Die Abgasrückführung - Das AGR Ventil

Schematische Darstellung der Abgasrückführung (Bosch)

AGR Ventil Pierburg

Kühlung AGR

Eine noch bessere Reduktion von Stickoxiden kann erreicht werden, wenn das Abgas vor der Beimengung in einem Abgasrückführungskühler gekühlt wird. Das Abgas wird vor dem Eintritt in das Ansaugrohr durch das Kühlmittel gekühlt. Diese Kühlung wird aufgrund der zusätzlichen Kosten nur bei leistungsstärkeren Motoren durchgeführt. Seit der Einführung von Euro 4 ist es jedoch bei vielen Dieselmotoren Standard geworden. 

Bei kaltem Motor will man jedoch einen schnelleren Anstieg der Katalysatortemperatur erreichen, um die CO- und HC-Werte schneller umzuwandeln. Deshalb werden häufig geschaltete AGR-Kühler verwendet. Ein Bypass parallel zum AGR-Kühler, der durch eine unterdruckgesteuerte Klappe komplett geöffnet oder verschlossen wird, wird dies erreicht.

 1 = AGR-Kühler; 2 = Stellungssensor; 3 = AGR-Ventil; 4 = Heißes Abgas; 5 = Unterdruckdose der Umschaltklappe; 6 = Einströmen der Kühlflüssigkeit; 7 = Ausströmen der Kühlflüssigkeit; 8 = Gekühltes Abgas - Grafik: BMW

Saugrohrklappe

Bei aufgeladenen Motoren ist der Abgasdruck im Auspuff manchmal im Teillastbereich unzureichend. Es ist deshalb notwendig zwischen dem Lader und dem Einströmen der rückgeführten Abgase, den Ansaugkanal durch eine Saugrohrklappe (s. Bild AGR Schema BMW) teilweise zu verschließen.

Rückführrate (AGR-Rate)

Die Rückführrate des Abgases darf auch keinen Fall zu hoch sein, da sonst das Gemisch zu wenig Sauerstoff erhält und es sich zu viele Kohlenwasserstoffe (HC) bilden würden. Die maximalen Abgasrückführungsraten betragen bei Dieselmotoren 50 - 60 %, bei Direkteinspritzer-Otto-Motoren etwa 50% und bei konventionellen Saugrohr-Ottomotoren etwa 20 %.

Positiver Nebeneffekt: Bei Ottomotoren bewirkt die gesteuerte und überwachte Abgasrückführung ein Absenken des spezifischen Kraftstoffverbrauchs um bis zu 5%. Das Hinzufügen nicht brennbaren Gemisches ermöglicht es nämlich, bei gleicher gewünschter Motorleistung die Drosselklappe weiter zu öffnen und die Strömungsverluste an dieser Stelle zu verringern. 

Steuerung AGR 

Die Steuerung der AGR-Ventile kann mechanisch, elektropneumatisch oder elektrisch erfolgen.

Elektropneumatische Steuerung AGR

Ein elektrisches Magnetventil steuert den Unterdruck zu einer membranbetätigten Unterdruckdose. Diese hat den Vorteil dass der elektrischen Teil von dem mit hohen Temperaturen ausgesetztem AGR-Ventil abgekoppelt ist. Das Magnetventil selbst wird durch ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM) angetaktet. Das AGR ist geschlossen bei einem Tastverhältnis von 10% und offen bei einem Tastverhältnis von 90%. Dadurch kann eine bestimmte Rückführrate der Auspuffgase eingestellt werden. Im Fehlerfall, bei Kabelbruch oder bei fehlendem Unterdruck ist das AGR-Ventil durch die Rückhaltefeder verschlossen.

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AGR-System mit AGR-Ventil und EPW oder wahlweise mit EDW - Bild: Pierburg

Im weiteren Verlauf wurden auch AGR-Ventile mit einem Positions-Sensor (Lagerückmeldung) versehen, wodurch ein geschlossener Regelkreis möglich ist, was zu einer noch genaueren Abgasrückführrate führt.

Bei OBD-Fahrzeugen, wird das AGR-System vom Steuergerät überwacht und aktiviert. Die Abgase werden vom Motor über das getaktete AGR-Ventil angesaugt. Dadurch ändert sich die Ansaugtemperatur am NTC im Saugrohr. Somit weiß das Steuergerät, dass das AGR System in Ordnung ist. Bleibt der Temperatursprung aus, wird vom Steuergerät die MIL Fehler-Lampe angesteuert. Als Rückmeldungssensoren, werden auch der Luftmassenmesser, Drucksensoren, oder Potentiometer verwendet.

Rückmeldung per Luftmassenmesser

Bei geöffnetem AGR-Ventil wird ein Teil der normalerweise angesaugten Frischluft durch Abgase ersetzt, wodurch die zu messende Luftmasse entsprechend absinkt. Das AGR-Ventil wird nun so angesteuert, dass je nach Betriebszustand des Motors (Ladedruck, Drehzahl und Einspritzmenge) der Sollwert des Luftmassenmessers des AGR-Kennfelds erreicht wird.

Defekter Luftmassenmesser: Es wird meist ein zu geringer Luftmassenstrom gemeldet. Für den AGR-Regelkreis sieht es nun so aus, als wenn das AGR-Ventil schon etwas geöffnet wäre. Im Ergebnis wird die Abgasrückführrate daher um den Betrag reduziert, den der Luftmassenmesser zu wenig meldet.

Arten der Ansteuerung 

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.