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STAGE V
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LA SFIDA STAGE V
Eccellenza tecnologica e innovazione di prodotto: questi i fattori cruciali del successo di FPT Industrial e, al contempo, la sua principale mission strategica. Attraverso le attività di ricerca e sviluppo, infatti, l’azienda mira a diventare leader dell’innovazione nel campo dei motopropulsori per applicazioni agricole e da cantiere e fornitore di riferimento per le soluzioni economicamente più vantaggiose in linea con gli standard Tier 4B/Stage IV.
FPT Industrial rispetta i nuovi limiti sulle emissioni senza gravare sull’architettura dei veicoli e sui costi, un obiettivo raggiunto grazie alla tecnologia HI-eSCR. Questa innovativa tecnologia brevettata, che è già impiegata in realtà da più di 11 anni su 500.000 motori prodotti, consente ai nostri motori di soddisfare gli standard della normativa Tier 4B/Stage IV e garantisce un’altissima efficienza nel tasso di conversione di NOX (oltre il 95% rispetto all’80-85% dei migliori concorrenti) senza ricorrere al sistema ec-EGR e al DPF.
Per rispettare anche i futuri limiti Stage V sulle emissioni, FPT Industrial conferma la sua strategia “SCR-only” di lungo termine. Infatti è uno dei pochi costruttori a offrire una soluzione senza ricircolo dei gas di scarico (EGR), continuando la tradizione di competitivi vantaggi ottenuti con il sistema HI-eSCR, come il maggior risparmio di carburante e i migliori livelli nell’erogazione di coppia e nella densità di potenza della sua categoria.
All’interno del motore Diesel, durante il processo di combustione l’energia chimica viene trasformata in energia meccanica. Per effetto del processo chimico di combustione vengono prodotti diversi agenti inquinanti, tra i quali i più nocivi sono gli ossidi di azoto (NOX) e il particolato (PM).
Dall’entrata in vigore nel 2011 degli standard Tier 4A/Stage IIIB, sono stati compiuti notevoli sforzi per ridurre gli agenti inquinanti dannosi per l’ambiente.
La conformità con Tier 4B/Stage IV, introdotta nel 2014, implica un’ulteriore significativa riduzione di NOx (- 80% rispetto al livello Tier 4A/Stage IIIB), mentre per il particolato (PM) non sono previste ulteriori riduzioni avendo già ottenuto il 90% nella fase precedente.
Scenario
Attualmente è oggetto di discussione una nuova fase che sarà introdotta nella legislazione dell’Unione europea: in base all’attuale proposta della Commissione europea, si prevede che la nuova normativa Stage V per il control-lo delle emissioni di macchine diverse da quelle mobili entrerà in vigore a partire dal 2019/2020, a seconda della potenza di ciascun motore.
Sulla base di tale proposta, la normativa Stage V ridurrà i limiti previsti per le emissioni di PM, preveden-do un’ulteriore limitazione del 40% per la quantità di emissioni consentita e introducendo nuovi limiti anche sul numero di particelle emesse (limite del numero di particelle emesse, PN).
Inoltre, la normativa Stage V regolamenterà anche gamme di potenza attualmente oggetto di norme meno severe o non regolamentate in alcun modo (le gamme di potenza inferiori a 37 kW e superiori a 560 kW).
> 560 kW
130 < P < 560 kW
56 < P < 130 kW
37 < P < 56 kW
19 < P < 37 kW
Dopo l’introduzione dei limiti delle emissioni previsti dalla normativa Tier 4B / Stage IV nel 2014-2015, è allo studio un nuovo regolamento a rafforzamento della legislazione europea in materia di applicazioni non stradali; l’introduzione della nuova normativa Stage V è attesa per il 2019 o per il 2020 a seconda del livello di potenza considerato
Durata delle emissioni: 8000 ore, 10 anniNon è consentita l’approvazione di nuovi modelli in Europa per il livello esistente di emissioni ammesso nell’anno precedente all’introduzione di un nuovo limite di emissioniNE: nessuna regolamentazione sulle emissioni in Europa per P < 19 kW e P ≥ 560 kW
Roadmap delle normative sulle emissioni
2011
2012
2013
2014
2015
2017
2016
2018
2019
2020
Tier 2 / NE
TIER 3 / ST IIIA
TIER 4A / NE TIER 4B / NE STAGE V
STAGE V
STAGE V
STAGE V
STAGE V
TIER 4B / ST IV
TIER 4B / ST IV
TIER 4A / ST IIIB
TIER 4A / ST IIIA
TIER 4A / ST IIIA
TIER 4B / ST IIIB
TIER 3 / ST IIIA
TIER 4A / ST IIIB
TIER 4B / ST IIIA
Normative sulle emissioni per macchine mobili Off Road, trattori agricoli e forestali (Europa) e motori ad accensione per compressione Off Road (Stati Uniti)
STAGE IIIB / TIER 4A INTERIM STAGE IV / TIER 4B FINALE STAGE V PROPOSTA DELLA COMMISSIONE UE
CO HC NOX PM CO HC NOX PM CO HC NOX PM PN
g/kWh g/kWh g/kWh 1/kWh
P ≥ 560 kW1 3,5 0,40 3,5 0,10 3,5 0,19 3,5 0,04 3,5 0,19 3,5 0,045 //
130 ≤ P < 560 kW 3,5 0,19 2,00,025 (EU)
0,02 (USA)3,5 0,19 0,40
0,025 (EU)
0,02 (USA)3,5 0,19 0,40 0,015 1 x 1012
56 ≤ P < 130 kW 5,0 0,193,3 (EU)
3,4 (USA)
0,025 (EU)
0,02 (USA)5,0 0,19 0,40
0,025 (EU)
0,02 (USA)5,0 0,19 0,40 0,015 1 x 1012
37 ≤ P < 56 kW 5,0 4,70,025 (EU)
0,3 (USA)5,0 4,7
0,025 (EU)
0,3 (USA)5,0 4,7 0,015 1 x 1012
19 ≤ P < 37 kW2 5,5 7,5 0,6 5,5 4,7 0,03 5,0 4,7 0,015 1 x 1012
Durata delle emissioni: 8000 ore, 10 anni1. Nessuna regolamentazione sulle emissioni in Europa per P > 560 kW fino all’introduzione della normativa Stage V 2. In Europa, i livelli di emissione Stage IIIA rimangono in vigore per 19 < P ≤ 37 kW fino all’introduzione della normativa Stage V
CO Monossido di carbonioHC IdrocarburiNOx Ossidi di azotoPM ParticolatoPN Numero di particelle
LEGENDA
I motori FPT Industrial
Grazie ai costanti progressi tecnici la nostra gamma di motori all’avanguardia consente ai nostri clienti di dispor-re delle migliori caratteristiche in assoluto, in particolare i costi operativi molto contenuti e le prestazioni eccezio-nali. Fondamentali per l’ottimizzazione dell’efficienza della combustione sono l’elevata pressione nei cilindri e le alte pressioni negli iniettori: i motori sono dotati di un sistema di iniezione Common Rail di ultima generazione, con una pressione massima di iniezione fino a 2.200 bar.
Per raggiungere tali risultati sono stati apportati mi-glioramenti al basamento e alla testa cilindri per garantire una maggiore robustezza strutturale del motore. La
centralina elettronica gestisce i parametri del motore e garantisce il controllo accurato del sistema di post-tratta-mento dei gas di scarico.
Inoltre, poiché il motore immette soltanto aria filtrata pulita anziché i gas di scarico ricircolati, l’usura del mo-tore risulta minima a fronte di intervalli di sostituzione dell’olio fino a 600 h, senza alcuna necessità di montare una coppa dell’olio di dimensioni maggiorate. Anche questo costituisce un ulteriore vantaggio sia a livello di costi operativi, sia di riduzione dei periodi di inutilizzo per la manutenzione programmata.
I vantaggi dei motori FPT Industrial
Aumento della produttività del veicolo grazie ad una migliore risposta in transitorio
Costi operativi contenuti grazie all’elevata efficienza della combustione e a intervalli di manutenzione prolungati (fino a 600 h, a seconda del tipo di impiego)
Nessun aumento della complessità del turbocompressore pur garantendo prestazioni eccezionali
Design essenziale del motore
Tecnologia semplificata per incrementare durata ed affidabilità
Nessun requisito supplementare per il sistema di raffreddamento né per quanto concerne le dimensioni del radiatore o l’azionamento della ventola
A causa della reazione opposta alla temperatura di combustione, la riduzione di uno dei prodotti della combustione (NOX o PM) implica necessariamente l’aumento dell’altro. Per poter ridurre ulteriormente gli ossidi di azoto (NOX) come previsto dalla normativa Tier 4B/Stage IV, occorre pertanto lavorare su diversi sistemi sia di gestione della combustione che di trattamento dei gas di scarico.
Ciò significa che è possibile raggiungere i limiti delle emissioni previsti dalla normativa Tier 4B/Stage IV sol-tanto mediante la riduzione catalitica selettiva (SCR), con o senza EGR. L’impiego di un sistema EGR consente da una parte di ridurre le emissioni di NOX nella camera di combustione, abbassando la temperatura di combustio-ne attraverso il ricircolo dei gas di scarico, ma dall’altra comporta un aumento delle emissioni di particolato (PM) e una riduzione dell’efficienza del processo di combustio-ne stesso.
FPT Industrial ha scelto di puntare sull’aumento dell’efficienza della combustione del motore per ridurre le emissioni di particolato senza ricorrere al sistema EGR, consentendo ai motori di funzionare al massimo delle loro prestazioni; Alla riduzione del livello di emissioni di NOX provvede infatti il sistema SCR, mantenendo l’efficienza del combustibile e l’affidabilità in generale del sistema di alimentazione.
HI-eSCR 2
TIER 4B/STAGE IV:
il sistema brevettato HI-eSCR di FPT Industrial è in grado di ridurre i livelli di NOX di oltre il 95%, garantendo il miglior livello di efficienza in assoluto nel tasso di conversione; inoltre, grazie all’assenza di DPF, la soluzione FPT non richiede interventi di manutenzione o di rigenerazione e migliora la produttività evitando il fermo macchina per la pulizia o la sostituzione del filtro in fase di esercizio.
STAGE V:
la scelta di mantenere i vantaggi dell’esclusiva e imbattuta tecnologia HI-eSCR consente a FPT Industrial di integrare nel catalizzatore SCR un dispositivo di filtraggio che non richiede manutenzione e al tempo stesso di rispettare i limiti più severi previsti nel prossimo futuro per le emissioni di PM grazie ad una struttura assolutamente compatta.
Il sistema di post-trattamento dei gas di scarico HI-eSCR 2 di seconda generazione conserverà infatti le stesse dimensioni delle attuali applicazioni Tier 4B/Stage IV, senza necessità di un nuovo progetto né di modifiche all’architettura della macchina, per rispettare con maggiore facilità i nuovi limiti prescritti per le emissioni; grazie al processo di combustione senza EGR, le prestazioni e i costi operativi risultano ottimizzati e confermano il vantaggio competitivo rappresentato dai motori FPT Industrial.
Brevetti
Controllo “chiuso” attraverso il dosaggio preciso di NOX e i sensori di ammoniaca per consentire il monitoraggio accurato della composizione dei gas di scarico; sistema di dosaggio adattivo per ridurre l’utilizzo di AdBlue
Mix ad alta turbolenza, isolato termicamente, per consentire un’idrolisi omogenea dell’urea e una corretta distribuzione nel flusso dei gas di scarico
Miglioramento della gestione termica per accelerare l’attivazione del sistema SCR durante la fase a freddo nel ciclo delle emissioni attraverso la valvola Exhaust Flap a controllo elettronico
Tutti i componenti del sistema di post-trattamento dei gas di scarico si trovano in una struttura compatta e completamente chiusa, per rendere più semplici le ope-razioni di montaggio grazie alle varie soluzioni che essa consente nell’architettura del telaio.
Questi i componenti principali del sistema HI-eSCR 2:
Il sistema è dotato, nel suo complesso, di una rete di sen-sori integrati per controllare, tra gli altri aspetti, le emis-sioni di NOX ed eventuali eccessi di NH3 (ammoniaca).
Modulo di alimentazione DEF/AdBlue
Modulo di dosaggio DEF/AdBlue
Diesel Oxydation Catalyst (DOC)
Miscelatore DEF/AdBlue
Riduzione catalitica selettiva (SCR) su filtro
Clean-Up Catalyst
Il flusso dei gas di scarico proveniente dal motore entra nel DOC dove NO si ossida in NO2, portando ai massimi livelli l’efficienza del tasso di conversione del catalizzatore SCR.
La centralina elettronica (ECU), il “cervello” del siste-ma HI-eSCR 2, controlla attraverso una rete di sensori in-tegrati la quantità di soluzione acqua-urea (DEF/AdBlue) da iniettare nel tubo di scarico. Per aumentare la durata dell’iniettore, il modulo di dosaggio viene raffreddato dal liquido di raffreddamento del motore.
Il sistema di post-trattamento dei gas di scarico HI-eSCR 2 adotta per il catalizzatore SCR un dispositivo di filtraggio. Oltre all’intrappolamento e all’ossidazione del particolato, il catalizzatore converte gli ossidi di azoto (NOx) in Azoto (N2) e acqua (H2O) grazie alla reazione chimica dell’ammoniaca (NH3) generata dal modulo di dosaggio DEF/AdBlue. Al termine del processo, il CUC integrato elimina l’ammoniaca rimasta (NH3). Il risulta-to ottenuto è una riduzione di NOx superiore al 95% e livelli di PM inferiori ai limiti per le emissioni previsti dalla normativa Stage V.
Componenti principali
LEGENDA
Catalizzatore ad ossidazione per motori DieselNO NO2
Ossidazione di HC, CO e PM
INIEZIONE DI AdBlue ® / DEFIdrolisi NH3+ CO2
Riduzione catalitica selettiva su filtroRiduzione di NO ed NO2 in N2 e H2O grazie a NH3
Ossidazione PM con NO2
Clean-Up CatalystOssidazione di NH3 residua
*AdBlue ® / DEF = CO(NH2)2 + H2O
1
2
3
4
PM ParticolatoHC Idrocarburi incombustiNOx Ossidi di azotoCO Monossido di carbonioN2 AzotoCO2 Anidride carbonicaH2O Acqua
scr su filtro
doc
cuc
AdBlue ® / DEF *
AdBlue ® / DEF *
Modulo di alimentazione Centralina elettronica
Miscelatore
Modulo di dosaggio
2
CO
HCCO2
N2
H2OCO2
NOX
2
NH3 NOx
N2 H2O
1
NH3
CO2
3
4
Perché scegliere il sistema HI-eSCR 2
* rispetto ala media dei consumi della concorrenza attraverso il sistema EGR e la rigenerazione attiva** se si considerano unità composte da sistema di raffreddamento, motore e sistema di post-trattamento dei gas di scarico
“Best in class” per potenza e densità di coppia.Temperatura minima di post-trattamento dei gas di scarico: nessuna protezione dal calore prodotto dalle massime temperature connesse con la rigenerazione attiva.Ottimizzazione dei tempi di esercizio: nessun fermo macchina per i processi di rigenerazione.
PRODUTTIVITÀ ELEVATA & SICUREZZA
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2 “Best in class” nel consumo dei fluidi*.Massima durata del sistema di post-trattamento: riduzione del numero di particelle sperimentata in oltre 3,5 miliardi di ore trascorse in servizio.
COSTI OPERATIVI CONTENUTI
3 Stesso sistema di raffreddamento del motore da Stage IIIA a Stage V. Le dimensioni inferiori in assoluto**.Disponibilità di configurazioni multiple e pronte all’uso: oltre 20 configurazioni differenti per ciascun nodo di potenza.
FACILITÀ DI INSTALLAZIONE
LA SOLUZIONE STAGE V DI FPT
IL SISTEMA HI-eSCR DI SECONDA GENERAZIONE
• Senza EGR
• Senza rigenerazione attiva
• Senza necessità di manutenzione
GARANTISCE:
Tutte le immagini, i disegni, le illustrazioni e descrizioni presenti in questo documento sono basati sulle informazioni di prodotto a disposizione di FPT Industrial al momento della stampa (31/03/2016).Alcune gamme di motori potrebbero riferirsi a configurazioni specifiche per un mercato e, di conseguenza, potrebbero non essere presenti né essere in vendita in tutti gli altri mercati. I colori presenti in questo documento potrebbero risultare diversi dagli originali.FPT Industrial si riserva il diritto di introdurre, in qualsiasi momento e senza preavviso, modifiche ai progetti, ai materiali, ai componenti, agli equipaggiamenti e/o alle specifiche tecniche qui riportati.
Progetto grafico STAR Srl, Italy
