Abgasrückführung

Bewährte Pierburg Technik zur Schadstoffreduzierung

Abgasrückführung - Eine unverzichtbare Methode zur Schadstoffreduzierung

Die Abgasrückführung (AGR) ist nicht nur bei Ottomotoren eine bewährte Methode zur Schadstoffreduzierung – praktisch alle modernen Dieselmotoren müssen heute damit ausgestattet sein, um die immer strengeren Abgasvorschriften einhalten zu können. Nur mit der Methode einer gekühlten Abgasrückführung wird es möglich sein, noch niedrigere Grenzwerte zu erreichen.

Pierburg hat maßgeblich zum heutigen Stand der Technik beigetragen und ist als erfahrener Systemlieferant in der Lage, ein kompaktes und effizientes System zur Schadstoffreduzierung anzubieten – für Pkw und Nkw.

Aus gutem Grund ist Pierburg als Erstausrüster mit AGR-Ventilen und AGR-Kühlern in zahlreichen modernen Fahrzeugen vertreten. Die korrosions- und temperaturbeständigen Werkstoffe der Pierburg Produkte garantieren eine lange Funktionsdauer unter schwierigsten Bedingungen – wie z. B. aggressivem Abgaskondensat, Temperaturen bis zu 700 °C und Drücken bis zu 3 bar.

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Bauteile der Abgasrückführung

Bei der Abgasrückführung wird der Ansaugluft wieder eine bestimmte Menge Abgas zugemischt. Dadurch gelangt weniger Sauerstoff in den Zylinder. Dies führt zu einer geringeren Verbrennungstemperatur. Dadurch kann die Menge an Stickoxiden im Abgas um bis zu 50 % reduziert werden. Bei Benzinmotoren lassen sich dadurch außerdem der Kohlendioxidausstoß und der Verbrauch verringern.

Es wird zwischen verschiedenen Positionen der Abgasentnahme unterschieden:

INTERNE ODER „INNERE“ AGR

Durch Ventilüberschneidung verbleibt ein Rest Abgas im Brennraum oder wird aus dem Auslasskanal in den Zylinder zurückgesaugt.
Die Veränderung der Steuerzeiten der Ein- und Auslassventile erfolgt durch verstellbare Nocken.

EXTERNE ODER „ÄUSSERE“ AGR

Abgas wird außerhalb des Zylinderkopfs auf der Abgasseite entnommen und über Leitungen oder Kanäle durch ein externes Ventil der Frischluftseite zurückgeführt.
Dies bietet die Möglichkeit einer zusätzlichen Abgaskühlung durch einen optionalen Kühler mit / ohne Bypassklappe.

Bei der äußeren AGR wird unterschieden in:

HOCHDRUCK-AGR

Das Abgas wird

unmittelbar hinter den Zylindern vor der Turbine des Turboladers entnommen und
hinter der Drosselklappe der Frischluftseite zugeführt.

NIEDERDRUCK-AGR

Das Abgas wird

nach der Turbine des Turboladers bzw. erst nach den Abgasnachbehandlungssystemen entnommen und
vor dem Verdichter des Turboladers zugeführt.

Eine Abgasklappe sorgt für den notwendigen Abgasgegendruck, wenn die Druckdifferenz für die geforderten AGR-Massenströme nicht ausreicht. Zusätzlich wird das Abgas durch einen speziellen Niederdruck-AGR-Kühler gekühlt.

Abgasrückführung (schematisch)

01 Abgasklappe
02 Niederdruck-AGR-Ventil
03 Niederdruck-AGR-Kühler
04 Turbolader (Verdichter)
05 Turbolader (Turbine)
06 Partikelfilter
07 Ladeluftkühler
08 Drossel- / Regelklappe
09 Hochdruck-AGR-Ventil
10 Hochdurck-AGR-Kühler
11 Bypassklappe

blau = Hochdruckbereich
grün = Niederdruckbereich

AGR-Kühler

Der AGR-Kühler ist ein kleines, aber entscheidendes Bauteil in Fahrzeugen. Ein AGR-Kühler wird zur gezielten Kühlung der zurückgeführten Abgase eingesetzt und ist neben dem AGR-Ventil eines der Hauptelemente des Abgasrückführungssystems. Er ist in den Kühlwasserkreislauf des Motors integriert und nutzt das Kühlwasser, um die Temperatur der Abgase zu senken. AGR-Kühler von Pierburg werden nach OE-Standards und Qualitätsmanagement-Standards im Automotive-Bereich gefertigt. Alle Hauptkomponenten erfüllen die Qualitätsanforderungen an Erstmontageprodukte.

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AGR-Ventile

Zentrales Bauteil der Abgasrückführung ist das AGR-Ventil. Es dosiert die Menge der zurückgeführten Abgase. AGR-Ventile gibt es in vielen Ausführungen und Bauformen: elektrisch oder pneumatisch angesteuert, für Otto- oder Dieselanwendungen oder mit Anschluss an den Kühlmittelkreislauf. Heute kommen überwiegend elektrische AGR-Ventile zum Einsatz – sie benötigen keinen Unterdruck und kein Magnetventil für die Ansteuerung. AGR-Ventile für Dieselanwendungen haben aufgrund der höheren Rückführraten größere Öffnungsquerschnitte. Bei Ottomotoranwendungen sind die Querschnitte deutlich kleiner.

Gekühlte Abgasrückführung für noch geringere Schadstoffemissionen

Pierburg ist als langjähriger Spezialist in Sachen Schadstoffreduzierung kompetenter OE-Lieferant von Systemen zur gekühlten Abgasrückführung. Motorservice bringt diese Technologie in den Aftermarket.

Durch immer strengere Abgasvorschriften müssen die Methoden zur Schadstoffreduzierung stetig verbessert werden. Bei Dieselmotoren gilt das insbesondere für die weitere Reduzierung von Stickoxiden (NOx). Hier kommt deshalb die gekühlte Abgasrückführung ins Spiel: Diese senkt die Brennraumtemperaturen und reduziert dadurch die Bildung von Stickoxiden.

Aufbauend auf der langjährigen Kompetenz in der Entwicklung und Herstellung von AGR-Systemen hat Pierburg eine Reihe von AGR-Kühlermodulen entwickelt, die eine gezielte Kühlung der Abgase erlauben. Dabei handelt es sich um ausgefeilte Technik auf kleinstem Raum.

Was ist das Besondere an Pierburg AGR-Kühlern?

Die von Pierburg entwickelte Lamellengeometrie verringert die Gefahr, dass der Kühler verrußt.
spezielle Oberflächenbeschichtung im AGR-Kühler gegen Rußanhaftung
zunehmende Integration: kompakte AGR-Kühlermodule aus Aluminium mit integriertem AGR-Ventil, Bypassklappe und anderen Anbauteilen wie Ölkühlern und Ölfiltern

BYPASSKLAPPEN IM AGR-KÜHLER

Viele AGR-Kühler verfügen heute über eine elektrisch oder pneumatisch geschaltete Bypassklappe. Durch diese können die Abgase in der Warmlaufphase am AGR-Kühler vorbeigeleitet werden, um den Motor und den Katalysator schnell auf Betriebstemperatur zu bringen. Dadurch werden auch die Geräuschentwicklung, das sogenannte „Dieselnageln“, und die Rohemission an Kohlenwasserstoffen in der Warmlaufphase verringert. Ein Bypass ist auch möglich, wenn hohe Abgastemperature benötigt werden, z. B. zur Regeneration von Dieselpartikelfiltern.

Warum ist gekühlte Abgasrückführung notwendig?

Gekühltes Abgas senkt die Verbrennungsspitzentemperatur. Dadurch entstehen deutlich weniger Stickoxide. Zudem sind gekühlte Gase dichter als wärmere. Dies bedeutet: Bei gleichem Ladedruck passt mehr Masse in eine Zylinderfüllung. Die dadurch ausgelöste „magere“ Verbrennung macht sich im Verbrauch und bei den Partikelemissionen positiv bemerkbar. AGR-Kühler werden zur gezielten Kühlung der zurückgeführten Abgase eingesetzt.

Gekühlte Abgasrückführung - Vorteile auf einem Blick

GESENKTE VERBRENNUNGS- SPITZENTEMPERATUR

Bis zu 50 % weniger Stickoxide

Reduzierte Partikelemission

Geringerer Verbrauch

Hochdruck- / Niederdruck-Abgasrückführung

Was ist der Unterschied?

Die Rohemissionen von Motoren konnten durch technische Maßnahmen kontinuierlich reduziert werden. Jede weitere Verschärfung der Emissionsgrenzwerte führt jedoch dazu, dass auch die Technologien der außermotorischen Maßnahmen ständig verbessert werden müssen.

Eine bewährte Methode zur Schadstoffreduzierung ist die Abgasrückführung. Bei der klassischen Hochdruck AGR wird unmittelbar hinter dem Zylinder Abgas entnommen und der Ansaugluft wieder zugemischt. Zur Erreichung der Grenzwerte ab Euro 6 / Tier 2 ist zusätzlich ein Niederdruck-AGR-System erforderlich. Hierbei wird das Abgas auf der Niederdruckseite hinter dem Partikelfilter entnommen und vor dem Verdichter des Turboladers wieder zugeführt. Eine Abgasklappe sorgt für den dafür notwendigen Abgasgegendruck.

Aber was ist der Unterschied? Die nachfolgende Tabelle gibt einen Schnellüberblick.

	Hochdruck-AGR	Niederdruck-AGR
Eintrittsdruck in die AGR-Strecke	hoch (bis ca. 3,5 bar)	niedrig (bis ca. 1,3 bar)
Eintrittstemperatur in die AGR-Strecke	sehr hoch (bis ca. 950 °C)	hoch (bis ca. 800 °C)
Druckdifferenz Δp über die AGR-Strecke	hoch (bis ca. 1,5 bar)	niedrig (bis ca. 0,3 bar)
zyklische Druckschwankungen	groß	gering
Abgaszusammensetzung	Entnahme vor der Abgasnachbehandlung	Entnahme nach der Abgasnachbehandlung

Die Niederdruck-AGR

Die Niederdruck-AGR stellt bei Dieselmotoren den aktuellen Stand der Technik dar. Die Vorteile einer Niederdruck-AGR zusätzlich zur Hochdruck-AGR sind:

höhere Leistung bzw. Wirkungsgrad an der Turbine
größeres AGR-Kennfeld
homogenere Durchmischung von Abgas mit Frischluft über den Verdichter
dadurch niedrigere NOx- und Partikel-Emissionen
verbesserte AGR-Kühlung (durch AGR- und Ladeluftkühler)

Die Nachteile gegenüber der Hochdruck-AGR sind:

längere Wege und zusätzliche Bauteile
mögliche Gefahr durch Verschmutzung oder Beschädigung des Verdichters am Turbolader z. B. durch Tropfenschlag

Die Niederdruck-AGR-Ventile von Pierburg bestehen meistens aus einer zentral angeordneten Klappe („Butterfly“) in einem Aluminium-Druckgussgehäuse. Der integrierte Stellantrieb besteht in der Regel aus einem Gleichstrommotor und einem zweistufigen Stirnradgetriebe. Bei der Konstruktion der Niederdruckventile wurden Baugruppen aus bestehenden Drosselklappen- und AGR-Ventil-Produktlinien verwendet, die bereits seit Jahren im erprobten und bewährten Serieneinsatz sind.

Das Niederdruck-AGR-Kombiventil übernimmt gleichzeitig die Aufgaben des Niederdruck-AGR-Ventils und einer Ansaugluftdrossel. Durch die Drosselung entsteht ein Druckgefälle zur Ansaugseite. Dadurch strömt das Abgas geregelt in den Bereich vor dem Verdichter. Als kombiniertes Bauteil ist das Niederdruck-Kombiventil nicht nur kostengünstiger, sondern zeichnet sich auch durch sein geringes Gewicht aus.