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Hochdruck- / Niederdruck-Abgasrückführung

Was ist der Unterschied

Pierburg | Motorservice
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Informationen zum Produkt

Wie funktioniert die Abgasrückführung bei einem Verbrennungsmotor bzw. Ottomotor und wie wird dadurch eine Reduzierung von Stickoxidemissionen bewirkt? Welchen Zusammenhang gibt es zwischen Abgastemperatur und Kraftstoffverbrauch? In diesem Beitrag gibt es Antworten auf diese Fragen und darauf, wie Abgasrückführventile gesteuert werden und wie dieses System für eine Reduktion von Rußpartikeln beim Verbrennen von Kraftstoff sorgt.

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

Eine bewährte Methode zur Schadstoff reduzierung ist die Abgasrückführung (AGR). Bei der klassischen Hochdruck-AGR wird unmittelbar hinter dem Zylinder Abgas entnommen und der Ansaugluft wieder zugemischt. Um die strengeren Grenzwerte ab Euro 6 / Tier 2 zu erreichen, ist eine zusätzliche Niederdruck-AGR eine gängige Methode.

Aber was ist der Unterschied?
Die nachfolgende Tabelle zeigt einen Schnellüberblick. Weitere Informationen fi nden Sie auf den Folgeseiten.
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  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)
Druckdiff erenz 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

Abgasrückführung – Ein Überblick

Bei der Abgasrückführung wird der Ansaugluft wieder eine bestimmte Menge Abgas zugemischt. Dadurch gelangt weniger Sauerstoff in den Zylinder. Dies verursacht eine geringere Verbrennungs temperatur. 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.

Dabei wird in unterschiedliche 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 wieder 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 Druckdiff erenz für die geforderten AGR-Massenströme nicht ausreicht. Zusätzlich wird das Abgas durch einen speziellen Niederdruck-AGR-Kühler gekühlt.
01 Abgasklappe
02 Niederdruck-AGR-Ventil
03 Niederdruck-AGR-Kühler
04 Turbolader (Verdichter)
05 Turbolader (Turbine)
06 Partikelfi lter
07 Ladeluftkühler
08 Drossel- / Regelklappe
09 Hochdruck-AGR-Ventil

blau: Hochdruckbereich
grün: Niederdruckbereich
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Abgasrückführung (schematisch)

Die Niederdruck-AGR

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

Bei einem Kaltstart und kurzfristigen Zustandsänderungen, wie z. B. beim Beschleunigen, kommt überwiegend die Hochdruck-AGR zum Einsatz.

Die Niederdruck-AGR-Ventile von Pierburg bestehen meistens aus einer zentral angeordneten Klappe („Butterfl y“) in einem Aluminiumdruckgussgehäuse. Der integrierte Stellantrieb besteht in der Regel aus einem Gleichstrommotor und einem zweistufigen Stirnradgetriebe.Bei der Konstruktion der Niederdruckventile kamen Baugruppen von bestehenden Drosselklappenund AGR-Ventil-Produktlinien zum Einsatz, wie sie bereits jahrelang 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 es zeichnet sich auch durch sein geringes Gewicht aus.
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Niederdruck-AGR-Ventil (Butterfl y)
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Niederdruck-AGR-Kombiventil
HINWEIS
Typische Schäden im Bereich der Niederdruck-AGR sind:
  • Undichtigkeit der Abgasleitungen oder der Kühlmittelleitung
  • Undichtigkeit im oder am AGR-Kühler
  • Niederdruck-AGR-Ventil undicht, öff net oder schließt nicht
  • elektrische Ansteuerung des Stellmotors defekt

Abgasrückführung und Pierburg

Nicht umsonst ist Pierburg mit AGR-Ventilen und AGR-Kühlern in zahlreichen modernen Fahrzeugen als Erstausrüster vertreten. Die korrosions- und temperaturbeständigen Werkstoff e der Pierburg Produkte garantieren eine lange Funktionsdauer unter schwierigsten Bedingungen – wie z. B. aggressivem Abgaskondensat, Temperaturen bis zu 700 °C und bis zu 3 bar Druck.
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1 - AGR-VENTILE (ND)
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2 - ABGASKLAPPEN
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3 - ABGASSENSOREN
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4 - AGR-VENTILE UND AGR-KÜHLER (HD)
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5 - LUFTMASSENSENSOREN
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6 - AGR-KOMBIVENTILE (ND)
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7 - DROSSEL- / REGELKLAPPEN

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