Onderwerpen:
- Gloeibougie inleiding
- Werking van de gloeibougie
- Computergestuurde gloeibougies
- Defecten van gloeibougies
- Demonteren van gloeibougies
Gloeibougie inleiding:
Gloeibougies worden ook wel gloeistiften genoemd. Beide benamingen zijn juist, maar op deze pagina wordt alleen over de gloeibougie gesproken. Elke dieselmotor heeft gloeibougies. Een indirect ingespoten dieselmotor heeft altijd gloeibougies nodig om een koude start te kunnen maken. Een direct ingespoten dieselmotor kan bij buitentemperaturen boven de 10 °C ook zonder gloeibougies starten, maar stoot dan veel meer schadelijke stoffen uit, waaronder roet. Daarnaast zal een dieselmotor met een niet werkend goeisysteem ook minder makkelijk het roetfilter kunnen regenereren doordat de benodigde temperatuur niet wordt behaald.
Door het grote warmteafvoerende oppervlak van een voor- of wervelkamer bij een indirect ingespoten dieselmotor is het bij een koude start noodzakelijk om de lucht in de verbrandingskamer op te warmen. Dat gebeurt met de gloeibougies.
Werking van de gloeibougie:
Als het contact wordt ingeschakeld, vloeit er onmiddellijk een hoge stroom door de koude gloeibougie. Deze stroom zorgt ervoor dat de gloeibougie binnen enkele seconden al een zeer hoge temperatuur bereikt. De stroom neemt af naarmate de temperatuur van de motor stijgt. De weerstand van de regelspiraal neemt immers toe met de temperatuur. Zo wordt bij een gloeistift met een metalen gloeistift een gelijkmatige temperatuur van ongeveer 1000 graden Celsius aangehouden en bij een keramische gloeistift ca. 1400 °C.
Een gloeibougie heeft een gloeispiraal en een regelspiraal, aangebracht in een gloeibuis. De gloeispiraal laat de gloeibuis aan het uiteinde gloeien. De gloeispiraal en de regelspiraal zijn stevig ingebed in een poeder. Dit poeder is elektrisch isolerend, maar geleidt goed warmte.
Bij moderne auto’s begint het systeem al voor te gloeien wanneer de auto van het slot af wordt gehaald, of wanneer het bestuurdersportier wordt geopend. Op dat moment is het voor het motorregelapparaat een signaal dat de motor ‘binnenkort’ wordt gestart. Door alvast de gloeibougies aan te sturen, is de lucht in de verbrandingskamer en daarmee ook de materialen van de motor al enige tijd opgewarmd voordat de motor wordt gestart.
Al na ongeveer 5 sec. bereikt de gloeibougie zijn bedrijfstemperatuur. De gloeitijd wordt elektronisch gestuurd. Meestal blijven de gloeibougies ook na het aanslaan van de motor nog een tijd ingeschakeld, afhankelijk van de omgevingstemperatuur. Door het nagloeien gaat de motor na de koude start gelijkmatig draaien en zal deze minder roetuitstoot geven.
De gloeibougies worden ook aangestuurd tijdens het regeneratieproces van het roetfilter.
De onderstaande afbeeldingen tonen een direct (links) en indirect (rechts) ingespoten dieselmotor. Bij de direct ingespoten dieselmotor bevindt de gloeistift zich direct naast de verstuiver boven de zuiger. De gloeistift van de indirect ingespoten versie zit in de voorwervelkamer gemonteerd.
Bij sommige motoren wordt een ontstekingsstraal toegepast. Hierbij is een brandstofstraal die uit één van de verstuivergaten komt op de gloeistift gericht. De brandstof komt in aanraking met de hete gloeistift en zal daardoor sneller verdampen. Er ontstaat nog sneller een brandbaar mengsel, zodat bij een koude start de motor beter draait. De afbeelding toont de ontstekingsstraal bij een direct ingespoten dieselmotor.
Computergestuurde gloeibougies:
Bij elektronisch geregelde gloeibougies vervalt het regelspiraal die in de vorige paragraaf is beschreven. De temperatuur wordt dan niet meer door de regelspiraal, maar indirect door de motormanagementcomputer geregeld. Deze ECU bepaalt het gloeitijdstip, de gloeiduur en de aansturing.
Het schema toont de componenten van het gloeisysteem van een VW Golf VI 2.0 tdi motor:
- J179: goeiautomaat (regeleenheid)
- Q10 t/m Q13: gloeibougies cil. 1 t/m 4.
De gloeibougies worden door de voorgloeiautomaat (J179), ook wel de gloeiregeleenheid of het gloeirelais genoemd, van spanning voorzien. Pin 11 en 7 van de gloeiautomaat zijn aangesloten aan de zekeringenkast (plus) en een massapunt op de carrosserie.
De gloeiautomaat is middels de vi/gr en vi/ge draden (op posities T11b pinnen 9 en 10) met de motorregeleenheid verbonden. Deze ECU kan men met verwijzingen 71 en 72 op een ander schema terugvinden.
De signaaloverdracht of communicatie tussen de gloeiautomaat en de motor-ECU kunnen bij andere motortypes via LIN-bus tot stand worden gebracht. De gloeiautomaat communiceert met de motor-ECU wanneer en hoe lang de gloeibougies moeten worden aangestuurd, en geeft een terugkoppeling als er een gloeibougie defect is, zodat de motor-ECU een storing kan opslaan.
De gloeiautomaat stuurt de gloeibougies aan middels een Pulse Width Modulation (PWM)-signaal. De breedte van de puls is bepalend voor de aansturing, en daarmee de temperatuur van de gloeibougies. Hoe breder het “actieve” gedeelte in één periode van het PWM-signaal is, hoe warmer de gloeibougie zal worden. De afbeelding toont het principe van een PWM-signaal:
- boven: duty-cycle van 50%;
- midden: duty-cycle van 25% (een kwart van de periodetijd actief)
- onder: 75% (driekwart van de periodetijd actief). De gemiddelde spanning is hierbij dus het hoogst van de drie getoonde PWM-signalen.
In de eerste fase van het voorgloeiproces worden de gloeibougies met een duty-cycle > 95% aangestuurd, wat neerkomt op een gemiddelde spanning van rond de 13 volt. Daarmee komen de gloeibougies zeer snel op een temperatuur van ca. 1100 °C. De spanning wordt vervolgens in stapjes verlaagd naar gemiddeld 4 volt. De temperatuur daalt naar ongeveer 1000 °C en wordt dan constant gehouden. Het nagloeien stopt:
- nadat de gloeibougies een bepaalde periode zijn aangestuurd;
- als de koelvloeistoftemperatuur hoger is dan ± 60 °C
Gloeibougieaansturing bij motor starten:
Op het moment dat de motor wordt gestart, stuurt de gloeiregelaar de gloeibougies een bepaalde tijd met een constante spanning van 12 volt aan. Dit wordt ook wel de “preglow” genoemd, in het Nederlands vertaald als “voorgloei”. Deze manier van aansturen zorgt ervoor dat de gloeibougie zo snel mogelijk zijn werktemperatuur bereikt. Bij een koelvloeistoftemperatuur lager dan 25° is deze voorgloeitijd nodig. Hoe lager de temperatuur, hoe langer de preglow zal duren.
- bij een koelvloeistoftemperatuur van boven de 25°C vindt er geen preglow plaats;
- bij een temperatuur van 25°C duurt de preglow 0,5 seconden;
- bij een temperatuur lager dan -25°C duurt de preglow tussen de 2,5 en 3 seconden.
De scoopbeelden zijn opgenomen op een gloeisysteem met keramische gloeibougies (BMW 320d, N47, 2011). Deze komen sneller op temperatuur dan metalen gloeibougies. De preglow kan dan langer duren. Na enige tijd is de werktemperatuur van de gloeibougie bereikt en wordt hij pulserend aangestuurd om hem op temperatuur te houden. In dit scoopbeeld is te zien de ingeschakelde tijd (12 volt) na verloop van tijd steeds korter wordt.
Nagloeien nadat de motor is aangeslagen:
Een aantal seconden nadat de motor is aangeslagen, blijft de gloeiregeleenheid de gloeibougies pulserend aansturen. Hiermee worden de gloeibougies op temperatuur gehouden om na te gloeien. Dit helpt om de dieselklop, alsmede de schadelijke uitstoot, te minimaliseren. Het nagloeien houdt stand tot dat de koelvloeistof een temperatuur van minimaal 60° Celsius heeft bereikt (de daadwerkelijke uitschakeltemperatuur kan per merk of uitvoering verschillen). De duty cycle blijft in de nagloeifase gelijk.
Gloeiaansturing van meerdere gloeibougies:
De gloeiregeleenheid stuurt de gloeibougies één voor één aan. Bij bredere pulsen overlappen de pulsen elkaar deels. De reden om de gloeibougies afzonderlijk van elkaar aan te sturen zijn als volgt:
- als alle gloeibougies van de motor tegelijk een puls krijgen, gaat daardoor ook gelijk een stroom lopen. Er is in dat geval sprake van even heel veel stroom (bij een puls de stromen door vier gloeibougies bij elkaar opgeteld), en als de spanning 0 volt is zou er geen stroom meer lopen. Deze aan-uitschakeling van veel stroom en geen stroom zou een onnodige hoge belasting op het boordnet geven;
- door de pulsen af te wisselen tussen de cilinders, blijft de stroomsterkte door de gloeiregelaar constant gehouden, maar wordt door de pulsen verdeeld over de gloeibougies.
In het onderstaande scoopbeeld zien we de aanstuurpulsen van twee gloeibougies. In dit geval van cilinder 1 en 2. De vier gloeibougies kunnen allemaal apart worden aangestuurd, of groepsgewijs (bijv. van cilinders 1 en 4 tegelijk, en van 2 en 3 tegelijk).
Defecten gloeibougies:
Wanneer er gloeibougies defect zijn kan men dat merken aan toerentalschommelingen of een dieselklop, nadat de motor bij een koude start is aangeslagen. Er volgt een sterke roetontwikkeling (niet merkbaar wanneer er een roetfilter gemonteerd zit). Ook kan een gevolg van één of meerdere defecte gloeibougies ervoor zorgen dat het roetfilter niet meer kan worden geregenereerd. De benodigde temperatuur wordt niet behaald en verzadigd door een te grote hoeveelheid roetdeeltjes. Defecte gloeibougies worden in moderne systemen door het motormanagement herkend. De gloeiregeleenheid voert altijd een weerstandsmeting uit (via een spanningsval over een shunt) en communiceert de toestand van de gloeibougies (vaak via LIN-bus) met het motorregelapparaat. Vaak zal er pas bij lage buitenluchttemperaturen een storingsmelding op het dashboard worden weergegeven. Bij temperaturen boven de 5°C á 10°C wordt er wél een storing opgeslagen die je met een OBD-systeem kunt uitlezen, maar wordt de bestuurder er níet door een melding op het dashboard op geattendeerd.
Bij het vermoeden dat een gloeibougie defect is, kan met behulp van een multimeter een weerstandsmeting worden uitevoerd. De meting kan worden verricht terwijl de gloeibougie in het motorblok zit, maar ook op een gedemonteerde gloeibougie. Gelet op het afbreukrisico bij het demonteren van gloeibougies, is het verstandiger om in eerste instantie de gloeibougies in gemonteerde toestand te meten.
- demonteer de stekker van de gloeibougie en leg deze aan de kant;
- plaats de rode meetpen op de kop van de gloeibougie waar de stekker op hoort te zijn aangesloten;
- plaats de zwarte meetpen (bij voorkeur) op de behuizing van de gloeibougie, elders op het motorblok, of op een geschikt massapunt;
- zet de multimeter op de stand “ohm” om de weerstand te meten.
De weerstandswaarde geeft niet aan hóe goed een gloeibougie is. Men meet immers de weerstand door de spoel. Het metalen of keramische uiteinde kan vervuild zijn, of door ouderdom minder snel en minder goed gloeien. Wel kan met de weerstandmeting worden bepaald of de gloeibougie in staat is om te gloeien zodra er stroom door de spoel loopt:
- een weerstand tussen de 0,2 en 6 Ω is goed;
- een weerstand <0,2 Ω is te laag. Zeer waarschijnlijk maken de spoel (plus) en de behuizing (massa) inwendig contact met elkaar;
- geen weerstand (OL of 1.) betekent dat er inwendig een onderbreking is in de gloeibougie. Er kan geen stroom door de gloeibougie vloeien;
- een zeer hoge weerstand (bijv. 6 kΩ) wijst eveneens op een defect. Hierdoor zal de stroomsterkte gering zijn en de gloeibougie nauwelijks opwarmen.
Als blijkt dat één of meer gloeibougies een foutieve weerstandswaarde hebben, maar alle vier de gloeibougies dezelfde leeftijd hebben, is het advies vanuit de fabrikant om alle gloeibougies tegelijk te vervangen. Ook al valt een weerstandsmeting goed uit, door ouderdom kunnen de gloei-eigenschappen toch minder zijn. Met vier nieuwe gloeibougies is men ervan verzekerd dat er geen onderlinge verschillen zijn in gloei-eigenschappen en daarmee in gloeitemperaturen.
Gloeibougies die door een gloeiautomaat met een puls worden aangestuurd, zijn te herkennen doordat op de behuizing een voltage staat: 5,3 resp. 7 volt. Dit is de werkspanning die nodig is om hem op temperatuur te houden. Daar waar gloeibougies van oude motoren met een 12 volt accu konden worden getest, kunnen de nieuwere type gloeibougies oververhit en defect raken door ze te lang met 12 volt te voeden.
Demonteren van gloeibougies:
Bij demontage van de gloeibougie moet men er goed op letten dat deze met weinig kracht mag worden losgedraaid. Bij een te grote krachtinspanning kan het schroefdraad of de cilinderkop beschadigd raken, of kan de gloeibougie afbreken. Om dit te voorkomen is het aan te raden om de motor eerst op bedrijfstemperatuur te brengen. Door de materialen van de gloeibougie en de cilinderkop op te warmen, worden de aangekoekte roetdeeltjes zacht. De gloeibougie zal nu makkelijker gedemonteerd kunnen worden dan met een koude motor.
Wanneer de gloeibougie afbreekt, moet in veel gevallen een gat in de gloeibougie worden geboord en vervolgens het schroefdraad en de achtergebleven kop uit het gat of uit de cilinder worden verwijderd, eventueel met behulp van een magneet. Er bestaat kans dat tijdens het boren het schroefdraad beschadigd raakt als men niet nauwkeurig boort. Er bestaat hulpgereedschap om voorzichtig onder de goede hoek te boren (zie de onderstaande afbeelding). In de meest vervelende situatie moet men de cilinderkop demonteren om de gloeibougies te verwijderen. Laat het vervangen van een gloeibougie dus aan een specialist over.
De meest voorkomende oorzaak van het breken van een gloeibougie is dat men hem in het verleden te vast heeft gezet. Gloeibougies hebben een aanhaalmoment tussen de 10 en 25 Nm, afhankelijk van het schroefdraad. Raadpleeg altijd de werkplaatshandleiding of de specificaties van de desbetreffende gloeibougie voor het juiste aanhaalmoment.
Gerelateerde pagina’s:
