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Abgasrückführung: Funktion und Problemfelder (Fachartikel)

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Abgasrückführung: Funktion und Problemfelder
ulf Beitrag23-06-2011, 16:58  


Über die Abgasrückführung (AGR) wird im Teillastbetrieb ein Teil der angesaugten Frischluft durch Abgase ersetzt und so der Sauerstoffüberschuß in den Zylindern verringert.
Das führt über die Absenkung lokaler Verbrennungstemperaturspitzen zu weniger Stickoxiden (NOx) im Abgas, erhöht aber gleichzeitig die Anteile von Ruß und unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Daher ist die AGR eigentlich nur eine Art Schadstoff-Verschiebungs-Vorrichtung, die dazu dient, alle Grenzwerte der jeweiligen Abgasnorm einzuhalten.

Die AGR besteht hauptsächlich aus:
- Einem Verbindungsrohr zwischen Abgas- und Ansaugkrümmer.
- a) Einem Ventil im Ansaugkrümmer, das den Abgaseintritt regelt und von einer Unterdruck-Membrandose betätigt wird. Ein elektrisches Regelventil mit Eingängen für Unter- und Außendruck, mischt je nach Ansteuerung vom Motorsteuergerät (MSG) an seinem Ausgang den Steuerdruck für die Membrandose zusammen. Schlauchverbindungen zwischen Membrandose, Regelventil. Unterdruckpumpe und Außendruck (Luftfilterkasten). ODER
- b) Bei neueren Motoren, einem Modul mit elektrisch angesteuerten AGR-Ventil mit Positionsrückmeldung.
- Bei manchen Motoren: einer stufenlos einstellbaren Drosselklappe (die auch die Funktion der Abstellklappe übernimmt), die je nach Winkelstellung einen zusätzlichen Unterdruck erzeugt und so die Strömung der Abgase in Richtung Saugrohr unterstützt.
- Bei neueren Motoren: einem AGR-Kühler, welcher durch Kühlung der rückgeführten Abgase eine höhere Rückführrate erlaubt.

Der AGR-Regelkreis bedient sich der LMM-Spannung als Rückmeldesignal: Bei geöffneter AGR wird ein Teil der normalerweise angesaugten Frischluft durch Abgase ersetzt, wodurch der LMM-Wert entsprechend absinkt. Das AGR-Ventil (und je nach Motor gleichzeitig die Drosselklappe) wird so angesteuert, dass je nach Betriebszustand des Motors (Ladedruck, Drehzahl und Einspritzmenge) der Luftmassen-Sollwert laut AGR-Kennfeld erreicht wird.

Bei defektem LMM wird meist ein zu geringer Luftmassenstrom gemeldet. Für den AGR-Regelkreis sieht das so aus, als wenn die AGR schon etwas geöffnet wäre. Im Ergebnis wird die AGR-Rate daher um den Betrag reduziert, den der LMM zuwenig meldet.


Die Abgase strömen aufgrund ihres höheren Drucks von selbst in den Ansaugtrakt, sobald das AGR-Ventil öffnet. Die evtl. Drosselklappe unterstützt die Strömung und ermöglicht eine präzisere Regelung der AGR-Funktion. Überwachung und Korrektur der tatsächlichen AGR-Menge erfolgen anhand des entsprechend verringerten Luftmassenmesser-Signals (LMM).
Faustregel: die AGR ist im unteren Lastbereich aktiv und im oberen inaktiv.

Klemmt das AGR-Ventil offen bei hoher Last, dann kann das zu dramatischem Leistungsverlust führen, wenn nur Bruchteile der für die gewollte Beschleunigung nötigen Luftmasse in die Zylinder kommen. Teilweise zeigt sich dann auch extreme Rußbildung.
Das MSG aber merkt bei älteren unterdruckgesteuerten AGR von alledem kaum etwas, weil kein Sensor für die Stellung des AGR-Ventils vorhanden ist und seine Informationen über Luftmasse, Ladedruck, Drehzahl und Einspritzmenge einem normalen Betrieb des Motors entsprechen.
So gut wie alle neueren Fahrzeuge besitzen ein elektrisch angesteuertes AGR-Modul mit Positionsrückmeldung. Leider sind auch diese eine häufige Fehlerquelle, da intern oft unzureichend dimensionierte Plastikgetriebe genutzt werden, welche langfristig an abgenutzten Plastikzähnen leiden.

Ist das AGR-Ventil nur teilweise verklemmt, so kann es unter Teillast öffnen, während es bei hoher Last mal mehr, mal weniger, oder auch mal ganz schließt. Das Ergebnis kann ein mit jedem Gasgeben unterschiedliches Leistungs- und Rußverhalten des Motors sein. Andere Teile der AGR können vergleichbare Fehlfunktionen verursachen.

Eine ungefähre Überprüfung der AGR-Funktion ist mit VCDS möglich. Dazu im Grundeinstellungsmodus den AGR-Meßwerteblock anwählen: Die AGR wird im Takt von einigen sec geöffnet und geschlossen und der aktuelle Zustand in einem der 4 Felder angezeigt.
Bei inaktiver AGR sollte im Motorleerlauf beim 1,9 l Motor ein Luftmassenwert von ca. 450 mg/Hub angezeigt werden, bei aktiver AGR ungefähr die Hälfte.
Erheblich andere Werte deuten auf Fehlfunktionen im Bereich AGR / LMM hin. Wird der höhere Wert für die inaktive AGR nicht erreicht, so schließt das Membranventil nicht richtig und / oder der LMM liefert zu geringe Werte; stark streuende Werte für aktive bzw. inaktive AGR deuten auf ein klemmendes Membranventil hin.


Problematisch kann die im Laufe der Zeit in den Ansaugtrakt zurückgeleitete Rußmenge aus den Abgasen werden. Diese vermischt sich mit den normalen Öldämpfen aus der Kurbelgehäuseentlüftung zu einer schmierigen schwarzen Masse, die sich im Ansaugkrümmer und auf den Einlaßventilen absetzt, den Ansaugquerschnitt erheblich verengen und dadurch die Motorleistung verringern kann.
Wenn dies zwischen den Zylindern ungleichmäßig geschieht, kann zudem "relativer Luftmangel" einzelner Zylinder entstehen, die dann verstärkt Ruß produzieren, was das Anwachsen von Ablagerungen im Ansaugtrakt noch weiter beschleunigen kann.
Im Anhang sind ein paar der schlimmeren Fälle zu sehen.

Das Gesamtsystem ist softwaretechnisch so ausgelegt, daß aufgrund der Einspritzmengenanforderung per Gaspedal...
a) der Ladedruck laut Kennfeld eingeregelt wird,
b) das Luftmassensoll laut AGR-Kennfeld per AGR eingeregelt wird.
Im Ladedruck-Kennfeld stehen im Teillastbereich scheinbar überhöhte Druckwerte, die Luftreserven für plötzliches Gasgeben schaffen und so das Ansprechverhalten des Motors verbessern.
Daher passiert es im Teillastbereich regelmäßig, daß per Ladedruck die potentiell verfügbare Frischluftmasse erhöht und dann durch Öffnen der AGR wieder auf den Sollwert reduziert wird.

Daraus folgt (für bestimmte Drehzahl- und Lastbereiche): je höher der Ladedruck, umso weiter wird die AGR geöffnet.
Wenn also manche Wagen wegen Toleranzen der Laderregelung (Einstellung der VTG-Stange usw., u.U. auch wegen klemmender VTG!) im Teillastbereich mit etwas überhöhtem Druck fahren, wird eine höhere AGR-Rate eingeregelt als bei Wagen mit korrektem oder zuwenig Ladedruck, und die Ablagerungen im Ansaugtrakt werden entsprechend stärker und schneller anwachsen.
Prinzipiell das Gleiche ist zu erwarten, wenn beim Chiptuning das Ladedrucksoll auch im Teillastbereich angehoben wird (und das AGR-Kennfeld im Hinblick auf die Abgasklasse unverändert bleibt).
Dies ist offenbar eine weit verbreitete Taktik, um mehr Ladedruck "auf Vorrat" zu haben, der beim Gasgeben aus der Teillast heraus ein spontaneres und bissigeres Ansprechen des Motors bringt.

Vorbeugend oder zur Schadensbegrenzung kann die AGR bei älteren Motoren stillgelegt werden. Obwohl dann das LMM-Signal nicht mehr auf die Vorgaben des AGR-Kennfeldes "eingeregelt" werden kann, erfolgt bei älteren Motoren kein Fehlereintrag. Bei Motoren mit DPF ist eine Stilllegung nicht sinnvoll, da es sonst schwierig werden kann den Motor rasch genug zu erwärmen und/oder zur DPF-Regeneration geeignete Abgastemperaturen zu erreichen! Eine komplette Stilllegung ist in den wenigsten Fällen sinnvoll!

Das Volllastverhalten bleibt mit deaktivierter AGR unverändert, weil dort die AGR ohnehin geschlossen ist.
Immer wieder zu lesende "Geheimtips", Durchzug und Leistung (bei Vollgas) würden ohne AGR steigen, sind daher 100% Blödsinn - es sei denn, im Einzelfall bliebe eine klemmende AGR trotz Vollgas geöffnet und wird erst durch die Stilllegung geschlossen.
Was als minimaler Boah-ey-Effekt bemerkt werden kann: der im Teillastbereich höhere LMM-Wert erlaubt beim Gasgeben sofort höhere Einspritzmengen (weil man nicht auf das Schließen der AGR warten muß), d.h. der Motor reagiert etwas deutlicher beim Gasgeben aus niedriger Last - aber schon einen Sekundenbruchteil später liefert der Motor mit AGR genau die gleiche Kraft wie ohne AGR. Weitere Tuning-Erfolge durch das Stilllegen einer einer intakten AGR sind technisch nicht möglich!

Im Teillastbereich kann aufgrund der höheren Brennraumtemperaturen der Verbrauch etwas sinken. Die punktuell höheren Temperaturen im Brennraum sind aber ungefährlich, weil sie insgesamt immer noch unter dem Volllastniveau liegen. D.h. es besteht keine Gefahr für den Lader durch überhöhte Abgastemperaturen usw.


Durch die veränderten Abgaswerte infolge einer AGR-Stilllegung erlischt allerdings die Betriebserlaubnis des Fahrzeuges. Ein derart veränderter Wagen darf rechtlich gesehen nicht mehr auf öffentlichen Straßen bewegt werden !

Bei den meisten "Abgas-OBD-fähigen" Fahrzeugen (Suchbegriffe im Kfz-Schein: EU4, OBD2 oder EOBD) wird das Stilllegen der AGR zusätzlich als abgasrelevanter Fehler erkannt und gespeichert, und die Fehlerlampe (MIL = Malfunction Indicator Lamp) leuchtet auf.
Solange der Fehler nicht gelöscht ist, und die anschließenden automatischen Selbsttest-Routinen des MSG noch kein "Rundum OK-Ergebnis" ins MSG geschrieben haben, besteht das Fahrzeug auch keine (reguläre) AU!

Die "weichere" Lösung per Adaption des Luftmassen-Sollwertes auf höhere Werte führt bei älteren Fahrzeugen zu keinen Fehlereinträgen:
Ins MSG einloggen (Code 12233) und den Kanal mit Luftmasse Soll und Ist (3) zur Adaption aufrufen.
Den gespeicherten Wert
1. als Werkseinstellung merken / aufschreiben (bei 16-Bit-MSG meist 32768)
2. so verändern, daß der Luftmassen-Sollwert steigt, im gleichen Umfang sinkt die rückgeführte Abgasmasse. Der Wert für minimale AGR-Raten bei 16-Bit-MSG ist meist 33686.
Allerdings wird die AGR-Rate durch diese Methode nur verringert, aber nicht auf Null gebracht wie bei einer völligen Stilllegung.

Falls die AGR-Rate bei maximal angehobenem Luftmassen-Sollwert gering genug wird, hinterläßt auch das anschließende völlige Stilllegen keine Fehlereinträge mehr im MSG - solange keine Regelfehler oberhalb der Fehler-Erkennungsschwelle auftreten.
Eine Sicherheit dafür gibt es jedoch nicht: je nach Fahrprofil und Umgebungsbedingungen kann die Fehlerlampe auch erst nach Tausenden km aufleuchten!
In solchen Fällen kann man es noch zusätzlich mit dem Längerdrehen der VTG-Stange versuchen: das senkt den Ladedruck auch im AGR-relevanten Lastbereich etwas ab, reduziert den Luftmassen-Istwert und damit die Höhe des Regelfehlers.
Nachteil: Der Ladedruck wird beim Gasgeben langsamer hochgeregelt, d.h. das Ansprechverhalten des Motors wird träger. Je nachdem wie weit die VTG-Stange verlängert wird, kommt der Motor nicht mehr aus der Trübung, was einen Leistungsverlust bedeutet.



Zur (illegalen!) AGR-Stilllegung gibt es mehrere Möglichkeiten, diese sollten nur kurzzeitig ausschliesslich zur Fehlersuche ob wirklich die AGR das Problem darstellt genutzt werden:

-> Verbauen des Abgasweges, z.B. durch ein dünnes Blech zwischen Abgaszuführungsrohr und Ansaugkrümmer.

-> Unterbrechen des Unterdruckweges zur Membrandose. Beim Abziehen des Schlauches von der Dose sollte seine Öffnung verschlossen werden, damit keine Fremdkörper ins Unterdrucksystem gesaugt werden und das Unterdruckniveau nicht absinkt. Erfordert ein zuverlässig schließendes Membranventil! Klemmt es in geöffneter Stellung, so ist die AGR auch ohne Unterdruck dauer-aktiv!

-> Das Abziehen des Kabelsteckers vom AGR-Magnetventil wirkt ebenfalls, verursacht allerdings infolge der elektrischen Überwachung des Ventils einen ständigen Fehlereintrag im MSG .

Das mechanische Stilllegen der AGR führt bei Motoren mit AGR-Drosselklappe dazu, daß diese bei zu hohem Luftmassenwert immer weiter geschlossen wird, bis das Luftmassensoll alleine durch Luft-Abdrehen erreicht wird. Der übliche Anteil der Abgase fehlt dann bei der Verdichtung, so daß Aussetzer auftreten können, oder der Motor im Extremfall ganz ausgeht.



Das Wachstumstempo der Öl-Rußpampe bei aktiver AGR hängt von mehreren Faktoren ab:
1. Adaptionswert der AGR
2. Zustand der rußmengen-beeinflussenden Hardware (Düsenspritzbild, LMM, Kompression . . .)
3. Fahrstil: im AGR-Kennfeld steht das geringste Luftmassensoll bei kleinen Einspritzmengen und führt zu den höchsten AGR-Raten.
Oberhalb ca. 2500 rpm ist das Luftmassensoll bei den meisten Motoren unabhängig von der Einspritzmenge so hoch, daß die AGR ebenfalls größtenteils geschlossen wird.

Wer die AGR durch seinen Fahrstil möglichst oft und lange geschlossen halten will, sollte
icon_arrow.gif oft mit möglichst hohen Motorlasten fahren, also im höchstmöglichen Gang
icon_arrow.gif oder den Motor möglichst oft über ca. 2500 rpm halten (das kostet aber unnötig viel Diesel)
icon_arrow.gif Fahrprofile mit langer minimaler Motorlast durch unnötig hohe Drehzahlen unter ca. 2500 rpm vermeiden (falsch: z.B. in der Ebene im 3. Gang mit gleichmäßig 50 km/h rollen, richtig: den 4. oder sogar 5. Gang einlegen)
icon_arrow.gif leicht mit der Geschwindigkeit pendeln, soweit die Verkehrslage es zuläßt: kurz mit ca. Halbgas beschleunigen (dabei schließt die AGR), dann ganz ohne Gas rollen lassen (bei der Schubabschaltung fällt kein Ruß an), anschließend wieder beschleunigen usw.



AGR-Check-VCDS.jpg
 Beschreibung:
Prüfung Sollwert-/Istwert der Abgasrückführung mit VCDS. Diagnosesystem: http://www.vcds-plus.com
Bei Gasstößen muß der Istwert dem Sollwert folgen können.
 Dateigröße:  64,68 KB
 Angeschaut:  219294 mal

AGR-Check-VCDS.jpg


AGR-Modul.jpg
 Beschreibung:
Neueres AGR-Modul (Bild ca. Bj. 2011) mit elektrischer Ansteuerung und Positionsrückmeldung.
 Dateigröße:  142,35 KB
 Angeschaut:  29752 mal

AGR-Modul.jpg


AGR dicht.jpg
 Beschreibung:
Was die AGR so alles anrichten kann . . .
Das heißt nicht, daß es bei jedem Motor so schlimm kommt!
 Dateigröße:  70,35 KB
 Angeschaut:  484917 mal

AGR dicht.jpg

Gruß Ulf
_________

Polo 6R CDLJ / PNU
Skoda Rapid Spaceback CAXA / QHF


Zuletzt bearbeitet am 07-02-2016, 12:05, insgesamt 4-mal bearbeitet.
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