Was ist die Abgasrückführung (AGR)?

Die Abgasrückführung (AGR) spielt eine Schlüsselrolle bei der Reduzierung von Schadstoffemissionen und dem Schutz der Umwelt, während sie gleichzeitig die Effizienz und Leistung Ihres Fahrzeugs beeinflusst. Dieser Artikel bietet einen Überblick über die AGR, ihre Funktionsweise, mögliche Probleme und warum ihre ordnungsgemäße Wartung für jeden Autobesitzer von Bedeutung ist.

Definition

Abgasrückführung (AGR) ist ein emissionskontrollierendes Verfahren, das in Verbrennungsmotoren, insbesondere in Automobilen, eingesetzt wird, um die Emission von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren. Diese Stickoxide entstehen hauptsächlich unter hohen Verbrennungstemperaturen und Drücken in den Zylindern eines Motors. Die AGR hilft, diese Bedingungen zu kontrollieren, indem sie einen Teil der Abgase, die normalerweise durch den Auspuff ausgestoßen würden, wieder in die Zylinder zurückführt. Durch diese Rückführung wird der Sauerstoffanteil im Verbrennungsprozess reduziert und die Verbrennungstemperatur gesenkt, was wiederum die NOx-Produktion verringert.

Abgasrückführungssysteme müssen sorgfältig kalibriert werden, um die richtige Balance zwischen Emissionsreduktion und Erhaltung der Motorleistung, Kraftstoffeffizienz und Zuverlässigkeit zu finden. Eine übermäßige Abgasrückführung kann beispielsweise zu einer unvollständigen Verbrennung führen, die den Kraftstoffverbrauch und die Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid erhöht. Außerdem kann es zu Ablagerungen im Motor kommen, die dessen Lebensdauer verkürzen.

Abgasrückführungssysteme sind ein wesentlicher Bestandteil moderner Fahrzeuge und helfen Herstellern, die strengen Emissionsvorschriften einzuhalten, die in vielen Teilen der Welt gelten. Sie sind jedoch nur ein Aspekt eines umfassenden Ansatzes zur Emissionskontrolle, der auch andere Technologien wie Katalysatoren, Partikelfilter und fortschrittliche Motormanagementsysteme umfasst.

Welche Arten von Abgasrückführungssystemen gibt es?

Abgasrückführungssysteme (AGR-Systeme) variieren je nach Anwendungsart, Motorart und spezifischen Emissionszielen. Die Haupttypen von AGR-Systemen sind:

Niedrigdruck-Abgasrückführung (LP-EGR)

Bei diesem System werden die Abgase nach dem Passieren des Turboladers und des Partikelfilters entnommen und dem Ansaugtrakt vor dem Turbolader wieder zugeführt. Da die Abgase bei niedrigerem Druck entnommen werden, wird das System als Niedrigdruck-System bezeichnet. Eine Vorteil des LP-EGR-Systems ist, dass es eine größere Menge an Abgasen handhaben und dabei helfen kann, eine höhere Reduzierung der NOx-Emissionen zu erreichen. Darüber hinaus können durch die Rückführung der Abgase nach dem Partikelfilter Partikel aus den Abgasen entfernt werden, was die Wahrscheinlichkeit von Ablagerungen im Motor verringert.

Hochdruck-Abgasrückführung (HP-EGR)

Bei diesem System werden die Abgase direkt nach dem Motor und vor dem Turbolader entnommen und dann wieder in den Ansaugtrakt nach dem Turbolader geführt. Da die Abgase bei höherem Druck entnommen werden, wird es als Hochdruck-System bezeichnet. HP-EGR-Systeme sind einfacher und kompakter als LP-EGR-Systeme, können aber zu einer höheren Belastung des Motors durch Partikel und Ablagerungen führen, da die Abgase vor dem Passieren des Partikelfilters zurückgeführt werden.

Kühle Abgasrückführung

Hierbei werden die zurückgeführten Abgase durch einen speziellen Kühler geleitet, um ihre Temperatur zu senken, bevor sie in den Verbrennungsprozess zurückgeführt werden. Die Kühlung verbessert die NOx-Reduzierung, da niedrigere Temperaturen die NOx-Produktion verlangsamen. Sie trägt auch dazu bei, das Potenzial für Motorschäden durch übermäßige Hitze zu reduzieren.

Externe Abgasrückführung

In diesem System werden die Abgase außerhalb des Motors umgeleitet und gekühlt, bevor sie wieder in den Verbrennungsprozess eingeführt werden. Diese Methode ist effektiver bei der Reduzierung hoher Temperaturen und NOx-Emissionen, kann jedoch komplexer und kostspieliger sein.

Jedes dieser Systeme hat Vor- und Nachteile in Bezug auf die Leistung, Effizienz, Kosten und Emissionsreduzierung. Die Auswahl eines AGR-Systems hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich des Motortyps, der Emissionsvorschriften, der gewünschten Leistung und der Kosten. In modernen Motormanagementsystemen kann die AGR zudem präzise gesteuert werden, um unter verschiedenen Betriebsbedingungen optimale Ergebnisse zu erzielen.

Funktionsweise

Die Abgasrückführung (AGR) in einem Fahrzeug arbeitet nach einem relativ einfachen Prinzip, dessen Umsetzung technisch jedoch komplex ist. Hier ist eine schrittweise Erklärung des Prozesses:

• Entnahme von Abgasen: Ein Teil der Abgase, die normalerweise durch das Auspuffsystem ausgestoßen würden, wird stattdessen durch ein spezielles AGR-Ventil umgeleitet. Dieses Ventil reguliert die Menge der Abgase, die zurückgeführt werden sollen, basierend auf verschiedenen Betriebsparametern wie Motordrehzahl, Last, Temperatur und mehr. Moderne Fahrzeuge verwenden elektronische Steuersysteme, um das AGR-Ventil präzise zu betätigen.
• Abgaskühlung (optional): In vielen AGR-Systemen, besonders in denen mit niedrigem Druck (LP-EGR), durchlaufen die umgeleiteten Abgase einen Kühler, bevor sie in die Zylinder zurückgeführt werden. Der Kühler senkt die Temperatur der Abgase, was die Verbrennungstemperatur weiter senkt und die Effizienz der NOx-Reduzierung verbessert.
• Rückführung in den Verbrennungsprozess: Die umgeleiteten (und möglicherweise gekühlten) Abgase werden dann in den Ansaugtrakt des Motors eingebracht, wo sie sich mit dem frischen Luft-Kraftstoff-Gemisch vermischen, das in die Zylinder eingeführt wird. Da die Abgase bereits verbrannt sind, enthalten sie wenig Sauerstoff, was die Sauerstoffkonzentration in der Mischung insgesamt reduziert.
• Reduzierte Verbrennungstemperatur: Die Zugabe von rückgeführten Abgasen ins Luft-Kraftstoff-Gemisch senkt die Verbrennungstemperatur. Stickoxide (NOx) bilden sich hauptsächlich bei hohen Temperaturen; daher führt eine niedrigere Verbrennungstemperatur zu einer Verringerung der NOx-Emissionen.
• Kontinuierliche Überwachung und Anpassung: Moderne Motorsteuerungssysteme überwachen kontinuierlich eine Vielzahl von Parametern und passen die Menge der rückgeführten Abgase dynamisch an, um eine optimale Leistung, Kraftstoffeffizienz und Emissionsreduktion zu gewährleisten.

Es ist wichtig zu beachten, dass eine zu hohe Abgasrückführungsrate zu Problemen wie einer unvollständigen Verbrennung, einem Leistungsverlust und einer erhöhten Emission anderer Schadstoffe führen kann. Deshalb ist die präzise Steuerung des AGR-Systems durch das Motorsteuergerät (ECU) entscheidend für die Aufrechterhaltung einer effektiven Balance zwischen Emissionskontrolle und Motorleistung.

Gibt es Unterschiede der AGR bei Ottomotoren und Dieselmotoren?

Ja, es gibt Unterschiede in der Art und Weise, wie die Abgasrückführung (AGR) in Ottomotoren und Dieselmotoren funktioniert und angewendet wird, hauptsächlich aufgrund der unterschiedlichen Verbrennungsverfahren dieser Motorentypen.

Ottomotoren

• Bei Ottomotoren erfolgt die Verbrennung bei stöchiometrischem oder nahezu stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, was bedeutet, dass die Menge an Luft im Verhältnis zum Kraftstoff ziemlich genau eingestellt ist, um eine vollständige Verbrennung zu gewährleisten.
• AGR wird in Ottomotoren verwendet, um die Verbrennungstemperatur zu senken, was die Bildung von Stickoxiden (NOx) verringert. Die zurückgeführten Abgase sind inerte Gase, die den Sauerstoffgehalt in der Verbrennungskammer verringern und somit die Verbrennungstemperatur senken.
• Die Anwendung von AGR in Ottomotoren kann jedoch schwierig sein, da eine zu hohe EGR-Rate zu einer unvollständigen Verbrennung führen und die Motorleistung beeinträchtigen kann, was sich in einem rauen Leerlauf oder in der Neigung zur Klopfneigung äußern kann.

Dieselmotoren

• Dieselmotoren arbeiten normalerweise mit einem Überschuss an Luft, und die Verbrennung erfolgt bei höheren Temperaturen und Drücken als bei Ottomotoren, was zu höheren NOx-Emissionen führt.
• AGR in Dieselmotoren verringert auch die Verbrennungstemperatur und damit die NOx-Emissionen. Da jedoch mehr Luft vorhanden ist, kann ein höherer Prozentsatz an Abgasen zurückgeführt werden, ohne dass die Verbrennung unvollständig wird. Das heißt, Dieselmotoren können höhere EGR-Raten tolerieren als Ottomotoren.
• Die Abkühlung der zurückgeführten Abgase ist in Dieselmotoren besonders wichtig, um die Verbrennungstemperatur signifikant zu senken und die NOx-Produktion zu reduzieren.
• Allerdings kann die EGR in Dieselmotoren zur Bildung von Ruß und anderen Partikeln beitragen, was zu Ablagerungen im Motor und einer erhöhten Partikelemission führen kann.

Vorteile der AGR

Die Abgasrückführung (AGR) bietet eine Reihe von Vorteilen, insbesondere in Bezug auf die Emissionskontrolle und die Einhaltung von Umweltvorschriften. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile:

1. Reduzierung von Stickoxiden (NOx)
   NOx-Emissionen sind eine Hauptursache für Luftverschmutzung, Smog und sind gesundheitsschädlich. Sie tragen auch zur Bildung von saurem Regen bei. AGR reduziert die Verbrennungstemperatur, was die Bildung von NOx signifikant verringert, da diese Emissionen in erster Linie bei hohen Temperaturen entstehen.

2. Verbesserte Kraftstoffeffizienz
   Bei einigen Motorkonfigurationen kann AGR zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz beitragen. Durch die Rückführung von Abgasen wird die Verbrennungstemperatur gesenkt, was in einigen Fällen die Effizienz des thermodynamischen Zyklus des Motors verbessern kann.

3. Verringerung der Motorklopfneigung
   In Ottomotoren kann AGR dazu beitragen, die Klopfneigung zu reduzieren, da die rückgeführten Abgase die Verbrennungstemperatur und den Sauerstoffanteil im Zylinder verringern. Dies ermöglicht in einigen Fällen eine höhere Kompressionsrate oder aggressivere Zündzeitpunktstrategien, was die Motorleistung und -effizienz verbessern kann.

4. Einhaltung von Emissionsvorschriften
   Mit strengeren Emissionsvorschriften weltweit hilft AGR Automobilherstellern, die gesetzlichen Anforderungen für NOx-Emissionen zu erfüllen. Dies ist besonders wichtig in Gebieten mit strengen Umweltstandards.

5. Potenzielle Reduzierung anderer Emissionen
   Obwohl die Hauptfunktion der AGR die Reduzierung von NOx ist, kann sie auch zur Verringerung anderer Emissionen beitragen, je nach Motortyp und -betrieb. Beispielsweise kann sie in einigen Fällen die Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) verringern, die ausgestoßen werden.

Probleme der Abgasrückführung

Obwohl die Abgasrückführung (AGR) eine effektive Methode zur Reduzierung der Stickoxid-Emissionen (NOx) ist, kann sie verschiedene Probleme mit sich bringen, insbesondere wenn das System nicht ordnungsgemäß gewartet wird oder mit der Zeit verschleißt. Hier sind einige der häufigsten Probleme, die mit AGR-Systemen verbunden sind:

• Ablagerungen: Eine der häufigsten Herausforderungen bei der AGR ist die Bildung von Ablagerungen. Da einige Abgase in den Motor zurückgeführt werden, können sich Ruß und andere Partikel aus den Abgasen im Laufe der Zeit im AGR-Ventil, den AGR-Rohren und sogar im Ansaugtrakt ansammeln. Diese Ablagerungen können dazu führen, dass das AGR-Ventil klemmt oder nicht richtig schließt, was die Leistung des Motors und die Effektivität der Emissionskontrolle beeinträchtigt.
• Verlust an Motorleistung und Effizienz: Übermäßige Abgasrückführung kann zu einer unvollständigen Verbrennung führen, da die zurückgeführten Abgase den Sauerstoffanteil in der Brennkammer reduzieren. Dies kann zu einem spürbaren Verlust an Motorleistung, einer erhöhten Rauchentwicklung und einem schlechteren Kraftstoffverbrauch führen.
• Korrosion: Bestimmte Bestandteile der Abgase, insbesondere wenn sie Feuchtigkeit enthalten, können korrosiv sein. Über die Zeit kann dies zu Korrosion im AGR-System und anderen verbundenen Motorbauteilen führen, was deren Lebensdauer verkürzt.
• Motorprobleme: In einigen Fällen kann eine fehlerhafte AGR dazu führen, dass der Motor unruhig läuft, zögert oder unter Last stottert. In extremen Fällen kann eine ständig geöffnete AGR zu ernsthaften Motorschäden führen, da eine Überhitzung oder eine zu magere Verbrennung auftreten kann.
• Erhöhte Emissionen: Obwohl die AGR dazu bestimmt ist, die NOx-Emissionen zu reduzieren, kann ein fehlerhaftes AGR-System paradoxerweise zu einer Erhöhung der Gesamtemissionen führen, einschließlich NOx, wenn es nicht korrekt funktioniert. Dies kann auch andere Emissionen wie Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) umfassen, was zu einem Versagen bei Emissionstests führen kann.

Um diese Probleme zu minimieren, ist eine regelmäßige Wartung des AGR-Systems erforderlich, einschließlich der Reinigung oder des Austauschs des AGR-Ventils und der Überprüfung des gesamten Systems auf Lecks, Korrosion oder andere Schäden. Moderne Fahrzeuge verfügen oft über Diagnosesysteme, die Probleme mit der AGR frühzeitig erkennen können, sodass sie behoben werden können, bevor sie zu ernsthaften Motorproblemen oder hohen Emissionen führen.

Häufig gestellte Fragen (FAQs) zur Abgasrückführung (AGR)

Was bedeutet es, wenn die Kontrollleuchte für die Abgasrückführung (AGR) aufleuchtet?

Wenn die Kontrollleuchte für die AGR aufleuchtet, deutet dies meistens auf ein Problem mit dem AGR-System hin. Dies könnte eine Fehlfunktion des AGR-Ventils, eine Verstopfung im System oder andere Probleme wie Undichtigkeiten oder Sensorenfehler sein. Es ist ratsam, das Fahrzeug so bald wie möglich von einem qualifizierten Mechaniker überprüfen zu lassen, um mögliche Schäden am Motor zu vermeiden und die Emissionsstandards einzuhalten.

Kann ich weiterfahren, wenn mein AGR-Ventil defekt ist?

Obwohl ein defektes AGR-Ventil nicht unbedingt einen sofortigen Stillstand des Fahrzeugs verursacht, kann es doch zu einem verminderten Fahrverhalten, einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und höheren Emissionen führen. Langfristig kann ein defektes AGR-Ventil sogar zu ernsthaften Motorschäden führen. Daher ist es ratsam, das Auto bei einem Verdacht auf ein defektes AGR-Ventil von einem Fachmann überprüfen zu lassen.

Wie oft sollte das AGR-System gewartet werden?

Die Wartung des AGR-Systems hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. dem Fahrzeugmodell, den Betriebsbedingungen und der Fahrleistung. Viele Hersteller empfehlen, das AGR-System alle 80.000 bis 160.000 Kilometer überprüfen zu lassen, aber eine frühere Wartung kann erforderlich sein, wenn Symptome eines Problems auftreten. Konsultieren Sie das Benutzerhandbuch Ihres Fahrzeugs oder Ihren Mechaniker für spezifische Empfehlungen.

Ist es legal, das AGR-System zu deaktivieren?

In vielen Ländern ist es illegal, das AGR-System zu deaktivieren, da es eine wesentliche Rolle bei der Reduzierung von Fahrzeugemissionen spielt und zur Einhaltung der Emissionsnormen beiträgt. Eine Deaktivierung kann zu erheblichen Strafen führen und die Garantie des Fahrzeugs ungültig machen. Zudem kann das Fahrzeug die Emissionsprüfungen, die in vielen Regionen für die Zulassung erforderlich sind, nicht bestehen.

Kann ein fehlerhaftes AGR-System den Kraftstoffverbrauch erhöhen?

Ja, ein fehlerhaftes AGR-System kann den Kraftstoffverbrauch erhöhen. Wenn das AGR-Ventil nicht richtig funktioniert und entweder zu viel oder zu wenig Abgas zurückführt, kann dies die Effizienz der Verbrennung beeinträchtigen und dazu führen, dass der Motor mehr Kraftstoff verbraucht, um die gleiche Leistung zu erbringen. Dies führt zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und höheren Betriebskosten.

Kann ein defektes AGR-System zu einem Motorschaden führen?

Langfristig kann ein defektes AGR-System tatsächlich zu Motorschäden führen. Probleme wie eine unzureichende Verbrennung aufgrund einer übermäßigen Abgasrückführung, Ablagerungen im Motor oder eine Überhitzung des Motors wegen eines fehlerhaft geschlossenen AGR-Ventils können ernsthafte Schäden am Motor verursachen. Daher ist es wichtig, Probleme mit dem AGR-System so schnell wie möglich zu beheben.

Weiterführende Informationen

Literatur

1. B Flaig, U Beyer, MO André – Abgasrückführung bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung, MTZ-Motortechnische Zeitschrift, 2010
2. Bareis, B.; Blank, T.; Deichmann, G.; Flaig, B.: Bibliothek der Technik: Abgasrückführsysteme, Band 270, München: Verlag Moderne Industrie, 2004

Online Publikationen

1. Christian Winge Vigild, Charles Tumelaire, Evangelos Karvounis, Daniel Roettger, Verfahren zum Einstellen der Abgasrückführrate in einem Abgasrückführsystem sowie Abgasrückführsystem für ein Kraftfahrzeug, 2009, https://patents.google.com/patent/DE102009003018A1/de
2. AGR Ventil defekt: Ursachen, Symptome & Wechsel, Auto-Werkstatt.de, 2024, https://www.auto-werkstatt.de/magazin/agr-ventil-defekt-20247615