Die Abgasrückführung - Das AGR Ventil

Abgasrückführung = AGR; engl.: EGR = Exhaust Gas Reduction

Aufgabe, Funktion der Abgasrückführung (AGR / EGR), Prüfung des Abgasrückführventils

Die Gesetzgebung innerhalb der EU macht es erforderlich, die Abgasemissionen bei Otto und Dieselmotoren weiter zu senken. Mit Hilfe der Abgasrückführung wird der NOx-Ausstoß gesenkt. Um dies zu erreichen, werden eine innere und eine äußere Abgsrückführung eingesetzt.  Innere (interne) Abgasrückführung Bei Motoren kommt die innere Abgasrückführung durch die Überschneidung der Ventilöffnungszeiten an den Zylindern zustande. Systembedingt wird während des Ansaugtaktes etwas Abgas durch das offene Auslassventil wieder angesaugt. Große Ventilüberschneidungen durch früheres Öffnen des Einlassventils erhöhen die innere Abgasrückführung und können daher zu einer NOx-Absenkung beitragen. Da das zugeführte Abgas das vorhandene Frischgas verdrängt, führt ein frühes Öffnen des Einlassventils aber auch zu einer Absenkung des maximalen Drehmoments. Eine zu hohe Abgasrückführrate im Leerlauf kann zu Verbrennungsaussetzern führen, die einen Anstieg der HC-Emissionen verursachen. Bei Motoren mit verstellbarer Nockenwelle (Variable Steuerzeiten) können die Überschneidung der Ventilöffnungszeiten und damit die interne Abgasrückführung durch das Motorsteuergerät verändert werden. In diesem Artikel soll explizit auf die Äußere Abgasrückführung eingegangen werden. Äußere Abgsrückführung Bei der äußeren Abgasrückführung ein Teil des Abgases über ein Rohr zurück zur Saugseite geführt und dort dem Frischgas beigemischt. Die Regelung hierzu übernimmt ein außerhalb des Motors angebrachtes Abgasrückführventil.  Wie wirkt sich die AGR aus? Die Rückführung von sauerstoffarmem und kohlendioxidhaltigem Abgas verdrängt Frischluft im Ansaugrohr und senkt den Sauerstoffanteil der Frischgase, wodurch die Verbrennungsgeschwindigkeit abnimmt. Die höhere Wärmekapazität des Abgases gegenüber der Frischluft senkt die Verbrennungstemperatur, da das vorhandene Kohlendioxid ein Teil der Verbrennungswärmemenge absorbiert. Man könnte auch sagen: Das Abgas nimmt nicht an der Verbrennung teil, muss aber jedoch mit aufgeheizt werden. Als Folge sinkt die Verbrennungstemperatur. Durch das Verkleinern des Sauerstoffanteils und das Absenken der Verbrennungstemperatur verringert sich folglich die Abgastemperatur von den üblichen 700°C - 800° C auf 500 - 400°C. Durch die Absenkung der Abgastemperatur entsteht ein großer Teil der Stickoxide nicht mehr. Anzeige: Ein Höchstmaß an Präzision ist bei der Verarbeitung von Bauteilen im Automotive Bereich unabdingbar. Neben Sicherheitsaspekten sind Wetterbeständigkeit, Korrosionsschutz & Langlebigkeit elementar. Die Härtetechnik Hagen härtet Stahl in bester Qualität und erfüllt höchste Ansprüche in Ihrer Härterei. Eine Absenkung der Verbrennungstemperatur hat immer eine Verringerung des NOx-Anteils im Abgas zur Folge! Neben der Stickoxidsenkung, werden auch Rußpartikel reduziert, bei Benzinern kommt noch eine kleine Verbrauchsreduzierung dazu.

Schematische Darstellung der Abgasrückführung (Bosch)   AGR Ventil Pierburg

AGR Schema BMW

Übliche AGR-Raten und Temperaturen

Die Abgasrückführung findet überwiegend nur im Teillastbereich statt, da hier der Motor besonders mager läuft. Früher war eine Abgasrückführung bei Kaltstart, Warmlauf und Volllast nicht  nicht sinnvoll. Die Abgasrückführung erfolgte manchmal auch im Leerlauf, jedoch nur mit begrenzter Dauer. Eine Rückführung der Abgase bei Volllast würde wegen des erzeugten Luftmangels zur Schwarzrauchbildung und zu Leistungsverlust führen.

Leser Alexander N. hat mich darauf aufmerksam gemacht, dass obige Aussagen mittlerweile der Ergänung bedürfen. Dies soll am Beispiel des EA288-Motors erfolgen:

Der EA288 Euro 6 Dieselmotor (2,0 und 1,6 TDI) der Volkswagen AG ist mit SCR-Kat und AdBlue-Technik ausgestattet. Das AGR-System ist zweiflutig aufgebaut und besitzt sowohl eine Hochdruck-AGR (vor dem Turbolader) als auch eine Niederdruck-AGR (nach dem Partikelfilter).

Das Hochdruck-AGR entnimmt die Abgase vor dem Turbolader (hoher Druck) und leitet sie über das AGR-Ventil in den Ansaugtrakt. Es ist aktiv beim Kaltstart und in der Warmlaufphase, um den Brennraum und die Abgasnachbehandlung schnell auf Betriebstemperatur zu bringen. Es hilft im Teillast- oder Schubbetrieb, ein Auskühlen des Abgasstrangs zu verhindern.

Das Niederdruck-AGR entnimmt die Abgase erst nach dem Dieselpartikelfilter (gereinigtes, kühleres Abgas). Es führt das Abgas durch einen speziellen AGR-Kühler und vor den Turbolader-Eingang in den Frischluftstrom. Seine Hauptaufgabe ist die effiziente Senkung der Stickoxide im normalen Fahrbetrieb unter Last. Dieser Motor beitzt in der zweiten Phase des Warmlaufs eine relativ konstante Rückführrate der Niederdruck-AGR von ca. 10% (ohne Hochdruck-AGR) und aktiviert die Nacheinspritzung zur Schnellaufheizung des SCR-Systems. Diese Phase wird beendet, sobald der SDPF 140°C erreicht. Die Rückführrate der Niederdruck-AGR liegt selbst bei Volllast im mittleren Drehzahlbereich noch bei etwa 10%, wir haben also definitiv eine Volllast-AGR. Bei Abruf der maximalen Leistung fällt sie zwar noch weiter, aber das Ventil der Niederdruck-AGR wird bei hoher Leistung nie geschlossen.

Allerdings lagern sich mit der Zeit Ruß- und Öldämpfe im AGR-Ventil ab, was zu unruhigem Leerlauf oder dem Fehlercode P0401 führen kann. Der thermisch stark beanspruchte AGR-Kühler neigt zu feinen Haarrissen; Kühlmittel gelangt unbemerkt in den Verbrennungstrakt oder geht verloren.

Die Ansteuerung des AGR-Ventils, erfolgt je nach Ausführung des AGR-Systems über Mechanische Druckwandler,  Elektro-Pneumatische Druckwandler (EPW)  Elektrische Druckwandler (EDW).  EEs können aber auch Elektro-Umschaltventile (EUV) oder Thermoventile verbaut sein.  Druckwandler steuern den erforderlichen Unterdruck für das AGR-Ventil, je nach Lastzustand des Motors an. Ziel ist es, eine bestimmte Rückführungsrate zu bekommen. Die Funktion von EPWs ist ähnlich einem "Dimmer" im elektrischen Stromkreis zu verstehen. Aus Unterdruck und Atmosphärendruck wird im EPW ein Mischdruck (Steuerdruck) gebildet, über den pneumatische Steller (Unterdruckdose beim Turbo bzw. AGR-Ventil) stufenlos eingestellt werden können.  Elektrische Ansteuerung des Druckwandlers Das unterdruckgesteuerte Magnetventil wird hier durch einen elektrischen Antrieb ersetzt. Der elektrische Antrieb wandelt durch ein inneres Getriebe die Drehbewegung in eine Längsbewegung um. Bei manchen elektrisch angesteuerten AGR-Ventilen wird nach jedem Abstellen des Motors vom Motorsteuergerät ein Reinigungsmodus aktiviert, wobei das AGR-Ventil von vollständig geöffneter in vollständig geschlossener Position gefahren wird. Elektrisches AGR-Ventil Vermehrt werden elektrische AGR-Ventile in modernen Motoren verbaut. Daduch sind die AGR-Raten unbahängig vom anliegenden Saugrohrdurck. Sensoren (Potis) erkennen die Ventilstellung. Die Regelung wird genauer und schneller. Als Ventile werden neben Tellerventilen auch Nadel- Drehschieber- und Klappenventile eingesetzt.

1 Saugrohr, 2 Klappenstutzen, 3 Luftfilter, 4 Elektrischer Druckwandler, 5 Steuergerät, 6 AGR-Ventil mit Temperaturfühler, 7 Auspuffkrümmer, 8 Katalysator

• Videoanimation AGR System von Audi

Defektes AGR-System

Ein defektes Teil im Abgasrückführsystem führt im Allgemeinen zu einer deutlichen Verschlechterung der Abgaswerte.  Darüber hinaus kann es zu einer Verschlechterung des Fahrverhaltens führen (Leerlaufprobleme, Ruckeln, Leistungsverlust, Motor geht in Notlauf).  Bei jeder Beanstandung und bei jeder Abgasuntersuchung (AU) ist daher auch das Abgasrückführsystem zu prüfen. Vermehrte Rußansammlung (Verkokung), hervorgerufen durch Öldämpfe (z.B. Ölverlust im Bereich des Zylinderkopfes oder des Turboladers, verschlissene Kolbenringe, zu hoher Ölstand) im Abgasrückführventil führt häufig zum Defekt durch ein festhängendes Ventil. Schlechte Gasannahme und schließlich starker Leistungsverlust oder erhöhter Verbrauch können dann die Folge sein, je nachdem, in welcher Position das Ventil stehen bleibt. Wenn das AGR-Ventil dauernd offen bleibt, sinkt die angesaugte Frischluftmasse durch den hohen Abgasanteil. Das Steuergerät nimmt daraufhin die Einspritzmenge und damit die Motorleistung zurück Die meisten Fahrzeuge, die mit einem AGR System ausgestattet sind, zeigen den Defekt aber auch durch Aufleuchten von Motorkontroll- oder Werkstattlampe (OBD) und durch Speichern eines Fehlercodes an.

Defektes Elektrisches AGR-Ventil - durch ölhaltige Ablagerungen verklebt (Ursache möglicherweise stark ölhaltige Ansaug- oder Ladeluft, häufige Kurzstreckenfahrten im Winter usw.) Wie kfztech.de durch Werkstattmeister versichert wurde, hat seit Einführung von Euro 5 die Verkokung des AGR-Ventils stark zugenommen. Seit der EU 5 soll es schon teilweise Fälle geben, bei denen bereits nach 20.000 km ein spürbares Ruckeln und spätestens bei 50.000 km die Motorkontrolle aufgrund eines Luftmassenfehlers angeht.

• Video Ausbau, Zerlegung und Reinigung eines AGR-Ventils am Beispiel Toyota

Prüfung des AGR

Prüfung des AGR-Ventils finden sie hier.

Hochdruck AGR / Niederdruck AGR

Die auf dieser Seite beschriebene Abgasrückrührung wird auch als Hochdruck-AGR bezeichnet. Hierbei wird das Abgas noch vor der Turbine des Turboladers und vor dem Katalysator entnommen und nach dem Ladeluftkühler (und Drosselklappe) eingeleitet. Wenn das Abgas nach dem Katalysator entnommen wird und vor dem Verdichter des Turboladers wieder zugeführt wird, spricht man vom Niederdruck AGR. Der Vorteil des Niederdruck-AGR-Systems liegt in einer höheren Abgasrückführrate, die dadurch eine weitere Senkung der Stickoxide ermöglicht. Weitere Infos siehe EA288-Motor.

Niederdruck-AGR Baukasten von Mann+Hummel (Grafik: Mann+Hummel)

Sämtliche Funktionsbauteile des ND-AGR von Mann+Hummel sind in einem modularen System vereint worden, was die Effizienz steigert (Bild). Der Baukasten besteht aus AGR-Mischer, Kondensatabscheider, AGR-Filter, integrierter Ansaugluftdrossel oder wahlweise Kombi-Ventil für Luft- und AGR-Drosselung.

Die Autohersteller nutzen immer mehr die Kombination aus Hochdruck-AGR und Niederdruck-AGR, um sämtliche Vorteile beider Systeme ausschöpfen zu können.

Kombination aus Hochdruck- und Niederdruck-AGR ( Grafik: Mann+Hummel)

Quelle: Pierburg, Hella, Bosch, BMW, ZAWM (Decoster), Mann+Hummel,