Normas de emisión de la UE y EE. UU. para motores diésel en máquinaria fuera de ruta. 2

Normas de emisión de la UE y EE. UU. para motores diésel en máquinaria fuera de ruta.

Si desea obtener más información sobre misterios como Stage IIIB, IT4 y Final Tier 4, es decir, las normas de emisión para motores diesel (en este caso para máquinas forestales), ¡continúe leyendo!
Este artículo pretende ser una primera mirada al tema, principalmente para los motores diesel algo más grandes con una calificación de más de 130kW.
Escribir textos detallados sobre nuevas máquinas forestales significa que no he podido evitar lidiar con la tecnología del motor en estas máquinas. Me vi obligado a comenzar a escribir toda la terminología y las tecnologías para poder mantenerlas en línea recta, y luego me di cuenta de que esta podría ser la información que valía la pena transmitir a otras personas. De modo que el texto a continuación es un intento de transmitir la información que yo mismo obtuve al hablar con los fabricantes de maquinaria y expertos en el tema. Si encuentra algún error, solo avíseme y lo arreglaré. Y si tiene algo que agregar, por favor comente a continuación.


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John Deere FT4 Diesel PSS 6090

Motores no de carretera

Las máquinas forestales se clasifican como maquinaria móvil no de carretera (NRMM) y los motores diesel en ellas tienen su propia directiva a seguir. Esta no es la misma directiva que para, por ejemplo, los motores diesel para camiones, pero más sobre eso más adelante. Dentro de la Unión Europea, la directiva pertinente tiene el nombre 97/68 / UE.

Nivel o etapa?

Los motores diesel de hoy en día en las máquinas de trabajo (que incluyen máquinas forestales) deben cumplir con las normas y estándares para permitir su venta y uso. Las regulaciones difieren según el lugar del mundo donde se vendan las máquinas. Con respecto a los estándares de emisión, es decir, cuánta contaminación puede emitir un motor, se mencionan dos directivas con mayor frecuencia, una es una directiva de la UE y la otra se aplica a los EE. UU.
En ambas directivas, los estándares de emisión se plantean por etapas y, en general, se siguen, es decir, son comparables. En la directiva de la UE, los aumentos se producen en etapas y en los Estados Unidos en Niveles (EPA).

Etapa 1 (Etapa I, Nivel 1)

Introducido en 1999.
Los estándares de emisión fueron entonces:
Óxidos de nitrógeno (NOx): <9.2g / kWh
Materia particulada diesel (PM o DPM): <0.85g / kWh

Etapa 2 (Etapa II, Nivel 2)

Introducido en 2002.
Normas de emisión:
óxidos de nitrógeno (NOx): <6 g / kWh
Materia particulada diesel (PM o DPM): <0.2 g / kWh

Etapa 3a (Etapa IIIA, Nivel 3)

Introducido en 2006.
Normas de emisión:
óxidos de nitrógeno (NOx): <4 g / kWh
Materia particulada diésel (PM o DPM): <0,2 g / kWh

Etapa 3b (Etapa IIIB, Nivel Interino 4, IT4)

Introducido en 2011.
Normas de emisión:
óxidos de nitrógeno (NOx): <2g / kWh
Materia particulada diesel (PM o DPM): <0.025g / kWh

Etapa 4 (Etapa IV, Nivel final 4, FT4)

Introducido en 2014.
Estándares de emisión:
óxidos de nitrógeno (NOx): <0.4g / kWh
Materia particulada diesel (PM o DPM): <0.025g / kWh

Etapa 5 (Etapa V, Nivel 5)

Debe introducirse 2019
Normas de emisión:
óxidos de nitrógeno (NOx): <0.4g / kWh
Materia particulada diesel (PM o DPM): <0.015g / kWh
Número de partícula (PN): <1 × 10 ^ 12 / kWh

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Motor diesel AGCO en una cosechadora Komatsu

Diseño del motor diésel por etapa (aproximado)

A medida que se introdujeron las etapas, las directivas obligaron a los fabricantes de motores a mejorar sus motores diesel. Pueden diseñar sus motores como quieran, siempre y cuando se mantengan dentro del marco regulatorio, pero ha resultado que es posible encontrar soluciones técnicas comunes para cada etapa.

Tecnología de EGR (Recirculación de gases de escape) Etapa I, Etapa II y Etapa IIIA en varias formas.

Etapa IIIB, Nivel intermedio 4, IT4
C-EGR (Recirculación de gases de escape refrigerados) + filtro de partículas

Etapa IV, nivel final 4
C-EGR + SCR (en pequeñas cantidades) + filtro de partículas, o solo
SCR (solo en cantidades mayores).

Etapa V,
filtro de partículas SCR + Nivel 5 (en varias formas)

EGR

EGR significa recirculación de gases de escape y es una tecnología desarrollada en los Estados Unidos en la década de 1970. El principio es instalar una válvula entre la salida de escape del motor y la entrada de aire y usar la válvula para devolver algunos de los gases de escape al motor para que se mezclen con el aire de admisión y se reintroduzcan en el proceso de combustión. Esto reduce el suministro de oxígeno al motor y reduce la emisión de óxidos de nitrógeno porque la temperatura de combustión es menor.

C-EGR

C-EGR significa Recirculación de gases de escape refrigerados y es un refinamiento de EGR. Los gases de escape recirculados se enfrían antes de ser recombinados, lo que aumenta el efecto de EGR (la reducción de las emisiones de óxido de nitrógeno).

SCR

SCR significa reducción catalítica selectiva y es un sistema para reducir significativamente las emisiones de óxido de nitrógeno (NOx) de los motores diesel.
Los componentes de SCR son un tanque para fluido DEF (fluido de escape diésel o urea, AdBlue), un inyector para el fluido que se encuentra en el tubo de escape antes del convertidor catalítico y el convertidor mismo.
El fluido más utilizado es la urea, y en Europa generalmente se lo conoce como AdBlue. AdBlue es una marca registrada propiedad de la Asociación Alemana de la Industria Automotriz (VDA). El fluido solo se puede llamar AdBlue si cumple con ciertos estándares de calidad. Esto es importante para evitar que el sistema sea dañado por contaminantes.

La urea (que también se forma en los cuerpos de los mamíferos en forma de orina) se inyecta en el tubo de escape antes del convertidor catalítico e inmediatamente se convierte en vapor. Al hacerlo, se forman amoníaco y agua. A través de un proceso químico en el convertidor catalítico, el amoníaco transforma el óxido de nitrógeno (NOx) en nitrógeno y agua.

DPF – Filtro de partículas diesel

El trabajo del filtro de partículas es capturar las partículas (llamadas «hollín» en el habla cotidiana) generadas por la combustión en el motor diesel. El diseño del filtro de partículas puede variar, pero el más común en la actualidad es un filtro compuesto por canales microscópicos hechos de material cerámico. El hollín se queda atascado en los canales a medida que pasa a través del filtro. Una consecuencia es que cuanto más hollín se traba, más se empeora el flujo. Para mantener baja la resistencia al flujo, los filtros de partículas deben limpiarse regularmente, un proceso llamado regeneración. Esto implica calentamiento rápido hasta aprox. 600 grados Celsius (1,112 grados Fahrenheit), en cuyo punto las partículas se queman y pasan a través del filtro junto con los gases de escape.

Este proceso de calentamiento se puede hacer de varias maneras; el más común usado hoy en día es que la computadora programe la inyección de diesel durante la fase de regeneración. Esto inunda el motor con diesel, por lo que el diesel no quemado pasa a través de los gases de escape y se quema en el tubo de escape antes del filtro de partículas. Esto calienta el filtro y permite la regeneración. Otro método común es que una boquilla de inyección adicional se encuentra justo antes del filtro de partículas. Durante la regeneración, el diesel se inyecta directamente en el tubo de escape y se quema de la misma manera que se describe arriba.

El proceso de regeneración descrito anteriormente se llama regeneración activa. Lo opuesto se llama regeneración pasiva. En ese sistema, el filtro de partículas se encuentra más cerca del motor y, por lo tanto, se calienta casi automáticamente por los gases de escape y, por lo tanto, se regenera casi continuamente.
El filtro de partículas también puede (según el fabricante) incorporarse con un catalizador de oxidación diésel (DOC). Un DOC oxida gases, principalmente monóxido de carbono e hidrocarburos, y por lo tanto ayuda a reducir las emisiones de partículas.

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El principio de un filtro de partículas para motores diesel.

Etapa 4, Nivel final 4 – tecnologías

Para las máquinas forestales más grandes que utilizan el método CTL (Corte a medida), actualmente hay dos tecnologías que han sido elegidas por varios fabricantes para cumplir con los estándares de la Etapa 4.

Rottne ha comenzado a introducir motores Stage 4 en su producción en serie. Desde hace algunos años, su proveedor de motores ha sido John Deere, cuya elección de tecnología para cumplir con la Etapa 4 es C-EGR con filtro de partículas y SCR.

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El principio de la técnica FT4 en un motor diesel John Deere.

Komatsu, Eco Log, Ponsse (Mercedes, Agco) – Tecnología SCR

Los fabricantes anteriores han elegido motores de Mercedes o Agco, que han elegido usar la tecnología SCR en sus motores Stage 4.

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Técnica SCR Only, imagen de Case IH.

Diferencias entre las dos tecnologías

SCR usa más urea (AdBlue), aprox. 7% del consumo de diesel, mientras que EGR usa 2-3% del consumo de diesel.
SCR no tiene filtro de partículas, por lo que no se requiere regeneración.

¿Pero qué hay de las máquinas IT4 de John Deere?

Las máquinas forestales de John Deere 2015 se venden como IT4, es decir, Stage IIIB. Tienen tecnología EGR con filtro de partículas pero no SCR. La razón por la cual John Deere no eligió la tecnología FT4 (aunque la tenían «dentro» de la compañía) es que ordenaron motores IT4 antes de que se introdujera el marco regulatorio para la Etapa 4 / FT4. John Deere puede terminar vendiendo su stock de motores con estándares de emisión más bajos.

Una tendencia similar en la elección de las tecnologías es evidente en la industria de camiones, con opciones que van en una variedad de direcciones. Scania eligió la tecnología EGR con SCR, mientras que Volvo eligió la tecnología SCR.

Se espera que la Etapa 5 (Etapa V, Nivel 5) se adopte hacia el año 2019. Se espera que la diferencia principal sea más normas para las emisiones de partículas más las posibles demandas iniciales sobre los gases de efecto invernadero.

Volvo Penta presentó un próximo motor diesel Tier 5 en la Forestry Fair Elmia Wood 2017 en Suecia, por lo que los fabricantes claramente están comenzando a preparar el mercado para los estándares futuros.

Motores diesel comunes FT4 en el mercado 2017

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