Transferring agricultural machines from field to the laboratory for emission check

Mobile machines are very versatile and different in their design and in the tasks they can handle. Tractors for example can be combined with different implements to work in agricultural processes. This variety must be considered during development, testing and inspection of exhaust gas aftertreatment systems. In this paper, one approach conducts In-Use measurements during field operation of a tractor with implement. While this takes environmental influences into account, In-Use measurements are barely reproducible, although tests on a chassis dynamometer are highly reproducible. Known road load simulation techniques for cars are not transferrable for mobile machines on chassis dynamometers due to different drivetrain topologies and changing parameters during field operation. To transfer field measurements to the roller test bench in the laboratory, a method is proposed to control the vehicle speed and motor torque to the same values recorded in the field

Development of tractor engines in the past twenty years

Since 1990 years, EU legislation has also been applicable to non-road vehicles, including tractors used in the agricultural sector. As a result of the stepwise introduction of exhaust gas EU emission Stages I to IV, emissions of particle mass and nitrogen oxides, the main pollutants of diesel engines, in the middle and upper power classes have been reduced by about 95 %. This could only be achieved by the intensive further development of both engine and exhaust gas technologies. HAFL and KIT explain the development and some underlying technical relationships in this sector, with a classical tractor diesel engine being used as an example

政教分離原則と制度的保障 : 西ドイツ学校祈祷事件連邦憲法裁判所判決 (BVerf G,Beschl.v.16.10.1979ー1BvR647/70,7/24)を手がかりとして

Die Umsätze deutscher Traktorenhersteller erhöhten sich 2020 trotz schwieriger Weltlage auf 4,74 Mrd. € (2019: 4,27 Mrd. €). Auch die inländischen Verkaufsstückzahlen stiegen an und Fendt konnte nach vielen Jahren wieder die Marktführerschaft übernehmen. Große Hersteller decken die Marktbedürfnisse bei landwirtschaftlichen Standardtraktoren im Leistungsbereich von 40 bis 375 kW mit bis zu neun Baureihen ab. Weiter nach oben wanderten die Motorleistungen, die Premium-Ausstattungsvarianten hingegen weiter nach unten, weshalb auch in den unteren Leistungsklassen zunehmend Modelle mit Stufenlosgetrieben, Vorderachsfederungen und Load-Sensing-Hydraulik angeboten werden. Auch die Kabinenausstattungen und Bedienkonzepte werden hier vermehrt aus den mittleren und oberen Leistungsklassen übernommen. Die Entwicklungsschwerpunkte von Forschung und Industrie liegen weiterhin bei der Automatisierung von Feldarbeiten, Digitalisierung, alternativen Antriebssysteme, Ressourceneffizienz und Umweltschutz.Sales of German tractor manufacturers increased to € 4.74 billion in 2020 (2019: € 4.27 billion) despite the difficult global situation. Domestic sales unit numbers also increased and Fendt was able to regain market leadership after many years. Large manufacturers cover the market needs for standard agricultural tractors in the power range from 40 to 375 kW with up to nine families. The engine outputs moved further up, while the premium equipment variants moved further down offering continuously variable transmissions, front axle suspensions and load-sensing hydraulics now even more and more also in the lower power classes. The cab equipment and operating concepts are also increasingly being adopted from the medium and upper performance classes. Research institutions and industry continue to focus on the automation of field work, digitalization, alternative drive systems, resource efficiency and environmental protection

Gesamtentwicklung Traktoren

Die Umsätze deutscher Traktorenhersteller erhöhten sich 2020 trotz schwieriger Weltlage auf 4,74 Mrd. € (2019: 4,27 Mrd. €). Auch die inländischen Verkaufsstückzahlen stiegen an und Fendt konnte nach vielen Jahren wieder die Marktführerschaft übernehmen. Große Hersteller decken die Marktbedürfnisse bei landwirtschaftlichen Standardtraktoren im Leistungsbereich von 40 bis 375 kW mit bis zu neun Baureihen ab. Weiter nach oben wanderten die Motorleistungen, die Premium-Ausstattungsvarianten hingegen weiter nach unten, weshalb auch in den unteren Leistungsklassen zunehmend Modelle mit Stufenlosgetrieben, Vorderachsfederungen und Load-Sensing-Hydraulik angeboten werden. Auch die Kabinenausstattungen und Bedienkonzepte werden hier vermehrt aus den mittleren und oberen Leistungsklassen übernommen. Die Entwicklungsschwerpunkte von Forschung und Industrie liegen weiterhin bei der Automatisierung von Feldarbeiten, Digitalisierung, alternativen Antriebssysteme, Ressourceneffizienz und Umweltschutz.Sales of German tractor manufacturers increased to € 4.74 billion in 2020 (2019: € 4.27 billion) despite the difficult global situation. Domestic sales unit numbers also increased and Fendt was able to regain market leadership after many years. Large manufacturers cover the market needs for standard agricultural tractors in the power range from 40 to 375 kW with up to nine families. The engine outputs moved further up, while the premium equipment variants moved further down offering continuously variable transmissions, front axle suspensions and load-sensing hydraulics now even more and more also in the lower power classes. The cab equipment and operating concepts are also increasingly being adopted from the medium and upper performance classes. Research institutions and industry continue to focus on the automation of field work, digitalization, alternative drive systems, resource efficiency and environmental protection

Agricultural Tractor Development

Die Umsätze deutscher Traktorenhersteller stiegen in 2018 trotz inländischer Flaute leicht an auf 3,99 Mrd. € (2017: 3,66 Mrd. €). Die Inlandszulassungen nahmen deutlich ab, insbesondere wegen der Ende 2017 aus Vorschriftengründen vorgezogenen Zulassungen. Mehrere Firmen stellten Studien und Prototypen mit Leistungselektrik im Antriebsstrang vor. John Deere feierte 100 Jahre Traktorenbau. Traktorneuheiten wurden in 2018 nur zurückhaltend präsentiert, obwohl ab 01.01.2019 die EU-Abgasstufe V gilt. Die Hersteller scheinen die möglichen Übergangsfristen auszunutzen. Auch Konzerne mit mehreren Marken und vielen Varianten verfeinern das Baukastenprinzip, aufgezeigt in einer Tabelle am Beispiel der unteren Standardtraktorbaureihen von SDF. Zur Erfüllung der neuen EU-Bremsenverordnung 2015/68 favorisieren die Traktorfirmen pneumatische Anhängerbremssysteme auf Lkw-Niveau. Die Automatisierung des Systems Traktor-Gerät bleibt ein wichtiger Trend.In 2018, sales of German tractor manufacturers increased despite a weak home market to 3.99 B € (2017: 3.66 B €). The German registrations dropped considerably, in particular due to overacted registrations end of 2017 because of new legislations. Several companies presented study objects or prototypes with electric ground drive components. John Deere celebrated "100 Years of John Deere Tractors". There were not many new tractors presented in 2018 despite EU emission stage V, which is in power from Jan. 1, 2019. Manufacturers are probably looking for transition regulations. Modular tractor design is even a trend for companies with several brands and high numbers of variants, demonstrated in a table for the low hp tractors of SDF. In order to be compliant with the new EU regulation 2015/68 for brakes, the tractor makers favour pneumatic trailer brake systems similar to truck brake technologies. Automation of the tractor-implement system remains important

Tractor Engines and Transmission

Die Traktorentwicklung wird weiterhin stark von der EU-Abgasgesetzgebung geprägt. Auch 2020 stellten die Hersteller deshalb neue Baureihen mit Stufe-V-Motoren vor, wenngleich Fristen verlängert wurden. Die von den oberen Leistungsklassen her bekannten Abgasnachbehandlungssysteme werden auch ab 56 kW Standard. Alternative Antriebe stehen in Forschung und Industrie stark im Fokus, vor allem bezüglich elektrischer Komponenten. Batteriegetriebene Fahrantriebe gibt es noch nicht in Großserie, sie sind aber im unteren Leistungsbereich angekündigt, vorzugsweise mit mechanisch schaltbaren Fahrbereichen. Massey Ferguson stellte für die Traktorbaureihe 8S zwei neue Stufengetriebe vor, das 7-fach-Teillastschaltgetriebe Dyna-7 und das 28/28-Volllastschaltgetriebe Dyna E-Power. Beide Versionen werden in Form von Getriebeplänen dargestellt und diskutiert. Das Marktangebot an Stufenlosgetrieben wurde weiter ausgebaut, grundlegende Neuentwicklungen wurden aber nicht bekannt.Tractor development continues to be strongly influenced by EU emission legislation. In 2020, manufacturers therefore continued to introduce new series with Stage V engines, although deadlines were extended. The exhaust after treatment systems as known from the upper power classes will also become standard from 56 kW upwards. Alternative drive systems are a strong focus in research and industry, especially with regard to electrical components. Battery-powered traction drives are not yet in large-scale production, but they have been announced in the lower power range, preferably with mechanically shifted drive ranges. Massey Ferguson introduced two new stepped transmissions for the 8S tractor range, the Dyna-7 with 7 power shifted speeds and the 28/28 Dyna E-Power full power shift transmission. Both versions are presented and discussed by transmission maps. The market offer of continuously variable transmissions was further expanded, but no fundamental new developments were announced

Tractor Engines and Transmission

Zugleistungsversuche der DLG beweisen erneut die hohe Energieeffizienz stufenloser Traktorgetriebe. Neue Ansätze (Studien) gelten der stufenlosen Regelung von Allradantrieben. Die Emissionsverordnung EU Stufe V (Tafel) reglementiert erstmalig alle Leistungsklassen der Verbrennungsmotoren. Aufgrund der jetzt limitierten Partikelanzahl wird im Leistungsbereich zwischen 19 und 560 kW der allgemeine Einsatz von Dieselpartikelfiltern erwartet. Traktor-Dieselmotoren nähern sich insgesamt technisch denen großer Lkw-Motoren an, auch bezüglich der effektiven Mitteldrücke. ZF hat ein neues Stufengetriebe mit 6-fach-Lastschaltung eingeführt (Getriebeplan) und seine stufenlosen Baureihen weiterentwickelt. Das CVT von ARGO, Konzept VDS, hat Serienstand erreicht (Getriebeplan). John Deere präsentierte einen batteriegetriebenen 140 kW-Traktor als Studie.DLG's performance tests demonstrate again the outstanding efficiency of tractor CVT's. New approaches (study phase) are addressing continuously working 4WD control systems. For the first time, the Emission Regulation EU Stage V includes all performance classes of internal combustion engines. Due to the now limited number of particles in the power range between 19 and 560 kW, a general use of diesel particulate filters is expected. Technologies of tractor Diesel engines are more and more identical with those of large truck engines, also regarding mean effective pressures. ZF has introduced a new stepped transmission with 6 power shifted speeds (transmission map), also improved its CVT portfolio. The CVT of ARGO (design base VDS) is ready for series production (transmission map). John Deere presented a battery driven 140 kW tractor as a study

Motoren und Getriebe bei Traktoren

Die Traktorentwicklung wird weiterhin stark von der EU-Abgasgesetzgebung geprägt. Auch 2020 stellten die Hersteller deshalb neue Baureihen mit Stufe-V-Motoren vor, wenngleich Fristen verlängert wurden. Die von den oberen Leistungsklassen her bekannten Abgasnachbehandlungssysteme werden auch ab 56 kW Standard. Alternative Antriebe stehen in Forschung und Industrie stark im Fokus, vor allem bezüglich elektrischer Komponenten. Batteriegetriebene Fahrantriebe gibt es noch nicht in Großserie, sie sind aber im unteren Leistungsbereich angekündigt, vorzugsweise mit mechanisch schaltbaren Fahrbereichen. Massey Ferguson stellte für die Traktorbaureihe 8S zwei neue Stufengetriebe vor, das 7-fach-Teillastschaltgetriebe Dyna-7 und das 28/28-Volllastschaltgetriebe Dyna E-Power. Beide Versionen werden in Form von Getriebeplänen dargestellt und diskutiert. Das Marktangebot an Stufenlosgetrieben wurde weiter ausgebaut, grundlegende Neuentwicklungen wurden aber nicht bekannt.Tractor development continues to be strongly influenced by EU emission legislation. In 2020, manufacturers therefore continued to introduce new series with Stage V engines, although deadlines were extended. The exhaust after treatment systems as known from the upper power classes will also become standard from 56 kW upwards. Alternative drive systems are a strong focus in research and industry, especially with regard to electrical components. Battery-powered traction drives are not yet in large-scale production, but they have been announced in the lower power range, preferably with mechanically shifted drive ranges. Massey Ferguson introduced two new stepped transmissions for the 8S tractor range, the Dyna-7 with 7 power shifted speeds and the 28/28 Dyna E-Power full power shift transmission. Both versions are presented and discussed by transmission maps. The market offer of continuously variable transmissions was further expanded, but no fundamental new developments were announced

Tractor Engines and Transmission

Als Traktorantriebe unterscheiden sich Dieselmotoren der Stufe V heute insbesondere bezüglich der Abgasrückführung. Brennstoffzellen werden als Alternative nach wie vor untersucht. Ein neues Traktor-Lehrbuch ist Ende 2019 erschienen und enthält für den gesamten Antriebsstrang Entwicklungsgrundlagen und Beispiele. Elektrische Antriebe nehmen u. a. wegen ihrer sehr guten Wirkungsgrade weiter zu, im Beitrag sind Kennfeldbeispiele zu finden. So wurde auf der Agritechnica 2019 von John Deere ein elektrisch-mechanisch leistungsverzweigtes Fahrgetriebe mit schnell drehenden Elektromotor-Einheiten vorgestellt, das ab 2021 lieferbar sein soll. Das Besondere: Aus dem 700 V-Zwischenkreis ist bis zu 100 kW elektrische Leistung für Geräte verfügbar. Modellbasierte Methoden sind heute mit Multi-Domain-Simulationen geeignet, ganze Maschinen in virtuellen Umgebungen zu berechnen – einschließlich NVH-Untersuchungen.As tractor drives, stage V diesel engines today differ mainly regarding exhaust gas recirculation. Fuel cells are still of interest as an alternative. A new tractor book was published at the end of 2019 and contains development fundamentals and examples for the entire powertrain. Electric drives are becoming more and more popular, one reason is their very good efficiency level, as shown in examples of efficiency maps in this review. At Agritechnica 2019, John Deere presented an electric-mechanical power split drive transmission with high-speed electric units, which is announced for production in 2021. The special feature: Electrical power is available for implements up to 100 kW from the 700 V intermediate circuit. Model-based methods are now suitable for calculating entire machines in virtual environments using multi-domain simulations – including NVH investigations