Abgasrückführung

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Prinzipiell trifft jedoch Folgendes zu: Bei der Verbrennungskammer eines Brennkraftmotors werden die Kohlenwasserstoffmoleküle des verwendeten Kraftstoffes mit Luftsauerstoff oxydiert. Die im Benzinmotor verbrauchte Sauerstoffmenge wird vollständig verbraucht (stöchiometrische Verbrennung), so dass praktisch keine Sauerstoffmoleküle mehr im Abgasstrom vorhanden sind. Die Stickstoffoxidbildung nimmt nach dem Zeldovich' Mechanismus mit zunehmender Brenntemperatur zu.

Bei Zugabe von Abgasen zu der verwendeten sauberen Luft nimmt die Sauerstoff-Konzentration des Gemischs ab. Durch die dadurch bedingte geringere Sauerstoff-Konzentration wird weniger Brennstoff injiziert, um ihn komplett zu verbrauchen. Dies reduziert die Wärmeenergie des Gemischs sowie die Reaktionsrate und die Brenntemperatur (und damit auch die Motorleistung). Dadurch entstehen weniger Stickstoffoxide; die Kühlung des rezirkulierten Gases erhöht die Wirkung.

AGR intern: Das Auslaßventil verbleibt während des Ansaugtaktes - gesteuert durch die Nockenwelleneinstellung - vorübergehend aufgedreht. Externes AGR: Das Rauchgas wird aus dem Abgasstrang abgesaugt und über ein Rohr, einen Wasserkühler und ein Absperrventil in den Saugtrakt geleitet. Niederdruck-AGR: Die Absaugung findet nach der Abluftreinigung statt, die Entleerung vor dem Turbokompressor.

Hochdruck-AGR: Die Absaugung findet vor der Turboladerturbine und der Abluftreinigung statt, die Entladung folgt dem Ladeluftkühler mit Drosselventil. Der Einsatz von AGR in Dieselmotoren war schon immer durch den Konflikt der Ziele gekennzeichnet, niedrige Stickoxid-Emissionen bei gleichzeitigem Minimieren der Partikelemission zu erreichen. Die hohen Abgasrückführungsraten führen zu geringen Stickoxid-Emissionen, begünstigen aber die Rußpartikelbildung bei der Verbrennung. 2.

Beide sind durch die geltenden Abgasvorschriften - z.B. die in Europa geltende Abgasnorm EUR 6 - begrenzt, daher ist es wichtig, die Rückführung der Abgase in den Verbrennungsprozess zu berücksichtigen. Bei Ottomotoren ist die Aufgabenstellung für den Betrieb eines Abgasrückführungssystems eine andere. Bei Teillast eines herkömmlichen Benzinmotors entsteht durch die Verwendung der Drosseleinrichtung ein Vakuum im Saugrohr, das die Ansaugluftmasse senkt und somit die Leistung des Motors mindert.

Dies war schon immer das Leistungsregulierungsprinzip bei Ottomotoren. Mit der Zugabe von Abgasen wird die Reinluftdrosselung für eine bestimmte Menge Brennstoff vermindert und damit die damit verbundenen Einbußen ("Ladungswechselverluste"). Ist der Motor ein Benzinmotor mit Direkteinspritzung in den Verbrennungsraum und Ladeschichtung, verbraucht der Treibstoff im Partiallastbetrieb von vornherein mit Luftüberschuss, d.h. bei weit geöffnetem Drosselventil.

Dadurch werden Gasverluste vermindert und der Kraftstoffverbrauch gesenkt. Unter diesen Betriebsbedingungen hat die AGR eine vergleichbare Auswirkung wie ein Dieselmotor: Die Verbrennung temperatur wird gesenkt und die Stickoxid-Emissionen werden gesenkt. Im Triebwerk fallen bei hoher Verbrennung umweltbelastende Stickstoffoxide an. Mit zunehmender Brenntemperatur im Speicher und längerem Aufenthalt über 2300 K Brenntemperatur steigt der Stickoxidanteil im Auspuff.

Mit Luftbedingungen über ? = 1 (d.h. bei immer magereren Gemischen) nehmen die Stickoxid-Emissionen zunächst signifikant zu, da die Zufuhr von freien Radikalen steigt. Die Sauerstoffzufuhr ist umso höher, je höher das Luftvolumen ? ist, aber die Brenntemperatur nimmt mit zunehmendem Luftvolumen ab. Wenn in diesem Beispiel der Verbrennungsmotor noch schlanker gefahren wird, fällt der Stickoxidgehalt aufgrund der fallenden Brenntemperatur wieder ab.

Durch Mischen eines Teils der abgesaugten Außenluft über ein Schlauchsystem wird das Rauchgas in die Saugkammer zurückgeleitet. Allerdings darf der Abgasanteil nicht zu hoch werden, da sonst die Partikelemissionen (Ruß) zu sehr zunimmt. Gesteuert wird die Rückmeldung durch ein außerhalb des Motorraumes montiertes Abgasrückführungsventil (externe Abgasrückführung).

Zusätzlich kann das Abgassystem aller 4-Takt-Motoren durch ein geöffnetes Abgasventil während des Ansaughubes in bestimmten Grenzwerten geregelt werden (interne Abgasrückführung). Die rezirkulierten Rauchgase der so genannten Heiß- oder HD-AGR haben höhere Temperaturwerte (bis zu 400 C), so dass die Beimischung des Inertgases in die Außenluft im Ansaugkrümmer zu geringeren Luftmengen führen würde.

Dadurch wird die AGR kühler und vor allem partikelarmer, da sie weiter zurück in der Abgasanlage entfernt wird. Einerseits wird die angesaugte Luft nicht durch heiße Abgase erhitzt und damit die Befüllung verringert, andererseits wird der Abgasmassestrom vor der Abgasturbine des Turboladers (ATL) nicht verringert, was eine Aufrechterhaltung der großen Abluftenthalpie erlaubt, so dass der ATL besser reagiert und ein verbesserter Gasaustauschprozess möglich ist.

Ein Nachteil des ND-AGR ist, dass der Kompressor durch Kondensat, das durch die Taupunktunterschreitung des Verbrennungsgases verursacht wird, schwer geschädigt werden kann. Damit dies nicht passiert, muss sichergestellt sein, dass das Abgaswasser nicht vor dem Kompressor verdichtet, sondern klar getrennt und getrennt wird. Die Abgasrückführung wird bei Benzinmotoren gezielt zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauches im Bereich der Teillast genutzt.

Durch den gezielten Einbau einer Abgasrückführung kann der Kraftstoffverbrauch eines Benzinmotors auf Teillastbetrieb mit nur geringfügigen Beeinträchtigungen des Fahrverhaltens reduziert werden. Eine Abgasrückführung erfolgt fast ausschließlich im Teillastbereich. Der maximale Abgasrückführungsgrad liegt bei ca. 60% bei Diesellokomotiven, ca. 50% bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung und ca. 20% bei herkömmlichen Saugrohr-Ottomotoren.

Die Abgasrückführung wird bei Fahrzeug mit On-Board-Diagnose (OBD) je nach Hersteller über HFM (Luftmengenabweichung), über die Stellungsrückmeldung des AGR-Ventils und teilweise über weitere Druck- und Temperatursensoren im Ansaugkrümmer, sofern verfügbar, überwacht. Bei vielen Autos mit Euro 3-Abgasnorm, die meisten mit Euro 4-Abgasnorm und notwendigerweise alle Autos mit Euro 5-Abgasnorm haben eine Abgasrückführung.

Die Verwendung von niedrigen Brenntemperaturen führt auch zu einem erhöhten Gehalt an Kohlenmonoxyd, Ruß und ungebrannten Kohlenwasserstoffverbindungen im Auspuff. Die Lambda-Sonde, die die Sauerstoff-Konzentration im Abgasstrom mißt und die Kraftstoffversorgung dementsprechend reguliert, kann diesen störenden Einfluss in Kombination mit einem Fahrzeug-Katalysator so weit wie möglich mindern. Zur völligen Vermeidung dieses Zielkonfliktes und zur Erfüllung zukünftiger Abgasvorschriften werden moderne Pkw zunehmend mit Stickoxidspeicherkatalysatoren ausgerüstet.

Das Triebwerk ist auf höchste Leistungsfähigkeit und geringste Russbildung hin ausgerichtet, was nur bei höheren Brenntemperaturen möglich ist. Erhöhte Rußansammlungen im Abgasrückführventil führen zu Mängeln. Je nach Stellung, in der das Stellventil stoppt, kann dies zu einem schlechten Ansprechverhalten und letztlich zu einem starken Leistungsabfall oder einem erhöhten Stromverbrauch führen.

Damit die Emissionsgrenzwerte der jeweiligen Euro-Norm eingehalten werden, ist in jedem Falle ein Tausch notwendig. Highspringen ? Rauchgasschichtung an einem Benzinmotor mit BDE und strahlgeführter Verbrennung. Vor allem bei Ottomotoren mit Benzindirekteinspritzung und strahlgeführter Verbrennung birgt die Schichtenbildung von recyceltem Rauchgas ein großes Einsparpotenzial.