Abgasrückführung (AGR/EGR)

Das Prinzip der Abgasrückführung (AGR/EGR Exhaust Gas Recirculation) besteht darin, dass eine Menge der Abgase aus dem Motor über den Ansaugkrümmer in die Verbrennungskammer zurückgeführt wird. Der grosse Nachteil (hauptsächlich bei Dieselmotoren) ist, dass das Ansaugsystem mit Russ stark verschmutzt wird, das Fahrzeug hat weniger Energie und kann anfangen zu rauchen oder im Leerlauf unregelmässig zu laufen.

Das Abgas wird mit der einströmenden Luft vermischt und daher sinkt der Sauerstoffgehalt des Verbrennungsgemisches. AGR dient der Emissionsminderung von Stickoxiden (NOx), die bei der Verbrennung von Kraftstoff in Benzin-, Dieselmotoren usw. entstehen. Mit der Abgasrückführung werden Stickoxide bereits während der Verbrennung vermindert. Alleine mit Massnahmen der Abgasnachbehandlung (Katalysator) können über eine chemische Reduktion der Stickoxide die vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte mit hohem Aufwand eingehalten werden. Das gilt insbesondere seit Einführung der Euro-6-Grenzwerte im September 2014.

Die Anwendung der AGR bei Dieselmotoren ist seit jeher geprägt von dem Zielkonflikt, geringe Stickoxidemissionen bei gleichzeitiger Minimierung der Partikelemissionen zu gewährleisten. Hohe Abgasrückführraten ziehen geringe Stickoxidemissionen nach sich, fördern jedoch die Bildung von Russpartikeln während der Verbrennung. Weniger NOx führt zu mehr Russ und umgekehrt. Da beides durch die bestehenden Abgasnormen limitiert ist, gilt es hier genau abzuwägen, wie viel Abgas der Verbrennung wieder zugeführt werden kann. Bei steigender Motorlast nimmt die Neigung des Dieselmotors zur Emission von Russpartikeln zu. In solchen Betriebszuständen ist also dafür Sorge zu tragen, dass die zusätzlich russfördernde hohe Rückführrate zurückgenommen wird, um sichtbare Russausstösse – etwa bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs – zu vermeiden. Hierfür ist das Motormanagement verantwortlich. Eine schnelle Erfassung des jeweiligen Motorbetriebspunktes und eine schnelle Ansteuerung des Rückführventils ermöglichen eine zeitgerechte Anpassung der Rückführrate.

Bei Verwendung eines Russfilters (DPF) sind die grösseren Russemissionen aufgrund der Verwendung von AGR nicht mehr so wichtig, da der Russ eingefangen wird. Dies führt zu niedrigen NOx-Emissionen und es besteht keine Notwendigkeit, in NOx-Behandlung zu investieren.

Bei Benzinmotoren ist die Zielsetzung für den Einsatz eines Abgasrückführsystems eine andere. Hier steht nicht die Minimierung des Schadstoffausstosses im Vordergrund, sondern die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Dieser wird, insbesondere bei Teillast, durch die Ladungswechselverluste beeinflusst.

Im Teillastbetrieb eines konventionellen Benzinmotors erzeugt die Drosselklappe einen Unterdruck im Ansaugkanal, wodurch die angesaugte Luftmasse sinkt und die Motorleistung entsprechend reduziert wird. Gleichzeitig nimmt die Ladungswechselarbeit zu. Durch Zumischung von Abgas wird für eine gegebene Kraftstoffmenge die Drosselung der Reinluft verringert und folglich die zugehörigen Ladungswechselverluste reduziert.

Handelt es sich um einen Benzinmotor mit direkter Einspritzung in den Brennraum und Ladungsschichtung, verbrennt im Teillastbetrieb der Kraftstoff von vorneherein bei Luftüberschuss, d.h. mit weit geöffneter Drosselklappe. Hierdurch sind die Drosselverluste kleiner, der Verbrauch bereits reduziert. Ein zündfähiges Gemisch befindet sich nur rings um die Zündkerze. In diesen Betriebszuständen hat die AGR eine ähnliche Wirkung wie beim Dieselmotor: Die Verbrennungstemperatur wird abgesenkt und die Stickoxidemissionen verringert.

Ein Hauptnachteil ist der Leistungsverlust und die beschleunigte interne Verunreinigung des Motors.