EMISSIONEN

AUTOREN

DR. ROLF DÖBEREINER ist im Bereich Engineering Powertrain Truck & Bus der MAN Truck & Bus AG in München tätig.

DR. STEFAN KAMM ist im Bereich Engine Calibration on Vehicle & Coordination Exhaust Aftertreatment der MAN Truck & Bus AG in Nürnberg tätig.

MOTIVATION

MAN baut die Euro-VI-Baufahrzeuge auf einer seit Langem bewährten Fahrzeugplattform und mit bereits bekannten Common-Rail-Dieselmotoren auf. Generell waren folgende Kundenanforderungen maßgeblich für die Entwicklung der Baufahrzeuge: : Verfügbarkeit aller bisherigen Fahrzeug- und Antriebsvarianten : keine Einschränkung der Fahrzeugaufbauten durch die neue Abgastechnik : Effizienz und Robustheit sowie Antriebsdynamik und Geländegängigkeit mindestens gleich zur Euro-V-Generation. Für den TGS sind permanente und zuschaltbare Allradantriebe in fünf Achsformeln verfügbar: 4x4, 6x6, 8x6

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DIPL.-ING. (FH) KARLHEINZ NEUMAYR ist im Product Management TGS der MAN Truck & Bus AG in München tätig.

und 8x8 sowie als 6x4-4 mit angetriebener Vorder- und Hinterachse plus gelenkter Nachlaufachse. Für Fahrzeuge mit überwiegendem Straßeneinsatz können Kunden den hydrostatischen, per Knopfdruck zuschaltbaren Vorderachsantrieb HydroDrive spezifizieren. Er stellt beispielsweise bei wenig belasteter Hinterachse zusätzliche Traktion an der Vorderachse bereit und steht in sieben Achsformeln zur Verfügung. Die Baureihe TGS umfasst Varianten von zwei bis vier Achsen mit einem zulässigen Gesamtgewicht von 18 bis 41 t. Die Leistungsbandbreite reicht von 235 bis 353 kW (320 bis 480 PS). BESONDERE ANFORDERUNGEN AN BAUFAHRZEUGE

Baufahrzeuge arbeiten oft voll beladen. Eine hohe Nutzlast und damit ein mög-

DR. CHRISTIAN WEISKIRCH ist im Bereich Engine Performance and Emissions der MAN Truck & Bus AG in Nürnberg tätig.

lichst geringes Fahrzeug-Leergewicht sind deshalb besonders wichtig. Ein Sattelzug mit Kipp-Aufl ieger und zuschaltbarem HydroDrive-Vorderachsantrieb darf beispielsweise 25,7 t Schüttgut laden. Zielsetzung der Euro-VI-Entwicklung war es, die zusätzlich notwendigen Komponenten so zu spezifi zieren und zu konstruieren, dass möglichst wenig Nutzlast verloren geht. Das systembedingte Mehrgewicht gegenüber Euro-VSCR-Fahrzeugen vergleichbarer Ausführung konnte durch konsequenten Leichtbau auf rund 200 kg begrenzt werden. Gegenüber Euro V/EEV umfasst dies beim TGS die Abgasrückführung (AGR), zweistufige Aufladung, Ladeluftkühlung und den zusätzlichen Partikelfi lter, ❶. Fahrbarkeit und Gelände geeigneter Drehmomentverlauf sind für Baufahr-

NEUE GENERATION BAUFAHRZEUGE FÜR ABGASSTANDARD EURO VI Zur weltgrößten Messe für Baufahrzeuge bauma 2013 stellt MAN eine neue Lkw-Generation vor, die den ab 2014 in Europa geltenden Abgasstandard Euro VI erfüllt. Um die drastisch reduzierten Grenzwerte für Stickoxide und Partikel zu erfüllen, mussten Motortechnologien, Abgasnachbehandlung und Gesamtfahrzeug-Elektronik vollständig neu zusammengeführt werden. Die technischen Hauptaspekte werden anhand des MAN TGS als Plattform für Allradfahrzeuge erklärt.

zeuge ausschlaggebend und bildeten deshalb einen Schwerpunkt der Antriebsstrangentwicklung. Die Motoren der Euro-VI-Generation erreichen das Plateau des maximalen Drehmoments bereits bei 930/min. Das volle Drehmoment steht damit je nach Leistungsstufe 7 bis 11,5 % früher zur Verfügung. Damit konnte die für Bau- und Allradfahrzeuge wichtige Durchzugskraft aus niedrigen Drehzahlen noch verbessert werden.

ANORDNUNG DER KOMPONENTEN AM RAHMEN

Baufahrzeuge bilden eine der variantenreichsten Fahrzeuggruppen: Auf das fertig aufgebaute Lkw-Fahrgestell müssen technisch komplexe Aufbauten verschiedener Aufbauhersteller montierbar sein. Es dürfen also keine Fahrzeugkomponenten über die Rahmenoberkante überstehen, um die Flexibilität für Aufbauten nicht einzuschränken. Ein weiterer wich-

❶ Euro-VI-Antriebsstrang mit AGR und SCRT(Selective Catalytic Reduction Technology, SCR plus CRT) Abgasschalldämpfer Euro VI driveline with EGR and SCRT (Selective Catalytic Reduction Technology, SCR plus CRT) exhaust-gas silencer März 2013

tiger Aspekt bei der Entwicklung der Fahrzeuge war die Anordnung der Anbauteile seitlich am Rahmen. Die hoch effiziente Abgasnachbehandlung erforderte eine größere Dimensionierung des Abgasschalldämpfer-Gehäuses. Dies hat Auswirkungen auf das Package vieler Fahrzeugvarianten: Für die Baufahrzeuge wurde ein Package-Design entwickelt, das volle Funktionalität und Fahrbarkeit im Gelände gewährleistet. Für spezielle Aufbauvarianten wie Kranfahrzeuge, Silofahrzeuge oder Betonpumpen werden bereits ab Werk Varianten mit idealer Anordnung der Rahmenanbauteile verfügbar sein. Bei Krankippern müssen beispielsweise ausfahrbare Abstützungen berücksichtigt werden, bei Betonmischern oder Betonpumpen angebaute Hydraulikpumpen und bei Silofahrzeugen am Rahmen angebrachte Silokompressoren. Besonders wichtig sind dabei die Positionierung des Abgasschalldämpfers und die damit verbundene Führung der nahezu durchgängig isolierten Abgasrohre. Bei allen Varianten muss gewährleistet sein, dass die notwendigen Temperaturen für die Abgasnachbehandlung im Endschalldämpfer sicher erreicht werden. Für einsatzspezifische Anforderungen an den Rahmenfreiraum sind daher entsprechende Positionen der Rahmenan-

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EMISSIONS

NEW GENERATION OF EURO VI CONSTRUCTION VEHICLES At the world’s biggest exhibition of construction vehicles, bauma 2013, MAN is presenting a new generation of trucks complying with the Euro VI emission standard that comes into effect in Europe in 2014. In order to fulfil the drastically reduced limit values for nitrogen oxides and particulate, engine technologies, exhaust-gas aftertreatment and the entire electronics system of the vehicle have to be combined and coordinated in a completely new way. The most important technical aspects are explained using the MAN TGS as a platform for all-wheeldrive construction vehicles. MOTIVATION

MAN produces the Euro VI construction vehicles based on a vehicle platform that has been tried and trusted over a long period of time and is equipped with well-known common-rail diesel engines. In general, the following customer requirements were decisive for the construction vehicles: : availability of all previous vehicle and drive variants : new exhaust technology must not place any restrictions on the vehicle body : efficiency and ruggedness as well as drive dynamics and off-road ability at least as good as Euro V generation. Permanent and engageable all-wheeldrives in five different axle configurations are available for the TGS: 4x4, 6x6, 8x6, 8x8 and a 6x4-4 version with one driven front and rear axle plus self-steering trailing axle. In addition, the hydrostatic, engageable front-wheel drive HydroDrive is also available in seven axle configurations. The series includes variants with two to four axles and gross weights from 18 to 41 t. The engine outputs range from 235 to 353 kW (320 to 480 hp). SPECIAL CHALLENGES FACING CONSTRUCTION VEHICLES

Construction vehicles are often operated full laden. For this reason, big payloads and thus unladen weights as low as possible are particularly important. A tractor with a tipper body and engageable HydroDrive front-wheel drive, for example, is permitted to load 25.7 t of bulk

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material. The objective of the Euro VI development was to design and produce the requisite additional components so that the maximum possible payload was retained. Consistent lightweight design was able to restrict the increase in weight relative to comparably equipped Euro V SCR vehicles to approximately 200 kg. As opposed to Euro V/EEV, for the TGS this includes exhaust-gas recirculation (EGR), two-stage turbocharging, intercooling and the additional particulate filter, ❶. Driveability and a torque curve suitable for off-road operation are crucial for construction vehicles and were therefore a further focal point of the driveline development. The engines of the Euro VI generation reach their maximum-torque plateau at engine speeds as low as 930 rpm. Their full torque is thus available 7 to 11.5 % earlier, depending on the power class. This means that it was possible to further improve the pulling power at low revs that is so important for construction and all-wheel-drive vehicles. ARRANGEMENT OF COMPONENTS ON THE FRAME

There are more variants in the class of construction vehicles than in almost any other: it must be possible to mount technically complex bodies from various different body builders on the complete truck chassis. For this reason, none of the vehicle’s components may protrude above the frame top edge, because this would limit the flexibility of the body. Another important aspect of the development of vehicles was the

arrangement of the components on the side of the frame. The highly efficient exhaust-gas aftertreatment system necessitated a larger exhaust silencer. This affects the packages of many of the vehicle variants: a package design was developed for construction vehicles ensuring full functionality and off-road driveability. For special body variants such as cranes, silos and concrete pumps, vehicle variants with an ideal arrangement of frame fittings will be available ex works. On crane tippers, for example, extendable supports have to be taken into consideration, while concrete mixers and pumps have hydraulic pumps installed and silo vehicles have silo compressors fitted to the frame. This highlights the importance of a clever positioning strategy particularly of the silencer and the

AUTHORS DR. ROLF DÖBEREINER operates in Engineering Powertrain Truck & Bus of MAN Truck & Bus AG, Munich (Germany). DR. STEFAN KAMM operates in Engine Calibration on Vehicle & Coordination Exhaust Aftertreatment of MAN Truck & Bus AG, Nuremberg (Germany). DIPL.-ING. (FH) KARLHEINZ NEUMAYR operates in Product Management TGS of MAN Truck & Bus AG, Munich (Germany). DR. CHRISTIAN WEISKIRCH operates in Engine Performance and Emissions of MAN Truck & Bus AG, Nuremberg (Germany).

March 2013

❷ Das Niedertemperaturkonzept ermöglicht eine höhere Kühlleistung der Ladeluftkühlung: Das Kühlmittel wird in einem Niedertemperatur-Kreislauf mit eigenem Kühler (1) auf Umgebungstemperatur heruntergekühlt; das kalte Niedertemperatur-Kühlmittel wird nach dem Kühler aufgeteilt und an Hochdruck- (2) und Niederdruck-Ladeluftkühler (3) weitergeleitet The low-temperature concept enables the charge-air cooling system to deliver greater cooling performance: the coolant is cooled down to ambient temperature in a low-temperature circuit with its own cooler (1); the cold low-temperature coolant splits up downstream from the cooler and is routed to the high-pressure (2) and low-pressure (3) charge-air coolers

bauteile bereits ab Werk vorgesehen. Beispielsweise wurden für Zwei-, Drei- und Vier-Achser Varianten mit nach hinten versetztem Abgasschalldämpfer spezifiziert. Zusätzlich sind für Baufahrzeuge Varianten mit hochgezogenem Abgasendrohr erforderlich. Bei vierachsigen Fahrzeugen wird dies über einen zweigeteilten Abgasschalldämpfer realisiert, bei dem der eine Teil der Abgasnachbehandlung zwischen der ersten und der zweiten Vorderachse und der andere Teil hochgestellt hinter dem Fahrerhaus platziert sind. Um dem gewachsenen Bauraumbedarf für die Abgasnachbehandlung Rechnung zu tragen, wurden darüber hinaus neue AdBlue-Einzeltanks in verschiedenen Größen entwickelt. Diese sind an der linken Fahrzeugseite hinter dem Fahrerhaus zwischen Frontkotflügel und Batteriekasten untergebracht. Alternative Anbauorte, beispielsweise vor der Vorlaufachse, sind ebenso möglich. Durch die neue Anordnung der Anbauteile steht auf beiden Fahrzeugseiten ein gleich großer Rahmenfreiraum für Tanks und branchenspezifische Anbauten zur Verfügung. AUSLEGUNG DES BRENNVERFAHRENS FÜR OPTIMALE KRAFTSTOFFEFFIZIENZ

Die weitere Senkung des Kraftstoffverbrauchs war ein vorrangiges Entwicklungsziel. Der wichtigste Erfolgsfaktor der Euro-VI-Entwicklung war deshalb März 2013

die Überwindung des physikalisch bedingten Zielkonflikts zwischen NOxund Kraftstoffverbrauchreduzierung und damit CO2-Senkung (NOx-be-trade-off). Deshalb kommen Effizienz steigernde Motortechnologien wie die zweistufige Aufladung und die Niedertemperaturkühlung zum Einsatz. Für den Schritt von Euro V zu Euro VI musste das Brennverfahren hinsichtlich Verbrauch, Partikel- und NOx-Emissionen optimal ausgelegt werden. Im Ergebnis erreichen die Euro-VI-Fahrzeuge damit die hohe Kraftstoffeffizienz der Euro-V-Fahrzeuge. Durch die Arbeitsteilung von SCR-Katalysator und AGR hinsichtlich der gesetzlich geforderten NOx-Reduktion sinkt zusätzlich der AdBlue-Verbrauch um rund 50 %. Die Ölwechselintervalle der Euro-VI-Fahrzeuge entsprechen grundsätzlich denen der Euro-V-Fahrzeuge. Der Wartungsrechner im Fahrzeug bezieht die Einsatzbedingungen ein und errechnet Fahrzeug-individuelle Wartungsintervalle. In die für Fernverkehrsund Baufahrzeuge unterschiedlichen Belastungsprofile fließen neben der Kilometerleistung weitere Variablen wie beispielsweise die Kraftstoffdurchflussmenge ein. ZENTRALE KOMPONENTEN DER EURO-VI-TECHNOLOGIE

Die Euro-VI-Technologie im TGS baut auf den Euro-V-Motoren MAN D20 und D26 mit AGR auf, die seit 2009 in rund 5000

Fahrzeugen in den Märkten Großbritannien und Irland im Einsatz sind. In diesem Zeitraum haben sich die Aggregate in Summe mehr als 400 Millionen Kilometer in Kundenhand bewährt. Zentrale Komponenten für Euro VI sind motorseitig die Common-Rail-Einspritzung, die gekühlte und geregelte AGR, zweistufige Turboaufladung mit Zwischenkühlung sowie die Abgasnachbehandlung über ein SCR-System mit integriertem Oxidationskatalysator plus CRT- (Continously Regenerating Trap) Filter. Die CommonRail-Einspritzung arbeitet mit Einspritzdrücken bis zu 1800 bar. Sie ist bei MAN seit 2002 in Serie, die Euro V-, EEV- und Euro-VI-Motoren nutzen bereits ein CRSystem der dritten Generation. Gegenüber dem Euro-V-Standard erfordert Euro VI eine Reduzierung der NOxEmissionen um 80 %, also von 2 g/kWh für Euro V auf 0,4 g/kWh. MAN erreicht dies mit einer Kombination aus AGR und einem SCR-Katalysator zur Abgasnachbehandlung. Die geregelte AGR ermöglicht niedrige NOx-Rohemissionen. Dies bedeutet in Folge einen niedrigen AdBlueVerbrauch für die NOx-Reduktion im SCR-System. Die Arbeitsteilung der beiden Systeme AGR und SCR stellt eine optimale Lösung dar, die niedrigen Kraftstoff- und geringen AdBlue-Verbrauch sowie hohe Betriebssicherheit vereint. Die Partikelmasse musste gegenüber Euro V nochmals um 66 % reduziert werden. Zudem ist für Euro VI erstmals

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EMISSIONS

routing of the almost completely insulated exhaust tailpipe. All variants must ensure amongst other things that the temperatures necessary for the exhaustgas aftertreatment in the rear silencer are achieved. To enable the frame clearance to meet application specific requirements like these, there are corresponding locations for the frame fittings. For example, a location further to the rear has been specified for the silencer on two-, threeand four-axle variants. Moreover, upswept tailpipes have to be realised for construction vehicle variants. In fouraxle vehicles, these are implemented as two-part silencers: in one part, the exhaust-gas aftertreatment system is placed between the first and second axles, while the other part is swept up behind the driver’s cab. To allow for the increased space required by the aftertreatment system, new single tanks for AdBlue were also developed in different sizes. These tanks have been housed on the left side of the vehicle behind the cab, between the front fender and battery box. Alternative fitting locations are for example in front of the leading axle. The new arrangement of the fittings means that the same amount of space on the frame is free for tanks and industry-specific attachments on both sides of the vehicle. COMBUSTION PROCESS DESIGN FOR OPTIMAL FUEL EFFICIENCY

A further reduction in fuel consumption was a primary development goal. For this reason, the most important factor for the success of the Euro VI development was the unification of two goals with opposed physical principles: the reduction of NOx and the reduction of fuel consumption and thus CO2 emission (NOx-be-trade-off). Engine technologies that enhance efficiency, such as two-stage turbocharging and low-temperature cooling are thus utilised. To make the step up from Euro V to Euro VI, the combustion process had to be optimally designed with respect to particulate and NOx emissions and consumption. As a result, the Euro VI vehicles achieve the same level of fuel efficiency as their Euro V counterparts. With the work that is necessary to reach the statutorily required NOx reduction

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being divided between the SCR catalytic converter and EGR, AdBlue consumption also drops by around 50 %. Oilchange intervals for Euro VI vehicles are basically the same as those for Euro V. The on-board service interval calculator computes the service intervals for the vehicle, taking into account the operating conditions. The different load profiles for long-haul and construction vehicles factor in not only the mileage but also other variables such as fuel through flow, for example. CENTRAL COMPONENTS OF THE EURO VI TECHNOLOGY

The Euro VI technology in the TGS is based on the Euro V engines MAN D20 and D26 with EGR. Since 2009, these engines have been installed in around 5000 vehicles in operation in the Great Britain and Ireland. During this time, the units have proven themselves for a cumulative total of more than 400 million kilometres driven by customers. The central components for Euro VI are, on the engine side, common-rail injection, cooled and controlled EGR and two-stage turbocharging with intercooling. These are followed by exhaust-gas aftertreatment by an SCR system with integrated oxidation catalytic converter plus CRT (Continuously Regenerating Trap) filter. The common-rail injection works at pressures of up to 1800 bar. It has been standard since 2002 and the Euro V, EEV and Euro VI engines are already equipped with a third-generation CR system. Relative to the Euro V standard, Euro VI requires an 80 % reduction in NOx emissions, in concrete figures a reduction from 2 g/kWh for Euro V to 0.4 g/ kWh. MAN achieves this with a combination of EGR and an SCR catalytic converter for exhaust-gas aftertreatment. Controlled EGR enables low raw emissions of NOx. This in turn means low AdBlue consumption for the reduction of NOx in the SCR system. This division of labour between the two systems, EGR and SCR, is the optimal solution: it unites low fuel and AdBlue consumption with a high level of reliability in operation. Compared with Euro V, the particulate mass had to be reduced by a further 66 %. In addition, Euro VI stipulates for the first time a limit on the number of

particles. The only way to comply with this limit value is by the use of closed particulate filters, which in practice leads to a 90 % reduction of the particulate mass by comparison with Euro V. To realize this, the SCR catalytic converter was combined with a closed particulate filter, an oxidation catalytic converter and the associated sensors to form the SCRT system. Sensors permanently monitor the extent to which the particulate filter is loaded. The particulate filter resulted in an additional degree of freedom in optimising combustion design and thus fuel consumption. Euro VI employs two-stage turbocharging with primary cooling and intercooling of the boost air, ❷. The two turbochargers have been combined to form a single compact turbocharger module. Each stage is equipped with a wastegate. This makes it possible to control boost pressure and distribution between the two stages so that the energy of the exhaust gas is used particularly effectively. The high-pressure stage, a small exhaust turbocharger with wastegate, ensures speedy build-up of boost pressure and thus high pulling-away torque in the lower load and engine-speed range. Even at low engine speeds the high air ratio is produced that is required for combustion with low particulate content. In the upper load and engine-speed range, the large low-pressure stage precompresses the combustion air. It is characterised by especially high efficiency, resulting in very good fuel consumption and combustion with low particulate levels. This turbocharging strategy ensures that the Euro VI engines produce pulling power across a wide range of engine speeds, relying on two separate rugged and reliable fixed-geometry turbochargers instead of a more complex turbocharger with variable geometry. COOLED EGR PLUS SCRT EXHAUST- GAS AF TERTREATMENT

The recirculation of cooled exhaust gases makes a low peak-combustion temperature possible. As a result, raw emission of nitrogen oxides is lower. Cooled EGR has been in series production at MAN since 2000. In the Euro VI system, electronically controlled EGR with a lambda probe sets the optimal EGR rate for each operating point of the March 2013

ein Grenzwert für die Partikelanzahl zu erfüllen. Dieser Grenzwert kann nur durch die Anwendung von geschlossenen Partikelfiltern erfüllt werden und führt real zu einer Reduktion der Partikelmasse von über 90 % gegenüber Euro V. Um dies zu realisieren, wurde der SCR-Katalysator mit einem geschlossenen Partikelfilter, einem Oxidationskatalysator und der zugehörigen Sensorik zum SCRT-System kombiniert. Sensoren überwachen permanent den Grad der Beladung des Partikelfilters. Durch den Partikelfilter ergab sich ein weiterer Freiheitsgrad zur Optimierung der Verbrennungsauslegung und damit des Kraftstoffverbrauchs. Für Euro VI kommt eine zweistufige Turboaufladung mit Zwischen- und Hauptkühlung der Ladeluft zum Einsatz, ❷. Die beiden Turbolader sind zu einem kompakten Auflademodul kombiniert. Beide Stufen verfügen über je ein Abblasventil (wastegate). Dadurch können Ladedruck und Aufteilung auf die beiden Stufen so geregelt werden, dass die Abgasenergie besonders effizient genutzt wird. Die Hochdruckstufe, ein kleiner Abgasturbolader mit Abblasventil, sorgt im unteren Last- und Drehzahlbereich für einen raschen Ladedruckaufbau und damit für ein hohes Anfahrmoment. Bereits bei niedrigen Drehzahlen steht das erforderliche hohe Luftverhältnis für eine partikelarme Verbrennung zur Verfügung. Im oberen Last- und Drehzahlbereich verdichtet die größer dimensionierte Niederdruckstufe die Verbrennungsluft vor. Sie zeichnet sich durch

einen besonders hohen Wirkungsgrad aus – mit dem Ergebnis sehr günstiger Kraftstoff-Verbrauchswerte und einer partikelarmen Verbrennung. Diese Auflade-Strategie stellt zum einen Durchzugskraft über ein breites Drehzahlband bei den Euro-VI-Motoren sicher, zum anderen baut sie bewusst auf zwei robuste und zuverlässige starre Lader anstatt auf komplexere Lader mit variabler Turbinengeometrie. GEKÜHLTE AGR PLUS SCRT-ABGASNACHBEHANDLUNG

Die Rückführung gekühlter Abgase ermöglicht eine niedrigere Spitzentemperatur bei der Verbrennung, damit entstehen geringere Stickoxid-Rohemissionen. Die gekühlte AGR setzt MAN bereits seit dem Jahr 2000 in Serie ein. Im Euro-VI-System stellt eine elektronisch geregelte AGR mit Lambdasonde unter dynamischen Bedingungen für jeden Betriebspunkt des Motors die optimale AGR-Rate ein, ❸. Das garantiert einen besonders hohen Wirkungsgrad und einen sparsamen Kraftstoff- und AdBlue-Verbrauch. Das SCR-Verfahren in Verbindung mit AGR und Turboaufladung ermöglicht eine Verbrennungsauslegung im Motor hin zu einer partikelarmen und verbrauchsoptimierten Verbrennung. Durch die selektive katalytische Reduktion mithilfe des Zusatzstoffes AdBlue, der bedarfsgesteuert vor den SCR-Katalysator eingedüst wird, werden die Stickoxidwerte unter den geforderten Grenzwert

gebracht, ❹. Letztes Element im Abgasstrom ist ein Ammoniak-Sperrkatalysator, der sicherstellt, dass das zur Stickoxidreduktion aus AdBlue erzeugte Ammoniak nicht an die Umgebung abgegeben wird. Der geschlossene Dieselpartikelfilter wird im laufenden Betrieb permanent regeneriert. Die vom Filtermaterial zurückgehaltenen Partikel (mehrheitlich Kohlenstoff) werden thermisch zu CO2 umgesetzt. Die Partikelreinigung übernehmen Keramikfiltereinsätze mit besonders großer Oberfläche und damit verbunden sehr geringen Wartungsanforderungen. Bei der Auslegung der Regeneration wurde besonderes Augenmerk auf maximale Betriebszuverlässigkeit gelegt. Im TGS ist die Regeneration mit einem passiven SCRT-System wie nachfolgend beschrieben ausgelegt: Im normalen Fahrbetrieb liefert der Motor Abgastemperaturen in einem Bereich, in dem der Filter permanent regeneriert. Spezielle Regenerationsphasen oder eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung zur Temperaturerhöhung sind hierzu nicht notwendig. Die Regeneration läuft automatisch ohne Zutun des Fahrers ab. Für den Fall, dass die erforderliche Abgastemperatur beispielsweise durch anhaltenden Niedriglast-Betrieb nicht erreicht wird, beherrscht das System weitere Modi, um eine Regeneration unterwegs durchzuführen. Der „Soft Active“-Modus hebt – sofern notwendig – selbstständig und ohne Zutun des Fahrers die Abgastemperatur über eine Nacheinspritzfunktion des Common-Rail-Systems an. Dieses Verfahren der Temperaturanhebung schont den Katalysator und wirkt sich positiv auf die Wartungsintervalle und die Motorlebensdauer aus. Als weitere Option sieht das System eine Regeneration im Stand vor, die der Fahrer manuell starten und beenden kann. Dafür wurde bei den Euro-VI-Fahrzeugen ein zusätzlicher Schalter im Armaturenbrett integriert. ERHÖHTE ANFORDERUNGEN AN DIE ON-BOARD -DIAGNOSE

❸ Gekühlte, elektronisch geregelte AGR mit Lambdasonde Cooled, electronically controlled EGR with lambda probe März 2013

Mit der Euro-VI-Gesetzgebung muss die On-Board-Diagnose (OBD) deutlich mehr Funktionen übernehmen – die Elektronik muss nun permanent die Einhaltung der Grenzwerte im Betrieb überwachen (in-use-compliance) und bei Nichteinhaltung zusätzliche Notlauffunktionen integrieren. Die erweiterten Anforderungen

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EMISSIONS

engine under dynamic conditions, ❸. This guarantees a particularly high level of efficiency and economical fuel and AdBlue consumption. In combination with EGR and turbocharging, the SCR process enables the engine’s combustion to be designed for low particulate levels and optimal fuel consumption. Thanks to selective catalytic reduction using the additive AdBlue, which is injected ahead of the SCR catalytic converter as required, the nitrogen oxide values are reduced to below the statutory limit, ❹. The last element in the exhaust-gas stream is an ammonia-blocking catalytic converter, which ensures that the ammonia produced in the process by which AdBlue reduces nitrogen oxide is not released into the atmosphere. The closed diesel particulate filter is continuously regenerated during operation. In this process, the particles trapped by the filter (consisting for the most part of carbon) are thermally converted to CO2. The task of particulate cleaning is taken over by ceramic filter elements with especially large surface areas, which is tantamount to very low maintenance requirements. When designing the regeneration special attention was given to maximum reliability. Regeneration in the TGS is conducted by a passive SCRT system as follows: during normal driving operation, the engine produces exhaust gas in a temperature range in which the filter is permanently regenerated. Special regeneration phases or a supplementary injection of fuel to raise the temperature is not necessary and regeneration takes place without requiring any action on the part of the driver. In the event of the exhaust gas not reaching the required temperature, due, for example, to a long period of operation at low load, the system has other modes for carrying out regeneration while the vehicle is being driven. A secondary-injection function of the common-rail system raises the temperature of the exhaust gas, if necessary. The “Soft Active” process reduces stress on the catalytic converter and has a positive effect on maintenance intervals. This mode is automatic and does not require any action on the part of the driver. As a further option, the system is able to perform idle regeneration, which can be initiated and ended manually by the driver. The Euro VI vehicles have an additional

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button integrated in their dashboards for this purpose. EXPANDED REQUIREMENTS TO THE ON-BOARD DIAGNOSIS

Euro VI legislation requires on-board diagnosis (OBD) to take over a significantly greater number of functions – the electronic system now has to monitor compliance with the limit values permanently as long as the vehicle is being operated (in-use compliance) and to integrate additional emergency-operation functions in the event of non-compliance. The expanded requirements regarding the in-use monitoring of NOx necessitate new, more complex vehicle electronic systems and sensors. In the event of a fault, OBD informs the driver by means of a warning indicator. In addition and independently thereof, Euro VI legislation stipulates a NOx control system (anti-tampering). This system monitors the SCR system, checking that it is supplied with AdBlue in the specified amount and quality. If this is not the case, a warning is initially output to the driver. This escalates to a reduction of torque, and in a third step to a speed restriction. Beforehand, that is to say also from a cold start and during lightloading operation, the limit values as per the Worldwide Harmonized Duty Cycles must be complied with. Moreover, the emissions must be guaranteed to be stable for 700,000 km or seven years. This shows clearly just how comprehensive the development and product requirements for Euro VI vehicles are. MECHANICALLY ROBUST SENSOR SYSTEM

The Euro VI exhaust-gas aftertreatment system is completely integrated in the exhaust silencer casing. The comprehensive sensor system in the silencer ensures that exhaust-gas cleaning meets all requirements with respect to monitoring and compliance with the limit values, ❺. In order to make the exhaust-gas aftertreatment system as robust as is necessitated by construction-site operation, the sensors are shielded against external damage: the insulation of the silencer housing and guard plates on the outside as well as above protect the sensors and electronic components inside. At the same time, this encapsulation also

shields the vehicle’s operator and people nearby from the high temperatures radiated by the components, ❻. The silencer houses the central sensor electronics, NOx and temperature sensors for monitoring and controlling the SCR system, as well as sensors for the exhaust-gas inlet temperature, the temperature downstream from the particulate filter and the regeneration process. A differential-pressure sensor monitors the load status of the particulate filter. Because of the complexity of the Euro VI system components, ruggedness and reliability were validated by means of intensive tests. After vibration and climatic tests in the laboratory, the vehicles were tested intensively under extreme climatic conditions at temperatures from -30 to +45 °C and under heavy exposure to dust on unpaved roads. In order to be able to conduct highly sensitive exhaustgas measurements under all dynamic conditions during driving operation, a measurement lab housed in a semitrailer was used during the development and validation process. SUMMARY

The Euro VI exhaust standard coming into force in 2014 poses major challenges to engine technology, combustion design and EGR, irrespective of vehicle type. A combination of EGR, SCR catalytic converter and closed particulate filter in conjunction with expanded OBD functions ensures compliance with the limit values. Customer expectations with regard to construction vehicles focus on ruggedness and reliability, very good driving dynamics and efficiency also in all-wheel operation. Moreover, customers expect the highest possible transport capacity and a wide variety of special chassis variants and drive configurations. The use of unchanged base engines with common-rail injection as well as the new combination of engine technologies for reducing nitrogen oxides that have already been proven in series deployment meet these requirements. Thanks to application-related harmonisation and continued development, it has been possible to improve both traction at low engine speeds and fuel efficiency.

March 2013

EMISSIONEN

❹ Schnitt Abgasschalldämpfer mit CRT-Filter (links) und SCR-Katalysator (rechts) Cross-section of silencer with CRT filter (left) and SCR catalytic converter (right)

❺ Sensorik im Abgasschalldämpfer Sensors in the silencer

an die NOx-Überwachung im Betrieb erfordern eine neue, komplexere Fahrzeugelektronik und -sensorik. Im Fehlerfall warnt die OBD den Fahrer über eine Warnanzeige. Zusätzlich und unabhängig davon ist für Euro VI ein NOx-Kontrollsystem vorgeschrieben (anti-tampering). Dieses überwacht die vorschriftsmäßige Versorgung des SCR-Systems mit der richtigen Menge und Qualität des Reduktionsmittels AdBlue. Wird diese nicht sichergestellt, erfolgt zunächst eine Warnung des Fahrers, im zweiten Schritt eine Reduzierung des Drehmoments, im dritten Schritt eine Begrenzung der Geschwindigkeit. Dabei müssen erstmals die Grenzwerte nach den Worldwide Harmonized Duty Cycles eingehalten werden, also auch beim Kaltstart und im Schwachlastbetrieb. Ebenfalls muss die Emissionsstabilität für 700.000 km oder sieben Jahre garantiert werden. Dies verdeutlicht, wie umfangreich die Entwicklungs- und Produktanforderungen für Euro-VI-Fahrzeuge sind. MECHANISCHE ROBUSTHEIT DER SENSORIK

❻ Geschützte Kapselung für den Abgasschalldämpfer am Fahrzeug Protective encapsulation of the silencer on the vehicle

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Das Euro-VI-Abgasnachbehandlungssystem ist vollständig im Endschalldämpfergehäuse integriert. Die umfangreiche Sensorik innerhalb des Abgasschalldämpfers stellt sicher, dass die Abgasreinigung alle Anforderungen zur Grenzwerteinhaltung und Überwachung erfüllt, ❺. Um die Anforderun-

gen an die Robustheit des Abgasnachbehandlungssystems insbesondere im Baustelleneinsatz zu erreichen, sind die Sensoren gegen äußere Beschädigungen geschützt: Die Isolierung des Dämpfergehäuses und Abschirmbleche an der Außenseite sowie an der Oberseite schützen die Sensorik und Elektronik im Inneren. Gleichzeitig schützt die Kapselung den Fahrzeugbediener und Passanten vor den hohen Temperaturen der Komponenten, ❻. Dort sind sowohl die zentrale Sensorelektronik, NOx- und Temperatursensor zur Überwachung und Regelung des SCR-Systems, Temperatursensoren für die Abgaseingangstemperatur und die Temperatur nach dem Partikelfilter sowie ein Temperatursensor für den Regenerationsbetrieb untergebracht. Ein Differenzdrucksensor überwacht den Beladungszustand des Partikelfilters. Robustheit und Zuverlässigkeit wurden aufgrund der Systemkomplexität der Euro-VIKomponenten intensiv durch Tests abgesichert. Im Anschluss an Vibrations- und Klimatests im Labor wurden die Fahrzeuge unter extremen Klimaverhältnissen, bei -30 bis +45 °C sowie unter erhöhter Staubbelastung auf unbefestigten Straßen intensiv getestet. Um zur Systemabsicherung unter allen dynamischen Bedingungen hochsensible Abgasmessungen während der Fahrt durchführen zu können, kam in der Entwicklungs- und Erprobungsphase ein in einem Sattelauflieger untergebrachtes Messlabor zum Einsatz.

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ZUSAMMENFASSUNG

Der ab 2014 geltende Abgasstandard Euro VI stellt unabhängig von der Fahrzeugbauart hohe Anforderungen an die Motortechnologie, Verbrennungsauslegung und Abgasnachbehandlung. Eine Kombination aus AGR, SCRKatalysator und geschlossenem Partikelfilter stellt in Verbindung mit erweiterten OBDFunktionen die Einhaltung der Grenzwerte sicher. Die Kundenerwartungen an Baufahrzeuge liegen schwerpunktmäßig im Bereich Robustheit und Zuverlässigkeit der Fahrzeuge, sehr guter Fahrdynamik und Effizienz auch im Allradbetrieb sowie in möglichst hoher Transportkapazität und einer großen Vielfalt an speziellen Fahrgestellvarianten und Antriebsformeln. Der Einsatz unveränderter Grundmotoren mit Common-Rail-Einspritzung sowie die neue Kombination bereits im Serieneinsatz bewährter Motortechnologien zur Stickoxidreduzierung trägt diesen Anforderungen Rechnung. Durch anwendungsnahe Abstimmung und Weiterentwicklung konnten sowohl die Traktion aus niedrigen Drehzahlen als auch die Kraftstoffeffizienz verbessert werden. März 2013

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