Abgasrückführung – so funktioniert's

Umweltfreundlicher durch Abgasrückführung – wie geht das?
Die umweltschädlichen Stickoxide aus den Zylindern werden gekühlt zurück in den Motor geführt
Aus dem Auspuff kommt nur noch ein Teil der produzierten Schadstoffe. Toa55/Shutterstock.com
berit
Einleitung von Berit Hoffmann, Redakteur bei PKW.de 10.07.2018

Verbrennungsmotoren produzieren Abgase, soviel ist klar. Dass die darin enthaltenen Stickoxide auch nicht gerade umweltfreundlich sind, sollte für keinen Autofahrer mehr überraschend sein. Durch diverse Systeme, unter anderem die Abgasrückführung, können die ausgestoßenen Schadstoffe jedoch weniger schädlich gemacht werden. Wir haben für Sie zusammengefasst, wie eine Abgasrückführung funktioniert.

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Die Abgasrückführung verringert die Stickoxid-Emission um die Hälfte

Das Ziel der Abgasrückführung ist es, wie bereits erwähnt, die Stickoxid-Emissionen von Automotoren zu verringern und so weniger schädliche Stoffe an die Umwelt abzugeben. Durch die Vorrichtung, die auch mit dem Kürzel AGR bezeichnet wird, kann der Ausstoß von Stickoxiden um bis zu 50 % und bei Dieselmotoren zusätzlich auch die Bildung von Rußpartikeln um 10 % gesenkt werden.

Dieser Effekt wird erreicht, indem Teile der ausgestoßene Abgase zurück in den Verbrennungsmotor geführt werden. Das in den Motorzylindern produzierte Abgas wird durch die Abgaskrümmer und den Abgasstrang zum Auspuff geleitet. Der Anteil, der zurückgeführt werden soll, wird von dem Abgasstrang abgezweigt, separat gekühlt und dann der Ladeluft des Zylinders wieder hinzugefügt. Der Zylinder des Motors saugt diese Luft nämlich an, um durch den enthaltenen Sauerstoff die Verbrennung fortzuführen. Da der Brennraum nun jedoch mit dem umgeleiteten Abgas gefüllt ist, kann durch die geringere Sauerstoffzufuhr keine weitere Verbrennungsreaktion ausgelöst werden, wodurch die Verbrennungstemperatur in den Zylindern um mehrere hundert Grad gesenkt wird. Wie bereits erwähnt, wird dadurch die Stickoxid-Produktion deutlich gehemmt.

Die zurückzuführende Menge muss genau berechnet werden

Die komplette Funktionsweise dieser innermotorischen Lösung des Abgasproblems ist natürlich nicht ganz so einfach zu erklären und beinhaltet noch mehrere weitere Teile. Die Menge der durch die AGR zurückzuführenden Gase wird vorerst vom Motorsteuersystem bestimmt. Hierbei ist es wichtig, den richtigen Anteil zu bestimmen, da durch eine niedrigere Verbrennungstemperatur zwar weniger Stickoxide, jedoch mehr Rußpartikel ausgestoßen werden. Um die insgesamt niedrigste Schadstoffemission zu erreichen, muss genau das richtige Gleichgewicht berechnet werden. Wenn zu viel Abgas zurückgeführt wird, kann es auch passieren, dass nicht genug Sauerstoff für eine fortlaufende Verbrennung übrigbleibt und der Motor dadurch stoppt.
Die Rückführung der korrekten Menge wird dann über diverse Aktoren, die sich je nach System etwas unterscheiden, geregelt.

Das Abgasrückführungs-Ventil regelt die Dosierung der Abgase

Der wichtigste Regelungsmechanismus ist das Abgasrückführungs-Ventil. Dieses dosiert die vorher bestimmte Menge des zurückgeführten Abgases. Das AGR-Ventil befindet sich entweder am Abgaskrümmer, dem Ansaugtrakt oder einer Verbindungsleitung zwischen den beiden. Wie bereits erwähnt, gibt es unterschiedliche Ventile. In Dieselmotoren werden beispielsweise hohe Rückfuhrraten verwendet, weswegen große Querschnitte am Ventil vorhanden sind, wohingegen bei Ottomotoren eher kleine genutzt werden. Ebenfalls lassen sich die Ventile in pneumatische und elektromotorische Steuerung unterteilen. Bei einer elektrisch bzw. elektromotorisch gesteuerten Ventilöffnung wird diese direkt durch das Motorsteuergerät geregelt, wohingegen ein pneumatisches Ventil durch Unterdruck geöffnet wird. Dieser Unterdruck wird entweder vom Ansaugrohr abgegriffen oder durch eine separate Vakuumpumpe erzeugt. Zusätzlich unterscheiden sich die verschiedenen Ventile auch durch die Art ihrer Öffnung. AGR-Ventile, die als Elektroumschaltventil (EUV) konstruiert sind, haben lediglich eine Auf-Zu-Funktion, wohingegen durch elektropneumatische Wandler (EPW) auch eine stufenlose Verstellung der Öffnungsklappe möglich ist.

Die Ventile gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen. BLKstudio/<a href='http://www.shutterstock.com/'>Shutterstock.com</a>
Die Ventile gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen. BLKstudio/Shutterstock.com

Das Abgasrückfuhr-System muss hohen Temperaturen und Drucken standhalten

Die einzelnen Bestandteile der Abgasrückführung, nämlich die Abgasentnahmestelle, der Kühler, das Ventil und der Ansaugbereich, sind durch sogenannte AGR-Leitungen verbunden. Diese müssen viele Anforderungen erfüllen: Sie müssen die unterschiedlichen Temperaturen ausgleichen, den Abgasen, Korrosionen und hohen Temperaturen standhalten und auf möglichst kleinem Raum eine Verbindung herstellen. Je nach Aufbau der AGR bieten sich entweder starre oder flexible Leitungen an.

Bei Dieselmotoren kommt mit der Regelklappe ein weiteres Teil dazu. Für die höhere Abgasrückfuhrrate wird auch eine höhere Druckdifferenz zwischen der Abgas- und der Saugseite benötigt, die durch die Regelklappen am Ansaugrohr hergestellt wird.

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Einfacherer Aufbau bei interner Abgasrückführung

Der bisher beschriebene Aufbau bezieht sich auf eine externe AGR. Alternativ kann diese auch intern stattfinden, wobei auf den Kühler, die Leitungen und das Ventil verzichtet werden kann, jedoch auch geringere Effekte auftreten. Bei einer internen Rückführung werden die Stickoxide aus dem Motor direkt in den Ansaugtrakt geleitet, indem die Auslassventile der Zylinder lediglich etwas länger geöffnet bleiben. Dadurch überschneidet sich deren Öffnungsphase mit der Dauer der Öffnung des Ansaugtraktes, wodurch die abgegebenen Abgase direkt angesaugt werden können.

Probleme der Abgasrückführung beeinflussen den Motorlauf

Wenn die Abgasrückführung nicht mehr einwandfrei abläuft, können Sie das unter anderem an den folgenden Symptomen bemerken:
• Erhöhter Kraftstoffverbrauch
Schwarzer Auspuffqualm
• Ruckeln während der Fahrt
• Leistungsmangel
• Aufleuchten der Motorkontrollleuchte
• Erhöhte Stickoxid-Werte im Abgas

Da die einzelnen Bestandteile dauerhaft im Kontakt mit Abgasen sind, können Ablagerungen und Verkokungen in den Leitungen und dem Ventil auftreten. Kann dadurch das Ventil nicht richtig geschlossen werden, ist nicht genug Sauerstoff für eine korrekte Motorfunktion vorhanden und das Problem wird relativ schnell bemerkt. Kann das Ventil jedoch nicht richtig geöffnet werden, fällt dies häufig erst später bei einer Abgasmessung auf, kann aber auch zu einem merklich schlechteren Motorlauf führen.
Weitere Gründe für eine Fehlfunktion können fehlerhafte elektrische Leitungen und Kontakte sein, die für die Regelung des AGR-Ventils gebraucht werden.

Diese Defekte können durch häufigen Kurzstreckenbetrieb, zu große Abstände zwischen den Untersuchungen, Verbrennungsprobleme im Motor oder aber auch einfach durch normalen Gebrauch des Autos entstehen.

Defekte in der Abgasrückführung können teils selber, teils nur von Fachpersonal behoben werden

Wenn Sie die oben genannten Symptome und Defekte bei Ihrem Auto bemerken, sollten Sie damit schnellstmöglich in die Werkstatt fahren. Manchmal lösen sich Ablagerungen zwar auch von selbst, um allerdings Folgeschäden und wiederholte Probleme zu vermeiden, empfehlen wir Ihnen, nicht nur einfach abzuwarten, bis das Problem eventuell von allein verschwindet.

In einer Werkstatt wird je nach Aufbau des AGR in Ihrem Auto das Ventil gereinigt bzw. repariert oder direkt ausgewechselt. Wenn der Zugang zu dem Ventil so kompliziert ist, dass der Ein- und Ausbau sehr aufwendig ist, spart ein direkter Ersatz oft viel Arbeit, da die Funktion des Ventils erst nach dem Einbau getestet werden kann. Wenn das reparierte Ventil dann nicht funktioniert, muss die ganze Arbeit nochmal gemacht werden und da ist ein komplett neues Ventil meist einfach günstiger.

Die Reparaturkosten einer defekten Abgasrückführung hängen stark von den betroffenen Teilen und dem Automodell ab. Ein Ventil kostet 20 – 250 € und je nach Konstruktion des Systems und dem zum Einbau erforderlichen Aufwand können Sie dafür durchaus 200 – 600 € loswerden. Wenn zusätzlich zum Ventil auch noch die Leitungen oder der Kühler defekt sind, steigt dieser Preis natürlich noch.

Wenn Sie nicht direkt in die Werkstatt wollen, können Sie auch zunächst auf eigene Hand Ihre Abgasrückführung auf starke Rußablagerungen untersuchen und gegebenenfalls mit im Handel erhältlichen AGR-Ventil-Reinigern säubern. Auch wenn manche Mittel keinen Ausbau des Ventils erfordern, erzielen Sie durch diesen fast immer bessere Ergebnisse.
Durch regelmäßige Ölwechsel und Wartungen pflegen Sie Ihr Abgasrückfuhr-System und auch bei der Abgasuntersuchung wird dessen Zustand überprüft.

Besonders effektiv ist die Kombination mit weiteren Schadstoffausstoß-reduzierenden Vorrichtungen

Die Methode der Abgasrückführung hat sich über die Jahre hinweg bewährt. Besonders vorteilhaft sind der geringe Aufwand im Handling und der Wartung sowie der platzsparende Aufbau, der auch keine externen Betriebsstoffe erfordert. Die AGR hat sich auch als wichtigste Methode zur Schadstoffreduzierung ergeben, da diverse positive Nebeneffekte auftreten. Beispielsweise wird bei Benzinern nebenbei auch der Kraftstoffverbrauch gesenkt, da durch die beigemengten Gase die Drosselklappe offener ist und sogenannte Drosselverluste reduziert werden.

Zusätzlich zur Abgasrückführung existieren jedoch auch weitere Vorrichtungen, die die Stickoxid-Emission vermindern sollen. So sind zum Beispiel Dreiwege-Katalysatoren bei Ottomotoren sehr effektiv und durch eine Abgasnachbehandlung mit einem Selective-Catalytic-Reduction-Katalysator kann der Ausstoß der schädlichen Stoffe sogar um bis zu 90 % reduziert werden. Häufig wird eine Kombination von verschiedenen Systemen genutzt, um den besten Effekt zu erzielen.


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