Die
Abgasrückführung (AGR) wird zur Minderung von Stickoxidenen (NOx) bei der Verbrennung von Kraftstoff in Ottomotoren, Dieselmotoren, Gasturbinen, Heizkesseln usw. verwendet.
Diese Reduktion ist nötig, um speziell bei Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge die vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte einzuhalten. Besondere Bedeutung hat die AGR bei magerem Verbrennungsgemisch.
Funktionsweise
Ein Teil des Abgases wird durch ein Rohr mit Steuerventil (Abgasrückführungsventil) wieder der Frischluft zugemischt (externe AGR), oder Abgas wird bei Kolbenmaschinen während des Ansaugtaktes durch ein offenes Auslassventil wieder angesaugt (interne AGR). Das entstehende Gemisch aus Frisch- und Abgas besitzt einen bezogen auf das Volumen niedrigeren Brennwert und erreicht daher nicht mehr die für die Stickstoffoxidbildung erforderliche Temperatur im Brennraum. Nachteilig hingegen ist die vermehrte Bildung von Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen bei der Verbrennung. Eine Lambdasonde, die die Sauerstoffkonzentration im Abgas misst und die Kraftstoffzufuhr regelt, und die Verwendung eines Fahrzeugkatalysator können diese unerwünschten Emissionen minimieren. Die
Abgasrückführung findet nur im Teillastbereich statt.
Eine noch bessere Reduktion von Stickoxiden kann erreicht werden, wenn das Abgas vor der Beimengung in einem Abgasrückführungskühler gekühlt wird. Diese Kühlung wird aufgrund der zusätzlichen Kosten nur bei leistungsstärkeren, teureren Motoren durchgeführt.
Die interne AGR wird über verstellbare Nockenwellen gesteuert.
Bei OBD-Fahrzeugen erfolgt die Überwachung der
Abgasrückführung (je nach Fahrzeughersteller) über Temperaturfühler im Ansaugkanal, Druckfühler im Ansaugkanal oder Potentiometer am Abgasrückführventil. Die Sensoren melden dem Steuergerät, ob das System funktioniert. Bleibt die Rückmeldung aus, wird vom Steuergerät die OBD-Lampe angesteuert.
Verbreitung
Im Nutzfahrzeugbereich ist eine gekühlte AGR quasi Standard bis zur Abgasnorm Euro 3. Ab Euro 4, welche im Oktober 2005 für neu entwickelte Fahrzeugtypen zur Pflicht wurde, gibt es die gekühlte AGR zum Teil noch bei MAN und Scania. Andere Hersteller setzten auf das aufwendigere Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR). Die AGR ist eine innermotorische Maßnahme, um durch das Herabsetzen der Verbrennungstemperatur die Stickoxidbildung während der Verbrennung zu verringern.
Die
Abgasrückführung wird darüber hinaus auch bewusst zum Absenken des spezifischen Kraftstoffverbrauchs im Teillastbereich bei Ottomotoren eingesetzt. Das Hinzufügen nicht brennbaren Gemisches ermöglicht es, bei gleicher gewünschter Motorleistung die Drosselklappe weiter zu öffnen und die Strömungsverluste an dieser Stelle zu verringern. Bei vernünftigem Einsatz einer
Abgasrückführung kann der Verbrauch in der Teillast ohne Nachteile in der Fahrbarkeit um bis zu 5% abgesenkt werden. Hierzu werden aber diagnostizierbare AGR-Systeme benötigt (Lagerückmeldung des offenen Ventilquerschnitts oder indirekte Überwachung über den Luftmassenmesser). Die maximalen Abgasrückführungsraten betragen bei Dieselmotoren etwa 50%, bei Ottomotoren etwa 20 bis 30%. Bei modernen PKW werden vermehrt NOx-Speicherkatalysatoren eingebaut, um die zukünftigen Abgasnormen zu erfüllen.
Zielkonflikt
Generell besteht ein Zielkonflikt zwischen geringen Ruß- und Stickoxid-Emissionen. Erstere entstehen vermehrt bei geringen Brennraumtemperaturen, während sich bei hohen Temperaturen deutlich mehr NOx bildet. Die durch die AGR verringerten Verbrennungstemperaturen erfordern also z. B. bei neuen Euro-4/5-Fahrzeugen Partikelfilter. Auch die Leistung wird durch AGR negativ beeinflusst, die höchstmögliche Leistung kann mit Rücksicht auf die Stickoxid-Emissionen nicht erreicht werden
So setzen die meisten Nutzfahrzeughersteller inzwischen auf SCR, um diesen Zielkonflikt zu umgehen. Dabei wird der Motor auf maximale Leistung und minimale Rußbildung optimiert, was beides nur bei hohen Verbrennungstemperaturen möglich ist. Das dadurch entstandene Stickoxid wird dann in einem zweiten Schritt im SCR-Katalysator umgewandelt.
