Gasbetriebene Motoren - Zünd- und Abgastechnik
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Gasbetriebene Motoren
Zünd- und Abgastechnik
Ein Markt mit Zukunft:
Gasbetriebene Fahrzeuge
Treibstoff Gas: Voll im Trend
Der Trend zum Kraftstoff Gas ist ungebrochen. Immer mehr
Autofahrer 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.
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Prognose für gasbetriebene Fahrzeuge in Europa (in Millionen)
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 Außerdem kooperiert das Unternehmen seit vielen
der Umrüstung tauchen immer wieder Fragen auf. Jahren eng mit dem niederländischen Hersteller
Etwa zur Wahl der „richtigen“ Zündkerze, aber auch zu von Umrüstungs-Kits, Prins Autogas Systemen
den Produkten Lambdasonde und Zündleitungen. (www.prins.eu). Beide profitieren vom Know-how
des anderen und geben es an ihre Kunden weiter.
NGK – der weltweit führende Hersteller von Zünd- Schließlich führt NGK im Technik Zentrum bei Ratingen
kerzen und Lambdasonden – ist hier ein kompetenter und auf der Straße Tests zum Zündverhalten von
Ansprechpartner. In Japan, wo die Firmenzentrale des Zündkerzen im Gasbetrieb durch. Die wichtigsten
Unternehmens sitzt, ist Gas ein heißes Thema. Die Erkenntnisse lesen Sie auf den folgenden Seiten.
meisten Taxis fahren dort mit Flüssiggas.
Was Zündkerzen bei der Verbrennung
von Gas leisten müssen
Der zündende Funke. NGK Tests haben bestätigt: Flüssiggas ist schwieriger
Grundsätzlich gilt: Das Funktionsprinzip der Brenn- zu entzünden als Benzin und das Temperaturniveau im
stoffzündung bleibt unverändert. Auch im bivalent – Brennraum steigt – und damit die Belastungen, denen
mit Benzin oder Gas – betriebenen Fahrzeug ist es die Zündkerze ausgesetzt ist.
die Aufgabe der Zündkerze, durch einen Funkenüber-
schlag das Kraftstoffgemisch zu entzünden.
Funktionsweise eines gasbetriebenen Motors
Gas Verteiler
Zündkabel
Gas
Einblas-
düse
Zündkerze
Benzin
Einspritz-
düse
Verdampfer
Lambdasonde
Das NGK Testfahrzeug:
Tachostand 60.000 Kilometer
Ende 2006 hat NGK einen Passat Variant auf den Durch dieses rotierende System werden Fertigungs-
Betrieb mit Flüssiggas umgerüstet und auf die Strecke toleranzen in den einzelnen Zylindern ausgeschlossen,
geschickt. In den ersten 15 Monaten im bivalenten so dass jede Zündkerze unter den gleichen Test-
Betrieb hat das Fahrzeug im normalen Alltagsbetrieb bedingungen arbeitet.
bereits 60.000 Kilometer zurückgelegt – überwiegend
auf Langstrecken. Bislang zeigen weder die eingebauten Platin- noch
die verwendeten Iridium-Zündkerzen nennenswerte
In jedem Zylinder findet sich eine unterschiedliche Verrußung oder Verschleißerscheinungen. Ob sich das
Zündkerze, die Wärmewerte weichen voneinander ab. im Stadtverkehr bei häufigem Stop-and-Go ändert,
Alle 5.000 Kilometer werden die Zündkerzen im wird ab sofort untersucht.
Technik-Zentrum von NGK ausgebaut und untersucht,
bevor sie einen Zylinder „weiter“ rücken.
Gasbetrieb: der Zündspannungsbedarf steigt
Im Testfahrzeug konnte ein Anstieg des Zünd-
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spannungsbedarfs nachgewiesen werden. Der Grund
hierfür liegt in der höheren Klopffestigkeit von Flüssig- 30
Zündspannungsbedarf (kV)
gas, es ist schlicht schwerer zu entflammen. 25
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Der Zündspannungsbedarf stieg im NGK Test um bis 15
zu 7.000 Volt. Ein solcher Anstieg bedeutet gleichzeitig
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ein deutlich höheres Ausfallrisiko der Zündspulen.
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Aus diesem Grund bewähren sich Iridium-Zündkerzen
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von NGK im Gasbetrieb besonders: Denn dank ihrer 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000
im Markt einzigartigen, nur 0,6 mm dünnen Mittel- Motordrehzahl (1/min.)
elektrode mit Iridium-Spitze kommen sie mit deutlich Super Benzin: PFR6Q (Elektrodenabstand 0,80 mm)
weniger Zündspannung aus und entlasten die PFR6Q (Elektrodenabstand 0,85 mm)
Zündspulen. LPG: PFR6Q (Elektrodenabstand 0,80 mm)
PFR6Q (Elektrodenabstand 0,85 mm)
Wärmewert
Bei der Verbrennung von Flüssiggas entstehen höhere und Iridium nicht festgestellt werden. Übrigens kann
Temperaturen. Auch dieser Effekt konnte im Test ge- der Temperaturunterschied in turbogeladenen Motoren
zeigt werden. Infolge des höheren Temperaturniveaus unter Volllast sogar bis zu 100 Grad betragen. So ist es
korrodieren herkömmliche Materialien im Gasbetrieb möglich, dass die ursprünglich empfohlene Zündkerze
schneller. Nach und nach vergrößert sich der Elek- im Gasbetrieb die kritische Marke von 850 Grad
trodenabstand, was zu Fehlzündungen führen kann. überschreitet – es kommt zu Glühzündungen. Kältere
Ein solcher Effekt konnte allerdings beim Kilometer- Zündkerzen (einen Wärmewert höher gewählt)
stand 60.000 an den Edelmetall-Zündkerzen mit Platin beugen hier vor.
Temperatur an der Mittelelektrode Temperatur an der Mittelelektrode
°C 800 °C 800
750 750
700 700
650 650
600 600
550 550
500 500
450 450
400 400
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000
Gaspedalstellung (%) Motordrehzahl (1/min.)
1. Zylinder (°C) 2. Zylinder (°C) 1. Zylinder (°C) 2. Zylinder (°C)
3. Zylinder (°C) 4. Zylinder (°C) 3. Zylinder (°C) 4. Zylinder (°C)
Vorteil Iridium-Zündkerzen
Als der führende Anbieter und Entwickler von Zünd- Stark im bivalenten Betrieb
kerzen bietet NGK Zündkerzen, die in umgerüsteten ● Iridium und Platin sind äußerst widerstandsfähig
Motoren eine verlässliche Zündung garantieren. Für die gegen Materialerosion.
meisten Motoren findet sich eine passende Zündkerze ● Sie bürgen auch im Gasbetrieb für optimale
im Lieferprogramm. Zündeigenschaften über eine lange Lebensdauer.
● Die Verwendung der Edelmetalle ermöglicht eine
Zu empfehlen ist der Austausch von Standardzünd- Mittelelektrode von nur 0,6 mm Durchmesser.
kerzen gegen höherwertige Edelmetall-Zündkerzen, ● Der Zündspannungsbedarf wird reduziert, was den
sofern diese nicht bereits ab Werk zum Einsatz kom- erhöhten Bedarf im Gasbetrieb ausgleicht.
men. Diese Zündkerzen verfügen über Mittelelek- ● Die schlanke Form der Mittelelektrode begünstigt
troden mit einer Spitze aus den Edelmetallen Iridium die optimale Ausbreitung der Flammfront nach
oder Platin. Diese werden in einem speziellen Laser- allen Seiten.
schweißverfahren auf die Mittelelektrode aufgebracht.
Die Iridium-Mittelelektrode mit der nur 0,6 mm Gleichmäßige Ausbreitung der Flammfront
starken Iridiumspitze
Spezialzündkerzen von NGK:
Eigens für den Gasbetrieb entwickelt
Beschichtung für den Härteeinsatz Platin und Iridium: Ein optimales Duo
Neben den erfolgreichen Iridium-Typen bietet NGK für Wie die Iridium- und Platin-Zündkerzen, so verfügen
eine Reihe von Anwendungen Spezialzündkerzen für auch diese Spezialzündkerzen über eine laserge-
gasbetriebene Fahrzeuge an. Sie werden mit einer schweißte Mittelelektrode mit einem Iridium-Chip und
besonderen Chromlegierung beschichtet, damit sie einem Durchmesser von nur 0,6 mm. Darüber hinaus
den härteren Bedingungen im Gasbetrieb noch länger ist die Masseelektrode mit einem Platin-Chip versehen,
Stand halten. Derzeit kann keine andere Zündkerze für was die Widerstandsfähigkeit und Lebensdauer weiter
Automobile mit einer vergleichbaren Beschichtung verbessert.
aufwarten.
Lambdasonden – Basis für einen sauberen Betrieb
Seit den 80er Jahren kommen in Automobilen mit Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO)
Ottomotor geregelte Katalysatoren zum Einsatz, um nahezu komplett umwandeln. Die Diagnosesonde
Schadstoffe optimal in umweltverträgliche Gase zu dient der Überwachung des Gesamtsystems.
konvertieren. Hierzu benötigt der Motor mindestens
eine Lambdasonde vor dem Katalysator – als Regel- Bei Fahrzeugen, die zum Gasbetrieb umgerüstet
sonde. Moderne Fahrzeuge verfügen zudem über eine wurden, ist eine Konvertierung des Lambdasignals
Diagnosesonde hinter dem Katalysator. notwendig. Um einen einwandfreien Motorlauf zu
Die Regelsonde unterstützt die Motorsteuerung bei gewährleisten wird das Lambdasignal in einem
der stöchiometrischen Gemischbildung. Denn mit speziellen Controller für den Gasbetrieb angeglichen.
diesem Gemisch (1 kg Luft zu 14,7 kg Kraftstoff) Generell sollte daher die Funktion der Lambdasonde
arbeitet der Motor effizient und der 3-Wege- überprüft werden. Eine gealterte oder träge Sonde
Katalysator kann die entstehenden Stickoxide (NOx), kann im Fahrbetrieb Probleme verursachen.
Funktionsweise der Lambdasonde
Motor- Gas Controller
Steuerung
Lambdasonde
Kraftstoff Gemisch- 3-Wege-
Motor Abgas
Luft Bildner Katalysator
Zündleitungen müssen perfekt funktionieren
Mit zunehmendem Alter können die Zündleitungen müssen perfekt sitzen. Einige Hersteller von
und deren Kontakte zur Zündkerze korrodieren – ihr Umrüstungsbausätzen empfehlen sogar, die
elektrischer Widerstand nimmt zu. Im bivalenten Zündleitungen grundsätzlich auszuwechseln.
Betrieb ist die Zündkerze jedoch auf optimale
Betriebsbedingungen angewiesen. Die Zündspannung Mit einer Marktabdeckung von rund 95 Prozent bietet
muss ohne Verlust an der Anschlussmutter der das NGK Sortiment einen optimal abgestimmten
Zündkerze ankommen. Daher Leitungssatz für annähernd jeden Motor. Von
sollten die Zündleitungen der Kabellänge bis zu den Anschlüssen stimmt
genau geprüft werden. Sie jedes Detail. Ein reibungsloser Ein- und
dürfen keinen Verschleiß Ausbau sowie höchste Qualität im Betrieb
aufweisen, alle Verbindungen sind so stets gewährleistet.
Die häufigsten Fragen zum Thema:
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Muss ich bei der Umrüstung eine andere
Zündkerze einbauen?
Umschlüsselungsliste: Welche Standard-Zündkerze lässt sich durch
welche Iridium-Type ersetzen?
Insbesondere bei jüngeren Fahrzeugen kommen je Original-Zündkerze LPG-Type
nach Hersteller spezielle Zündkerzen zum Einsatz, die BCP5ES, BCPR5ES, BCPR5ES-11, BCPR5EY,
sich nicht immer ersetzen lassen. Wenn es sich dabei BCPR5EY-11 BCPR6EIX
sowieso um Edelmetall-Zündkerzen handelt, müssen BCPR6E-11, BCPR6E, BCPR6ES, BCP6ES, BCP6ET,
sie auch nicht zwingend getauscht werden. Um auf BCPR6E-11 BCPR7EIX
„Nummer Sicher“ zu gehen, empfiehlt sich – sofern BKUR5ET, BKUR6ET, BKUR6ET-10 BKR6EIX-LPG
eine geeignete Iridium-Zündkerze von NGK verfügbar BUR5ET, BUR6ET PGR6D
ist – ein Umstieg. Sind ab Werk Standard-Zündkerzen BKR5EK, BKR5EZ, BKR5E, BKR5ES, BKR5EY,
installiert, sollten diese gegen Iridium-Zündkerzen von BKR5E-11, BKR5ES-11, BKR5EY-11 BKR6EIX-LPG
NGK gewechselt werden. In Motoren mit Turbolader BKR6E, BKR6ES, BKR6EZ, BKR6EY, BKR6E-11, BKR6EIX-LPG
sollte die ursprüngliche Zündkerze in jedem Fall gegen BKR6ES-11, BKR6EK, BKR6EQUP oder BKR7EIX*
eine „kältere“ Zündkerze (Wärmewert um eine Ziffer BP5ESZ, BPR5ES, BP5ES, BPR5EY, BP5EY,
höher) ausgetauscht werden, um Überhitzung BPR5EY-11, BPR5ES-11 BPR6EIX-LPG
vorzubeugen. BP6ES, BP6E, BPR6ES, BPR6EY, BPR6ES-11,
BPR6EY-11 BPR7EIX
2
Woher weiß ich, welche Zündkerze
zu dem Motor passt?
BP6EFS, BP6EF
* Bei hoher Beanspruchung des Motors
BP7EFVX
Welche Zündkerze im Gasbetrieb zu einem speziellen Wenn Sie darüber hinaus Rat bei der Auswahl der
Auto passt, lässt sich pauschal nicht beantworten. Zündkerzen benötigen, setzen Sie sich bitte mit
Der Rat von NGK ist: Viele Faktoren spielen bei der unserem Produktmanagement in Verbindung.
Wahl der passenden Zündkerze eine Rolle – Motor, Die Durchwahl finden Sie unten auf dieser Seite.
Fahrzeugnutzung und Fahrweise sind nur drei davon.
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Was gibt es beim Einbau zu beachten?
Sie bauen die Zündkerzen ein und aus, wie sie es vom
Anzugsdrehmomente
Zündkerze mit Zündkerze mit
Otto-Motor gewohnt sind. Achten Sie auf das richtige flachem Sitz (mit Dichtung) konischem Sitz
Drehmoment (s. Tabelle). Ein falsches Drehmoment 14 mm 12 mm 10 mm 14 mm
kann zu Kompressionsverlust, zum Ablösen der Mittel- Gusseisen-Kopf 25–35 Nm 15–20 Nm 10–15 Nm 15–25 Nm
elektrode oder zu Temperaturschäden führen. Aluminium-Kopf 25–30 Nm 15–20 Nm 10–12 Nm 10–20 Nm
Auch Gewindebrüche oder Überhitzungen drohen.
Darüber hinaus hat es sich in Einzelfällen 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
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