF

Euro-VI: technologie

R. Baert 8

SCR nabehandeling van stikstofoxides

Deeltjesfilter (DPF) met (actieve) regeneratie

+ + DI dieselmotor met EGR en drukvulling

Conversion (%) vs. T (°C)

Stationair: 𝑚 𝑢𝑟𝑒𝑢𝑚,𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑎𝑖𝑟 = 𝑓(𝑇𝑐𝑎𝑡,𝑡𝑦𝑝, 𝑆𝑉,𝑁𝑂2𝑁𝑂

) 𝑆𝑉 = 𝑄𝑢𝑖𝑡𝑙𝑎𝑎𝑡𝑉𝑐𝑎𝑡

Weg reageren

Euro-VI: technologie

R. Baert 9

SCR nabehandeling van stikstofoxides

Deeltjesfilter (DPF) met (actieve) regeneratie

+ + DI dieselmotor met EGR en drukvulling

NH3 opslag

Dynamisch

Thermische traagheid

De NRMM markt

R. Baert 10

Situatie in Nederland

Generatorsets + WKK

Hulpmotoren Voorstuwing

Industrie (*) 1878 8489

Pleziervaart 51 3 1106

Binnenvaart 223 164 301

Zeevaart 266 286 365

n = constant (n,L) variabel Propellor curve (*) Kleine fractie benzinemotoren

Deutz, Volkswagen, Cummins, Volvo, MAN, Perkins, Mitsubishi, MTU, Scania, CAT, Hatz, Kohler, Isuzu, Hyundai, IVECO/FPT, John Deere, Kubota, Yanmar,

AGCO/SISU

Industrie: karakteristieken

R. Baert 11

.. met eigen specifieke last-cycli

Veel verschillende toepassingen

Industrie: emissiebeperking

R. Baert 12

Euro-VI -achtig

Euro-I/II-achtig

Euro-III -achtig

EU Stage IV =

US Tier4

Nog geen PN limiet

Industrie: emissiebeperking

R. Baert 13

Maar andere (representatieve?) referentiecyclus

Met daarnaast ook stationaire emissietest: NRSC (ISO 8178 C1)

Recepten voor industriemotoren

R. Baert 14

• Euro-VI-motortechnologie kan zonder (of met weinig) wijzigingen worden overgenomen

• Nabehandeling omvat SCR/(DOC/DPF)

• Eventueel Euro VI motor calibratie aanpassen om NOx/T-profiel te veranderen

P ≥ 56 kW

Recepten voor industriemotoren

R. Baert 15

P ≥ 56 kW

Nabehandelingssysteem moet worden aangepast, rekening houdend met:

Afzettingen gevormd na 8 uur @ 230°C

• Andere inbouwbeperkingen en bijgevolg andere lay-out van het uitlaatsysteem, en dus andere temperaturen en stromingspatronen

• Beperkingen van de applicatie (bv. bij tractoren ontbreekt drukluchtsysteem; dan enkel air-less dosering van ureum mogelijk)

R. Baert 16

Nabehandelingssysteem moet worden aangepast, rekening houdend met:

P ≥ 56 kW

Aanpassingen: • Aanpassing van filterafmetingen (andere SV) • Aanpassing urea-doseerstrategie (gelet op andere dynamica) • Verhoging uitlaattemperaturen (isolatie uitlaat) / aangepast thermal management

Recepten voor industriemotoren

• Andere inzet van de motor (dus andere NOx/T- uitstoot door motor)/ de-rating

WHTC NRTC

Recepten voor kleine motoren

R. Baert 17

P < 33 kW 56 > P > 33 kW

2V/cyl 2V/cyl

IDI / DI DI

Hoge swirl Lagere swirl

TCA TCA

No EGR EGR

(WG-TC) WG-TC

Mech. FIE CR FIE

DOC

DPF

Oude, bekende kookboeken

Recepten voor scheepsmotoren

R. Baert 18

Eenvoudiger…. want hogere limietwaarden

Vermogen

(kW)

CO NOx HC PM

18<Pn<37 5,5 8 1,5 0,8

37<Pn<75 5,5 7 1,3 0,4

75<Pn<130 5,0 6 1 0,3

130<Pn<560 3,5 6 1 0,2

Pn>560 3,5 6 (n > 3150)

45.n0.2-3 (343 < n< 3150

11 (n < 343)

0,2 0,2

CCR stage II/ binnenvaart

Recepten voor scheepsmotoren

R. Baert 19

…. en eenvoudiger want stationaire testprocedures

Mode number 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Koppel, % 100 75 50 25 10 100 75 50 25 10 0

Toerental N @ Pmax N @ Tmax Nullast

Hulpmotoren met variabele snelheid en belasting

Type C1 0.15 0.15 0.15 - 0.10 0.10 0.10 0.10 - - 0.15

Hulpmotor met constant toerental

Type D2 0.05 0.25 0.30 0.30 0.10 - - - - - -

Propulsiemotoren

Type E1 0.08 0.11 - - - - 0.19 0.32 - - 0.30

Type E2 0.20 0.50 0.15 0.15 - - - - - - -

Propulsiemotoren die propellorkurve volgen

Type E3, Mode # 1 2 3 4

Vermogen, % 100 75 50 25

Toerental, % 100 91 80 63

Gewichtsfactor 0.2 0.5 0.15 0.15

Type E4, Mode # 1 2 3 4 5

Vermogen, % 100 80 60 40 0

Toerental, % 100 71.6 46.5 25.3 Idle

Gewichtsfactor 0.06 0.14 0.15 0.25 0.4

Type E5, Mode # 1 2 3 4 5

Vermogen, % 100 75 50 25 0

Toerental, % 100 91 80 63 Idle

Gewichtsfactor 0.08 0.13 0.17 0.32 0.3

Notes:

Koppel als percent van maximumkoppel bij gegeven motortoerental

Recepten voor scheepsmotoren

R. Baert 20

….maar (uitlaatgasnabehandeling) wordt daarom niet makkelijker

• Strengere levensduureisen • Noodzaak om warmte-

uitstraling te beperken leidt soms tot toepassen van waterkoeling bij TC en uitlaatsysteem

• T.o.v. vrachtwagenmotor: (andere TC +) andere /lagere debieten en temperaturen van uitlaatgas

• Maar: trage en weinig lastveranderingen dus eenvoudiger doseerstrategie/ thermal management

Recepten voor scheepsmotoren

R. Baert 21

Bij marine dieselbrandstoffen (MDO en slechter): “verouderen” van katalysator: door neerslag van ammoniak-bi-sulfaat (NH4HSO4)

En….

Recepten voor scheepsmotoren

R. Baert 22

Bovendien zijn er meerdere routes om emissies te verlagen

• Optimalisatie van het verbrandingssysteem in combinatie met flexibele, CR brandstofinspuiting en tweetraps-drukvulling

• Opmengen van randstof met water (emulsie) • Uitlaatgasrecirculatie met EGR-koeling • Dual-fuel LNG/diesel concepten

R&D Race is on..

If you can’t (under)stand the heat, get

out of the kitchen !

May the most cheapest solution win !

R. Baert 23

Besluiten

• Het werk in de “vrachtwagen”-keuken heeft geleid tot ingrediënten en kennis die inzetbaar is voor Non-Road Mobile Machinery.

• Bij industriële NRMM toepassingen met gelijkaardig vermogens kunnen vrachtwagenmotoren met beperkte aanpassingen inzetbaar gemaakt worden.

• Een virtuele ontwikkelomgeving zal dit proces goedkoper en sneller maken en – eventueel – leiden tot een goedkoper ontwerp.

• Bij industriële motoren met kleinere vermogens kan worden teruggevallen op eenvoudiger oplossingen met minimale nabehandeling.

• Bij scheepsmotoren zijn de emissie-eisen minder streng en de testprocedures minder veeleisend. Daar zijn nog meerdere routes in competitie. Maar in de toekomst zullen ook daar (een deel van) de kennis en ingrediënten uit de vrachtwagenmarkt nodig zijn om tot het juiste recept te komen.

R. Baert 24

Vragen ??

Dank voor uw aandacht