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GAMMA INDUSTRIALE
PER APPLICAZIONI MOVIMENTO TERRA.
LA FORZA DELL’INNOVAZIONE.
Tier 4 interim/Stage IIIB.
Energia pulita per motori da 130kW (174 cv) e oltre.
Powering the future
Energia pulita.
Durante il processo di combustione all’interno di un motore l’energia chimica viene trasformata in
energia meccanica. A causa delle impurità presenti nel combustibile fossile, durante il processo
di combustione vengono prodotte svariate sostanze tossiche. Tali sostanze sono principalmente
costituite da NOx, CO, HC e PM.
• NOx: gli ossidi di azoto sono la principale causa delle piogge acide e della riduzione dello strato
di ozono. Ad elevate temperature di combustione, di norma superiori a 1600°C, l’azoto (N2) e
l’ossigeno (O2) molecolari si dissociano nei loro stati atomici e reagiscono producendo NOx.
• CO: il monossido di carbonio è un gas velenoso, insapore ed inodore. Si sviluppa durante la
combustione in presenza di basse concentrazioni di ossigeno (miscele ricche) o quando l’ossigeno
non è distribuito uniformemente. Le emissioni di CO dei motori Diesel sono scarse.
• HC: gli idrocarburi sono composti da elementi organici, contenuti sia nel carburante che nell’olio,
e vengono formati dai prodotti della combustione incompleta. La quantità di HC aumenta di pari
passo con il volume del carburante nella camera di combustione.
• PM: il particolato atmosferico è principalmente composto da fini particelle di carbone ed altre
sostanze tossiche formatesi durante il processo di combustione incompleta del carburante, ad
esempio a basse temperature. Gli effetti dell’inalazione del particolato sono stati studiati su
esseri umani e animali e comprendono asma, tumore al polmone e malattie cardiovascolari.
NOx
Gli inquinanti più critici, NOx e PM, sono stati entrambi ridotti del 60% circa a partire dal 1996.
Nei prossimi anni verranno compiuti ulteriori sforzi per ottenere una riduzione di NOx e PM del 90% circa.
CO
HC
PM
Per un ambiente più pulito.
Sia negli USA che in Europa si è lavorato per rendere i motori Diesel più puliti possibile.
I motori devono essere ecocompatibili nel corso di tutto il loro ciclo di vita e nell’ambito di una vasta
gamma di condizioni operative.
A partire dal 2011, le normative di Tier 4 interim/Stage IIIB andranno innanzitutto ad interessare
i motori con una potenza superiore a 130kW, per poi essere estese alle altre gamme di potenza.
La conformità con il Tier 4 interim/Stage IIIB implica una riduzione significativa sia di NOx (-50%)
che di PM (-90%), rispetto all’attuale livello Tier 3/Stage III.
Normative sulle emissioni.
Motori per macchine movimento terra e forestali (Europa e Stati Uniti).
2008
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2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
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Tier 3/Stage IIIA
130 ≤ P ≤ 560 kW
Tier 4 interim/Stage IIIB
Tier 4/Stage IV
Tier 3/Stage IIIA
Tier 4 interim/Stage IIIB
56 ≤ P < 130 kW
Tier 4/Stage IV
Tier 3/Stage IIIA
19 ≤ P < 56 kW
Tier 4 interim/Stage IIIB
Tier 4/Stage IV
LEGENDA
La data di adozione dello Stage IV sarà il 1º settembre 2014, mentre quella del Tier 4 sarà il 1º gennaio 2015.
Limiti delle emissioni
(g/kWh)
Tier 3 /Stage IIIA(1)
NOx
HC
(2)
Tier 4 interim/Stage IIIB
CO
PM
NOx
HC
(2)
CO
PM
Tier 4/Stage IV
NOx
HC(2)
CO
PM
(3)
130 ≤ P ≤ 560 kW
4.0
3.5
0.20
2.0
0.19
3.5
0.02
0.4
0.19
3.5
0.02(3)
56 ≤ P < 130 kW
4.0
3.5
0.20
3.4(4)
0.19
5.0
0.02(3)
0.4
0.19
5.0
0.02(3)
P < 56 kW
4.7
5.0
0.40
5.0
0.30
5.0
0.03(3)
4.7
(5)
4.7
LEGENDA
(1) Indicazione solo dei limiti di “worst case”
(inferiori) (limiti superiori disponibili per
fasce limitate di potenza negli USA e per
CO e PM in Europa).
(2)Gli NMHC vengono presi in considerazione
nei limiti di livello statunitensi.
(3)In Europa, il limite di PM dello Stage IIIB e
del Tier IV è di 0,025.
(4)In Europa, il limite di NOx dello Stage IIIB
è di 3,3.
(5)In Europa, il limite di PM dello Stage IIIB è
di 0,40.
La richiesta dell’ambiente:
riduzione contemporanea di NOx e PM.
A causa della reazione opposta di Nox e PM alla temperatura di combustione, la riduzione
dell’uno implica necessariamente l’aumento dell’altro.
Al fine di ridurre contemporaneamente NOx e PM, come richiesto dalla normativa Tier 4
interim/Stage IIIB, è necessario lavorare su una diversa gestione della combustione e sui sistemi di
trattamento dei gas di scarico.
La tecnologia SCR (Riduzione Catalitica Selettiva) è un sistema di post-trattamento che trasforma
i NOx, prodotti durante il processo di combustione a temperatura più elevata, in azoto (N2) ed
acqua (H2O), sostanze chimiche entrambe normalmente presenti nell’atmosfera.
In questo modo l’utilizzo del sistema SCR consente la riduzione dei PM, ottimizzando al contempo
processo di combustione e prestazioni del motore, laddove la riduzione dei NOx si verifica a valle
del motore.
La risposta di FPT: tecnologia SCR.
FPT tecnologiA
A partire dal livello di emissioni Tier 3/Stage IIIA,
il sistema SCR consente di raggiungere
il Tier 4 interim/Stage IIIB in due semplici passaggi.
1
2
Con la calibrazione
su un’elevata
temperatura
di combustione si
producono NOx e una
ridotta quantità di PM.
Il sistema di
post-trattamento
SCR abbatte gli NOx,
indipendentemente
dal processo di
combustione.
Tier 4 interim/Stage IIIB
Sistema SCR: come funziona.
Il sistema di post-trattamento SCR (Riduzione Catalitica Selettiva) adotta un catalizzatore che converte i
NOx in azoto (N2) ed acqua (H2O) grazie ad una reazione chimica con una soluzione di acqua e urea (DEF:
Diesel Exhaust/Emission Fluid).
La soluzione di acqua e urea è una miscela atossica, incolore ed inodore di urea chimica ed acqua
demineralizzata.
L’intero sistema è controllato e gestito dall’Unità di Controllo del Dosaggio DCU (Dosing Control
Unit) all’interno del modulo di alimentazione.
I principali componenti del sistema SCR sono:
• Modulo di alimentazione
• Serbatoio dell’urea
• Modulo di dosaggio
• Catalizzatore SCR
All’avviamento del motore, la DCU realizza una verifica del sistema di post-trattamento. Successivamente,
la soluzione di acqua e urea viene introdotta nella tubazione di scarico tramite uno specifico iniettore
(Modulo di dosaggio), dando luogo alla formazione di vapore ed ammoniaca (NH3) (idrolisi).
In una seconda fase, la reazione del catalizzatore SCR produce sostanze come azoto ed acqua,
innocue per l’ambiente.
Una volta spento il motore, la soluzione di acqua e urea viene completamente scaricata nel serbatoio.
FPT tecnologiA
Modulo di dosaggio
Modulo di alimentazione
Catalizzatore SCR
Serbatoio dell’urea
Principali componenti del sistema SCR.
Modulo di alimentazione:
è l’unità che mette in pressione e
pompa la soluzione di acqua
e urea. È costituito dalla
DCU e dalla pompa.
La DCU controlla e
gestisce la soluzione
in termini di quantità
e pressione tramite i
sensori di temperatura
e di pressione.
La pompa convoglia il liquido
pressurizzato verso l’apposito
modulo di dosaggio.
Serbatoio dell’urea:
è il luogo dove si deposita la
soluzione di acqua e urea nel
veicolo.
Contiene i sensori di
temperatura e di
livello del liquido.
Modulo di dosaggio:
è l’unità responsabile
dell’iniezione della soluzione
di acqua e urea all’interno
del catalizzatore SCR.
Viene gestito dal
modulo di alimentazione.
Catalizzatore SCR:
è la parte del sistema in
cui avviene la riduzione
chimica.
FPT tecnologiA
Integrazione del sistema.
Il sistema SCR è stato concepito per consentirne semplice installazione e flessibilità di
posizionamento, offrendo agli OEM (Original Equipment Manufacturers) la possibilità di
mantenere la stessa architettura del veicolo del Tier 3/Stage IIIA.
La progettazione specifica di tutti i componenti del sistema li rende facilmente accessibili
negli interventi di manutenzione e di rabbocco (vedi figura sottostante).
Motore
Modulo di dosaggio
Catalizzatore SCR
Serbatoio dell’urea
Modulo di alimentazione
10 ragioni per scegliere il sistema SCR.
1) Prestazioni eccezionali: poiché il sistema SCR è un sistema di post-trattamento,
il motore è stato concepito per aumentare al massimo la coppia e la potenza con il più breve tempo
di risposta al carico.
2) Elevata affidabilità: il sistema SCR consente al motore di ottimizzare la dissipazione
di calore di molti componenti, con conseguente miglioramento dell’affidabilità.
3) Minore consumo di carburante: l’efficienza del processo di combustione
ottimizza il consumo di carburante, riducendo i costi operativi del cliente.
4) Allungamento degli intervalli di manutenzione: il processo
di combustione ottimizzato salvaguarda le proprietà fisiche dell’olio, riducendo le operazioni
di manutenzione e i conseguenti fermi macchina.
5) Soluzione compatta: rispetto al motore in Tier 3/Stage IIIA, l’efficienza termodinamica
del sistema SCR consente di ridurre la cilindrata migliorando le prestazioni.
6) Ampia compatibilità con il carburante: il sistema SCR funziona a
prescindere dalla qualità del carburante. Nella tecnologia SCR di FPT, i substrati del catalizzatore
non sono influenzati dalla presenza delle tipiche sostanze tossiche presenti nel carburante, come
lo zolfo.
7) Imbattibile durevolezza: il sistema SCR è stato concepito per durare tutta
la vita! La riduzione di PM all’interno del motore garantisce la totale assenza di problemi di
intasamento ed esclude qualsiasi intervento di rigenerazione.
8) Soluzione di facile utilizzo: il sistema SCR è semplice. L’unica cosa da fare
consiste nel rabboccare il DEF quando l’indicatore di livello presente nel quadro strumenti del
veicolo inizia a lampeggiare.
9) Tecnologia avanzata: il sistema SCR è riconosciuto dalla maggior parte dei costruttori
di motori come la tecnologia del futuro ed è pienamente conforme con il Tier 4 final/Stage IV.
10) Rispetto dell’ambiente: grazie al sistema SCR, le sostanze inquinanti prodotte
durante il processo di combustione vengono convertite in N2 e H20, sostanze innocue già presenti
nell’ambiente.
SCRVANTAGGI
Gamma di motori FPT in Tier 4 interim/Stage IIIB
per potenze superiori a 130kW.
Modello di motore
N67 ENT
C87 ENT
210
295
330
452
560
Regime Nominale (giri/min.)
2200
2150
2100
2000
2100
Coppia (Nm)
1143
1600
2000
2880
3200
Regime di coppia max
1500
1100
1500
1400
1500
Post-trattamento
SCR
SCR
SCR
SCR
SCR
Potenza Nominale kW
C10 ENT
C13 ENT
V20 ENT
Domande e risposte.
Qual è l’elemento trainante della
strategia di FPT per ottenere
emissioni di Tier 4 interim/Stage IIIB?
Come viene raggiunto il livello di
emissioni da parte del sistema
SCR?
Quali vantaggi vengono offerti
dalla tecnologia SCR?
FPT ha scelto di concentrarsi sulla produttività e sull’ottimizzazione
dei costi operativi del cliente, riconoscendo la validità del sistema SCR
come la migliore soluzione per i motori destinati a prestazioni medie
e pesanti. Il sistema SCR consente di ridurre gli elevati costi operativi
agendo sul consumo di carburante e sugli intervalli fra le sessioni di
manutenzione (cambio olio).
Con la tecnologia SCR, la riduzione dei gas è completamente gestita
dal sistema di post-trattamento all’esterno del motore, che è pertanto
in grado di realizzare una combustione ottimale con minore consumo
di carburante.
Sono almeno 10 le valide ragioni per cui il sistema SCR risulta essere
la scelta più conveniente:
• Prestazioni eccezionali
• Elevata affidabilità
• Minore consumo di carburante
• Allungamento intervalli di manutenzione
• Soluzione compatta
• Ampia compatibilità con il carburante
• Imbattibile durevolezza
• Soluzione di facile utilizzo
• Tecnologia avanzata
• Rispetto dell’ambiente
Dove verrà commercializzato il sistema
SCR?
Il DEF (Diesel Exhaust/Emission Fluid))
verrà distribuito anche negli USA?
Esistono eventuali problematiche rilevanti
per quanto concerne l’adozione del sistema
SCR negli USA?
Che cosa succede se il serbatoio del DEF è
vuoto?
Il sistema SCR è influenzato dalle basse
temperature?
Il sistema SCR presenta restrizioni
di installazione?
Il sistema SCR verrà commercializzato in tutti i Paesi in cui i
regolamenti in materia di emissioni richiederanno di attenersi
alle norme di Tier 4 interim/Stage IIIB.
Sì.
No, in quanto entro il 2011 negli USA verrà sviluppata la rete di
distribuzione del DEF (molti costruttori di motori statunitensi
adotteranno il sistema SCR per soddisfare l’EPA10 in materia
di conformità con la circolazione stradale).
Si accende un led sul quadro strumenti del veicolo e, dopo un
certo periodo di tempo, il motore viene commutato in modalità
ad efficienza ridotta per salvaguardare la sicurezza.
No, il sistema SCR di FPT funziona perfettamente a basse
temperature. Anche in caso di partenza a freddo con soluzione
a base di urea congelata (temperatura inferiore a -11°C/12°F),
il motore funziona in modo appropriato, senza alcuna perdita
di potenza.
Gli OEM sono tenuti a rispettare le linee guida di FPT per
l’installazione del sistema SCR, tuttavia il sistema è stato
concepito in modo da essere di facile installazione, con la
giusta flessibilità in termini di lunghezza delle tubazioni e
posizionamento in altezza. Inoltre, FPT offrirà il massimo
supporto ai fini di garantire che l’installazione finale risulti
in conformità con la legislazione in materia di emissioni.
Ovunque al vostro servizio.
Vendita ed assistenza.
FPT può contare su un’organizzazione a livello mondiale che include più di 1500 punti di vendita e
assistenza, in grado di aiutare il cliente nel momento dell’acquisto e in quello dell’assistenza e della
fornitura dei ricambi.
Grazie ai frequenti corsi di aggiornamento, la rete di FPT è felice di assistervi in ogni momento e in
ogni luogo si renda necessario, fornendovi solo ricambi originali e di provata qualità.
P2G01Z002I- 09.10
FIAT POWERTRAIN TECHNOLOGIES S.p.A.
Corso Settembrini 167, 10135 - Torino, Italy
Email: [email protected] - www.fptpowertrain.com
Powering the future