Forschungs- und Innovationsprojekt MuSt5-Trak
Entwicklung und Feldtest eines Abgasstufe V Multi-Fuel-Traktors

Auf Basis eines Serien-Dieseltraktors soll vom John Deere European Technology Innovation Center ein Multi-Fuel-Traktor der Stufe V entwickelt werden, welcher mit verschiedenen Kraftstoffen (Pflanzenöle, Biodiesel, Diesel) sowie mit Mischungen daraus gleichermaßen betrieben werden kann. Der Traktor wird dazu mit einem Kraftstofferkennungssystem und einer automatischen Anpassung der Motorparameter in Abhängigkeit vom jeweiligen Kraftstoff ausgestattet und im Praxiseinsatz getestet. Der Multi-Fuel-Traktor soll einen sicheren, effizienten und schadstoffarmen Betrieb mit verschiedenen Kraftstoffen und Kraftstoffmischungen gewährleisten. Dadurch sollen sich die Markteinführungschancen von Pflanzenölkraftstoffen in der Land- und Forstwirtschaft verbessern.

Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung eines Multi-Fuel-Traktors der Abgasstufe V, der eine größtmögliche Flexibilität bei der Wahl des Kraftstoffes sowie eine hohe Betriebssicherheit bietet und Hemmnisse beim Einsatz von Biokraftstoffen abbaut. Das Ziel des Teilvorhabens 1, welches vom Projektkoordinator John Deere bearbeitet wird, ist es, einen Detektionsalgorithmus für Kraftstoffe zu entwickeln, diesen an einem Motorenprüfstand zu testen und durch eine entsprechende Motorsteuerung auf einem Versuchsfahrzeug zu implementieren. Im Teilvorhaben 2, das vom Technologie- und Förderzentrum bearbeitet wird, werden Sensoren für die Kraftstofferkennung geprüft und bewertet und das Multi-Fuel-Konzept auf Versuchstraktoren im Feld erprobt. Ziel des Teilvorhabens 3, bearbeitet durch die Technische Universität Kaiserslautern, ist es schließlich, am Motorenprüfstand Sensortests und Optimierungen des Motorenbetriebs durchzuführen.

Das Forschungsvorhaben „Entwicklung und Feldtest eines Abgasstufe 5 Multi-Fuel-Traktors (MuSt5-Trak)“ steht kurz vor dem Projektende mit einem erfolgversprechenden Stand der Ergebnisse. Diese haben die Projektpartner John Deere GmbH & Co. KG, Technische Universität Kaiserslautern und das Technologie- und Förderzentrum (TFZ) am 12.08.2021 in einer gemeinsamen Abschlussveranstaltung präsentiert. Die Online-Veranstaltung hat mehr als 100 Vertreter aus Politik, Landwirtschaft, Forschung und Industrie erreicht.
John Deere hat gezeigt, dass eine Kraftstoffdetektion mit vorhandenen motorinternen Sensoren möglich ist und diese zur definierten Umschaltung von Motorkennfeldern in einer Feldtestmaschine eingesetzt. Durch die Nutzung künstlicher Intelligenz konnten weitere Präzisierungen am Kraftstoffdetektionsalgorithmus vorgenommen werden.
Die Technische Universität Kaiserslautern (TUK) hat das Projekt am Motorenprüfstand mit der Datengenerierung zum Kraftstoffdetektionsalgorithmus unterstützt. Außerdem wurde eine Lösung für die Partikelfilterregeneration mit Pflanzenölkraftstoffen entwickelt. Die Untersuchungen der TUK haben auch gezeigt, dass durch Rapsölkraftstoff und Rapsöl-Diesel-Mischungen ein erhebliches Potential zur innermotorischen Emissionsminderung besteht.
Am Technologie- und Förderzentrum wurden Versuche am Traktorenprüfstand und Kraftstoffsensortests durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Traktoren mit Multi-Fuel-Konzept mit allen Kraftstoffmischungen das Leistungsniveau des Dieselbetriebs erfüllen und dabei auch die aktuellen Emissionsgrenzwerte einhalten. Die Untersuchungen der Kraftstoffsensoren haben gezeigt, dass sich diese zur Kraftstoffdetektion eignen, insbesondere wenn die Grenzen der Erkennung durch motorinterne Sensorik erreicht wird.
Durch das Multi-Fuel-Konzept wurde die Möglichkeit einer nachhaltigen Alternative für den Antrieb von Agrarfahrzeugen aufgezeigt und erprobt. Die gewonnenen Erkenntnisse können in die zukünftigen Fahrzeugentwicklungen des Projektpartners John Deere mit einfließen und dadurch die Landschaft der Agrartechnik nachhaltig beeinflussen.

Im ersten Quartal 2021 wurde Emissions- und Leistungsmessungen am John Deere 6135R mit Diesel, Biodiesel und Rapsöl sowie mit binären Mischungen aus diesen Kraftstoffen erfolgten. Für jeden Reinkraftstoff und jede Mischung wurde ein darauf zugeschnittenes Kennfeld auf dem Motorsteuergerät verwendet, um eine optimale und emissionsarme Verbrennung zu ermöglichen. Die Messungen zeigten, dass die Emissionen unabhängig von der vorliegenden Kraftstoffmischung weit unterhalb der Grenzwerte für die Typgenehmigung liegen und teilweise sogar an der Nachweisgrenze. Weiter konnte gezeigt werden, dass die Maschine mit allen Kraftstoffen eine fast gleiche Leistung erzielt.

Seit Oktober 2020 werden die schon am TFZ in Prüfstandsversuchen getesteten Kraftstoffsensoren auf zwei Traktoren im realen Einsatz erprobt. Hierbei sollen die im Feld auftretenden Störgrößen und die Robustheit der Messtechnik untersucht werden. Der hier abgebildete Traktor, John Deere 6135R ist auf dem Versuchsbetrieb Grub der Bayerischen Staatsgüter in den normalen Alltagsbetrieb eingebunden und übernimmt dort Transport- und Feldarbeiten verschiedenster Art. Dieser Traktor wird regelmäßig mit verschiedenen Kraftstoffmischungen betrieben, um die Zuverlässigkeit der Kraftstofferkennung zu testen.

Auf Basis der Messungen am Motorenprüfstand der Technischen Universität Kaiserslautern ist ein Modell zur Kraftstoffdetektion erarbeitet worden. Anhand des Sauerstoffgehalts im Abgas können, unter Einbezug weiterer Messgrößen, Mischungen aus Rapsöl sowie Biodiesel mit fossilem Diesel erkannt werden. Aktuell wird das Modell für den Einsatz auf dem Projekttraktor (JD6135R) modifiziert und zusammen mit der Testhardware implementiert. Kann auch unter realen Einsatzbedingungen die Kraftstoffmischung sicher bestimmt werden, sollen die Motorparameter im nächsten Schritt entsprechend adaptiert werden.