Gasbetriebene Motoren - MOTOR-TALK.de

Gasbetriebene Motoren
Zünd- und Abgastechnik
NEU:
zweite erweiterte
Auflage

Ein Markt mit Zukunft:
Gasbetriebene Fahrzeuge
Treibstoff Gas: Voll im Trend
Der Trend zum Kraftstoff Gas ist ungebrochen. Immer mehr
Auto fahrer lassen ihr Fahrzeug auf den Betrieb mit Autogas
umrüsten. Allein in Deutschland fanden sich im Januar 2008
bereits mehr als 3.400 Autogas-Tankstellen sowie rund 780
Erdgas-Tankstellen. Tendenz steigend. In ganz Europa fahren
derzeit etwa 7 Millionen Gasautos.
15
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1
2001
2002 2003 2004 2005 2006 2007
Prognose für gasbetriebene Fahrzeuge in Europa (in Millionen)
2012 2015
Eine lohnende Investition
Egal, ob sich der Besitzer für die Variante mit Flüssiggas
(Liquified Petroleum Gas, LPG, auch Autogas genannt)
oder Erdgas (Compressed Natural Gas, CNG) entscheidet:
Der zusätzliche Tank spart Geld und schont die Umwelt.
Smog verursachende Schadstoffe werden reduziert, der
Treibstoff ist billiger als Benzin. Die Umrüstung macht sich
in absehbarer Zeit bezahlt.

NGK: Ein guter Ansprechpartner
Auch der Informationsaustausch ist wichtig. Denn bei
der Umrüstung tauchen immer wieder Fragen auf.
Etwa zur Wahl der „richtigen“ Zündkerze, aber auch zu
den Produkten Lambdasonde und Zündleitungen.
NGK – der weltweit führende Hersteller von Zünd -
kerzen und Lambdasonden – ist hier ein kompetenter
Ansprechpartner. In Japan, wo die Firmenzentrale des
Unternehmens sitzt, ist Gas ein heißes Thema. Die
meisten Taxis fahren dort mit Flüssiggas.
Was Zündkerzen bei der Verbrennung
von Gas leisten müssen
Der zündende Funke.
Grundsätzlich gilt: Das Funktionsprinzip der Brenn -
stoff zündung bleibt unverändert. Auch im bivalent –
mit Benzin oder Gas – betriebenen Fahrzeug ist es
die Aufgabe der Zündkerze, durch einen Funkenüber -
schlag das Kraftstoffgemisch zu entzünden.
Funktionsweise eines gasbetriebenen Motors
Gas Verteiler
Verdampfer
Gas
Einblas -
düse
Benzin
Einspritz -
düse
Außerdem kooperiert das Unternehmen seit vielen
Jahren eng mit dem niederländischen Hersteller
von Umrüstungs-Kits, Prins Autogas Systemen
(www.prins.eu). Beide profitieren vom Know-how
des anderen und geben es an ihre Kunden weiter.
Schließlich führt NGK im Technik Zentrum bei Ratingen
und auf der Straße Tests zum Zündverhalten von
Zündkerzen im Gasbetrieb durch. Die wichtigsten
Erkenntnisse lesen Sie auf den folgenden Seiten.
NGK Tests haben bestätigt: Flüssiggas ist schwieriger
zu entzünden als Benzin und das Temperaturniveau im
Brennraum steigt – und damit die Belastungen, denen
die Zündkerze ausgesetzt ist.
Zündkabel
Zündkerze
Lambda sonde

Das NGK Testfahrzeug:
Tachostand 60.000 Kilometer
Ende 2006 hat NGK einen Passat Variant auf den
Betrieb mit Flüssiggas umgerüstet und auf die Strecke
geschickt. In den ersten 15 Monaten im bivalenten
Betrieb hat das Fahrzeug im normalen Alltagsbetrieb
bereits 60.000 Kilometer zurückgelegt – überwiegend
auf Langstrecken.
In jedem Zylinder findet sich eine unterschiedliche
Zündkerze, die Wärmewerte weichen voneinander ab.
Alle 5.000 Kilometer werden die Zündkerzen im
Technik-Zentrum von NGK ausgebaut und untersucht,
bevor sie einen Zylinder „weiter“ rücken.
Durch dieses rotierende System werden Fertigungs -
toleranzen in den einzelnen Zylindern ausgeschlossen,
so dass jede Zündkerze unter den gleichen Test -
bedingungen arbeitet.
Bislang zeigen weder die eingebauten Platin- noch
die verwendeten Iridium-Zündkerzen nennenswerte
Verrußung oder Verschleißerscheinungen. Ob sich das
im Stadtverkehr bei häufigem Stop-and-Go ändert,
wird ab sofort untersucht.

Gasbetrieb: der Zündspannungsbedarf steigt
Im Testfahrzeug konnte ein Anstieg des Zünd -
spannungs bedarfs nachgewiesen werden. Der Grund
hierfür liegt in der höheren Klopffestigkeit von Flüssig -
gas, es ist schlicht schwerer zu entflammen.
Der Zündspannungsbedarf stieg im NGK Test um bis
zu 7.000 Volt. Ein solcher Anstieg bedeutet gleichzeitig
ein deutlich höheres Ausfallrisiko der Zündspulen.
Aus diesem Grund bewähren sich Iridium-Zündkerzen
von NGK im Gasbetrieb besonders: Denn dank ihrer
im Markt einzigartigen, nur 0,6 mm dünnen Mittel -
elektrode mit Iridium-Spitze kommen sie mit deutlich
weniger Zündspannung aus und entlasten die
Zündspulen.
°C
800
750
700
650
600
550
500
450
Wärmewert
Bei der Verbrennung von Flüssiggas entstehen höhere
Temperaturen. Auch dieser Effekt konnte im Test ge -
zeigt werden. Infolge des höheren Temperatur niveaus
korrodieren herkömmliche Materialien im Gasbetrieb
schneller. Nach und nach vergrößert sich der Elek -
troden abstand, was zu Fehlzündungen führen kann.
Ein solcher Effekt konnte allerdings beim Kilometer -
stand 60.000 an den Edelmetall-Zündkerzen mit Platin
Temperatur an der Mittelelektrode
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Gaspedalstellung (%)
1. Zylinder (°C)
2. Zylinder (°C)
3. Zylinder (°C) 4. Zylinder (°C)
Zündspannungsbedarf (kV)
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Motordrehzahl (1/min.)
Super Benzin:
LPG:
PFR6Q (Elektrodenabstand 0,80 mm)
PFR6Q (Elektrodenabstand 0,85 mm)
PFR6Q (Elektrodenabstand 0,80 mm)
PFR6Q (Elektrodenabstand 0,85 mm)
und Iridium nicht festgestellt werden. Übrigens kann
der Temperaturunterschied in turbogeladenen Motoren
unter Volllast sogar bis zu 100 Grad betragen. So ist es
möglich, dass die ursprünglich empfohlene Zündkerze
im Gasbetrieb die kritische Marke von 850 Grad
überschreitet – es kommt zu Glüh zündungen. Kältere
Zündkerzen (einen Wärme wert höher gewählt)
beugen hier vor.
Temperatur an der Mittelelektrode
°C 800
750
700
650
600
550
500
450
400
3500
4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000
Motordrehzahl (1/min.)
1. Zylinder (°C) 2. Zylinder (°C)
3. Zylinder (°C) 4. Zylinder (°C)

Vorteil Iridium-Zündkerzen
Als der führende Anbieter und Entwickler von Zünd -
kerzen bietet NGK Zündkerzen, die in umgerüsteten
Motoren eine verlässliche Zündung garantieren. Für die
meisten Motoren findet sich eine passende Zündkerze
im Lieferprogramm.
Zu empfehlen ist der Austausch von Standard zünd -
kerzen gegen höherwertige Edelmetall-Zündkerzen,
sofern diese nicht bereits ab Werk zum Einsatz kommen.
Diese Zündkerzen verfügen über Mittelel ek -
troden mit einer Spitze aus den Edelmetallen Iridium
oder Platin. Diese werden in einem speziellen Laser -
schweißverfahren auf die Mittelelektrode aufgebracht.
Die Iridium-Mittelelek trode mit der nur 0,6 mm
starken Iridiumspitze
Spezialzündkerzen von NGK:
Eigens für den Gasbetrieb entwickelt
Beschichtung für den Härteeinsatz
Neben den erfolgreichen Iridium-Typen bietet NGK für
eine Reihe von Anwendungen Spezialzündkerzen für
gasbetriebene Fahrzeuge an. Sie werden mit einer
besonderen Chromlegierung beschichtet, damit sie
den härteren Bedingungen im Gasbetrieb noch länger
Stand halten. Derzeit kann keine andere Zündkerze für
Automobile mit einer vergleichbaren Beschichtung
aufwarten.
Stark im bivalenten Betrieb
● Iridium und Platin sind äußerst widerstandsfähig
gegen Materialerosion.
● Sie bürgen auch im Gasbetrieb für optimale
Zündeigenschaften über eine lange Lebensdauer.
● Die Verwendung der Edelmetalle ermöglicht eine
Mittelelektrode von nur 0,6 mm Durchmesser.
● Der Zündspannungsbedarf wird reduziert, was den
erhöhten Bedarf im Gasbetrieb ausgleicht.
● Die schlanke Form der Mittelelektrode begünstigt
die optimale Ausbreitung der Flammfront nach
allen Seiten.
Gleichmäßige Ausbreitung der Flammfront
Platin und Iridium: Ein optimales Duo
Wie die Iridium- und Platin-Zündkerzen, so verfügen
auch diese Spezialzündkerzen über eine laserge -
schweißte Mittelelektrode mit einem Iridium-Chip und
einem Durchmesser von nur 0,6 mm. Darüber hinaus
ist die Masseelektrode mit einem Platin-Chip versehen,
was die Widerstandsfähigkeit und Lebensdauer weiter
verbessert.

Lambdasonden – Basis für einen sauberen Betrieb
Seit den 80er Jahren kommen in Automobilen mit
Ottomotor geregelte Katalysatoren zum Einsatz, um
Schadstoffe optimal in umweltverträgliche Gase zu
konvertieren. Hierzu benötigt der Motor mindestens
eine Lambdasonde vor dem Katalysator – als Regel -
sonde. Moderne Fahrzeuge verfügen zudem über eine
Diagnosesonde hinter dem Katalysator.
Die Regelsonde unterstützt die Motorsteuerung bei
der stöchiometrischen Gemischbildung. Denn mit
diesem Gemisch (1 kg Luft zu 14,7 kg Kraftstoff)
arbeitet der Motor effizient und der 3-Wege-
Katalysator kann die entstehenden Stickoxide (NOx),
Funktionsweise der Lambdasonde
Kraftstoff
Luft
Gemisch-
Bildner
Motor-
Steuerung
Lambdasonde
Motor
Gas Controller
3-Wege-
Katalysator
Mit zunehmendem Alter können die Zünd leitungen
und deren Kontakte zur Zündkerze korrodieren – ihr
elektrischer Wider stand nimmt zu. Im bivalenten
Betrieb ist die Zünd kerze jedoch auf optimale
Betriebs bedingungen angewiesen. Die Zündspannung
muss ohne Verlust an der Anschlussmutter der
Zündkerze ankommen. Daher
sollten die Zünd leitungen
genau geprüft werden. Sie
dürfen keinen Verschleiß
aufweisen, alle Verbindungen
Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO)
nahezu komplett um wandeln. Die Diagnosesonde
dient der Überwachung des Gesamtsystems.
Bei Fahrzeugen, die zum Gasbetrieb umgerüstet
wurden, ist eine Konvertierung des Lambdasignals
notwendig. Um einen einwandfreien Motorlauf zu
gewährleisten wird das Lambdasignal in einem
speziellen Controller für den Gasbetrieb angeglichen.
Generell sollte daher die Funktion der Lambdasonde
überprüft werden. Eine gealterte oder träge Sonde
kann im Fahrbetrieb Probleme verursachen.
Zündleitungen müssen perfekt funktionieren
Abgas
müssen perfekt sitzen. Einige Hersteller von
Umrüstungsbausätzen empfehlen sogar, die
Zündleitungen grundsätzlich auszuwechseln.
Mit einer Marktabdeckung von rund 95 Prozent bietet
das NGK Sortiment einen optimal abgestimmten
Leitungssatz für annähernd jeden Motor. Von
der Kabellänge bis zu den Anschlüssen stimmt
jedes Detail. Ein reibungsloser Ein- und
Ausbau sowie höchste Qualität im Betrieb
sind so stets gewährleistet.

Die häufigsten Fragen zum Thema:
1Muss
ich bei der Umrüstung eine andere
Zündkerze einbauen?
Insbesondere bei jüngeren Fahr zeugen kommen je
nach Hersteller spezielle Zündkerzen zum Einsatz, die
sich nicht immer ersetzen lassen. Wenn es sich dabei
sowieso um Edelmetall-Zündkerzen handelt, müssen
sie auch nicht zwingend getauscht werden. Um auf
„Nummer Sicher“ zu gehen, empfiehlt sich – sofern
eine geeignete Iridium-Zündkerze von NGK ver fügbar
ist – ein Umstieg. Sind ab Werk Standard-Zündkerzen
installiert, sollten diese gegen Iridium-Zündkerzen von
NGK gewechselt werden. In Motoren mit Turbolader
sollte die ursprüngliche Zündkerze in jedem Fall gegen
eine „kältere“ Zündkerze (Wärmewert um eine Ziffer
höher) ausgetauscht werden, um Überhitzung
vorzubeugen.
2Woher weiß ich, welche Zündkerze
zu dem Motor passt?
Welche Zündkerze im Gasbetrieb zu einem speziellen
Auto passt, lässt sich pauschal nicht beantworten.
Der Rat von NGK ist: Viele Faktoren spielen bei der
Wahl der passenden Zündkerze eine Rolle – Motor,
Fahr zeugnutzung und Fahrweise sind nur drei davon.
3Was gibt es beim Einbau zu beachten?
Anzugsdrehmomente
Sie bauen die Zündkerzen ein und aus, wie sie es vom
Otto-Motor gewohnt sind. Achten Sie auf das richtige
Drehmoment (s. Tabelle). Ein falsches Dreh moment
kann zu Kom pressionsverlust, zum Ablösen der Mittel -
elektrode oder zu Temperaturschäden führen.
Auch Gewindebrüche oder Überhitzungen drohen.
Darüber hinaus hat es sich in Einzel fällen bewährt, den
Elektrodenabstand um bis zu 0,3 mm zu verkürzen.
NGK SPARK PLUG EUROPE GMBH
Harkortstr. 41
40880 Ratingen
Germany
Tel. ++49(0)2102/974-103
Fax ++49(0)2102/974-147
E-Mail: a_goetz@ngkntk.de
www.ngk.de
Umschlüsselungsliste: Welche Standard-Zündkerze lässt sich durch
welche Iridium-Type ersetzen?
Original-Zündkerze LPG-Type
BCP5ES, BCPR5ES, BCPR5ES-11, BCPR5EY,
BCPR5EY-11 BCPR6EIX
BCPR6E-11, BCPR6E, BCPR6ES, BCP6ES, BCP6ET,
BCPR6E-11 BCPR7EIX
BKUR5ET, BKUR6ET, BKUR6ET-10 BKR6EIX-LPG
BUR5ET, BUR6ET PGR6D
BKR5EK, BKR5EZ, BKR5E, BKR5ES, BKR5EY,
BKR5E-11, BKR5ES-11, BKR5EY-11 BKR6EIX-LPG
BKR6E, BKR6ES, BKR6EZ, BKR6EY, BKR6E-11, BKR6EIX-LPG
BKR6ES-11, BKR6EK, BKR6EQUP oder BKR7EIX*
BP5ESZ, BPR5ES, BP5ES, BPR5EY, BP5EY,
BPR5EY-11, BPR5ES-11 BPR6EIX-LPG
BP6ES, BP6E, BPR6ES, BPR6EY, BPR6ES-11,
BPR6EY-11 BPR7EIX
BP6EFS, BP6EF BP7EFVX
* Bei hoher Beanspruchung des Motors
Wenn Sie darüber hinaus Rat bei der Auswahl der
Zündkerzen benötigen, setzen Sie sich bitte mit
unserem Produktmanagement in Verbindung.
Die Durchwahl finden Sie unten auf dieser Seite.
Zündkerze mit Zündkerze mit
flachem Sitz (mit Dichtung) konischem Sitz
14 mm 12 mm 10 mm 14 mm
Gusseisen-Kopf 25–35 Nm 15–20 Nm 10–15 Nm 15–25 Nm
Aluminium-Kopf 25–30 Nm 15–20 Nm 10–12 Nm 10–20 Nm