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AGR Ventile NEU

AGR Ventile AGR Ventile NEU
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Abgasrückführung(AGR) / AGR-Ventile für Turbolader was da reinkommt (abgekühlt):

AGR mindert die Emission von Stickoxiden. Bei der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum eines Verbrennungsmotors werden die Kohlenwasserstoff-Moleküle des eingesetzten Kraftstoffs mit Luftsauerstoff oxidiert. Der eingesetzte Sauerstoff wird – theoretisch – vollends aufgebraucht, so dass sich im Abgas nahezu keine Sauerstoff-Moleküle mehr befinden.

Wird der eingesetzten Reinluft Abgas zugemischt, sinkt die Sauerstoffkonzentration des Gemisches. Bleibt die Menge des eingesetzten Kraftstoffs nun unverändert, wird wegen der geringeren Sauerstoffkonzentration nicht jedes Kraftstoffmolekül während der kurzen Zeitspanne des Verbrennungsprozesses einen Reaktionspartner finden können und bleibt demnach zumindest teilweise unverbrannt. Um nun trotzdem eine vollständige Reaktion herbeizuführen, muss eine größere Menge Reinluft eingesetzt werden und dadurch sinkt die Reaktionsgeschwindigkeit und die Verbrennungstemperatur.

Daher sinkt die Stickoxidbildung im beschriebenen Zusammenhang. Wird das rückgeführte Abgas zusätzlich gekühlt, wird dieser Effekt noch verstärkt.

Dieselmotoren

Die Anwendung der AGR beim Dieselmotor 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. Da beides durch die bestehenden Abgasnormen, beispielsweise die zur Zeit in Europa gültige Norm Euro 5, 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. Dies ist nur möglich, wenn die Konstruktion des Rückführventils solch schnelle Reaktionen ermöglicht. Mit einer pneumatischen Ansteuerung, wie sie früher üblich war, oder einer elektromagnetischen Betätigung, ist man möglicherweise nicht schnell genug. Will man trotzdem auf ein solches Konzept bauen, etwa aus Kostengründen, muss man generell die Höhe der Rückführraten begrenzen und versuchen, die Stickoxide mit anderen Maßnahmen zu begrenzen.

Ottomotoren:

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

Im Teillastbetrieb eines konventionellen Ottomotors erzeugt die Drosselklappe einen Unterdruck im Ansaugkanal, wodurch die angesaugte Luftmasse sinkt und die Motorleistung demzufolge reduziert ist. Gleichzeitig nimmt der thermodynamische Wirkungsgrad des Motorprozesses ab und die Ladungswechselarbeit zu. Das ist seit jeher das Prinzip der Leistungsregulierung beim Ottomotor. Durch Zumischung von Abgas wird für eine gegebene Kraftstoffmenge die Drosselung der Reinluft stark verringert, folglich werden die zugehörigen Verluste (Ladungswechselverlust) größtenteils vermieden.

Handelt es sich um einen Ottomotor mit direkter Einspritzung in den Brennraum, erfolgt die Verbrennung im Teillastbetrieb von vorneherein bei Luftüberschuss, d.h. mit weit geöffneter Drosselklappe. Hierdurch sind die Drosselverluste bereits weitgehend minimiert, 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.

Funktionsweise

Bei hohen Verbrennungstemperaturen entstehen im Motor umweltschädliche Stickoxide. Je höher die Verbrennungstemperaturen im Zylinder sind und je länger der Zeitraum oberhalb 2300 K Verbrennungstemperatur, desto höher ist auch der Anteil von Stickoxiden im Abgas. Dieser Zusammenhang wird in den Gleichungen des Zeldovich-Mechanismus beschrieben. Ein entscheidendes Kriterium ist dabei das Verbrennungsluftverhältnis, wie man nebenstehender Grafik entnehmen kann. Unterhalb eines stöchiometrischen Luftverhältnisses ? = 1 (also bei fetten Gemischen) ist der NOx-Anteil sehr gering, weil die Sauerstoffmoleküle für die Oxidation der Kohlenstoff- und Kohlenwasserstoffmoleküle benötigt werden. Bei Luftverhältnissen oberhalb ? = 1 (also bei zunehmend mageren Gemischen) steigen zunächst die Stickoxidemissionen deutlich an, denn zum einen wächst das Angebot an Sauerstoff, zum anderen steigen die Verbrennungstemperaturen an. Je größer das Luftverhältnis ? eingestellt ist, desto größer ist auch das Sauerstoffangebot, allerdings sinkt die Verbrennungstemperatur bei weiter steigendem Luftverhältnis wieder. Das Maximum ist in der Grafik bei ? = 1,1 erreicht. Wird in diesem Beispiel der Motor noch magerer betrieben, fallen die Stickoxidanteile aufgrund der sinkenden Verbrennungstemperatur wieder.

Durch Zuführen eines inerten Gases wird die Entstehung von Stickoxiden gesenkt. Ein solches inertes Gas ist beispielsweise Abgas, von dem ein kleiner Teil zurück in den Brennraum geleitet wird. Die schnelle Oxidation von Kraftstoffmolekülen wird durch das Vorhandensein von Abgasmolekülen behindert. Die Temperaturspitzen und die NOx-Emissionen werden somit abgesenkt. Unterstützt wird dieser Effekt durch die höhere Wärmekapazität der Hauptbestandteile des Abgases Kohlendioxid und Wasser (in gasförmigem Zustand).

Das Abgas wird in den Ansaugraum zurückgeführt, indem ein Teil über ein Rohr der angesaugten Frischluft zugemischt wird. Der Anteil des zurückgeführten Abgases darf aber auch nicht zu hoch werden, da ansonsten die Partikelemission (Ruß) zu stark ansteigt. Die Grenze ist dabei von Last und Drehzahl des Motors abhängig. Die Regelung der Rückführung übernimmt ein außerhalb des Motors angebrachtes Abgasrückführventil (externe Abgasrückführung). In gewissen Grenzen regelbar wird zudem systembedingt bei allen 4-Takt-Otto-Motoren das Abgas während des Ansaugtaktes durch ein offenes Auslassventil wieder angesaugt (interne Abgasrückführung). Bei Dieselmotoren ist dies nicht möglich, da sie keinen Schadraum oberhalb des Kolbens, sondern eine Kolbenmulde aufweisen, so dass trotz der Ventiltaschen eine notwendige Ventilüberschneidung nicht darstellbar ist. Daher verfügen Dieselmotoren ausschließlich über externe AGR.