GLOEIBOUGIES ZORGEN VOOR OPTIMALE DIESELONTBRANDING

TAKEN VAN DE GLOEIBOUGIE BREIDEN UIT

Goed functionerende en betrouwbare gloeibougies zijn een onmisbare hulp bij het starten van een dieselmotor. Vandaag verschuift de rol van de gloeibougie echter in toenemende mate van hulpmiddel bij een koude start naar een integraal onderdeel van een complex systeem van uitlaatgasbehandeling. Om uitlaatgasemissies in de verbrandingskamer te verminderen en te kunnen voldoen aan de steeds strengere wettelijk voorgeschreven emissievoorwaarden, wordt er steeds vaker voorzien in een uitbreiding van de taken van een gloeibougie.

GLOEIBOUGIES

Anders dan bij benzinemotoren heeft diesel geen vonk van de bougie nodig om te ontvlammen. De belangrijkste functie van een gloeibougie in een dieselmotor is dan ook het verzekeren van een vlotte koude start. De buitenlucht die aangezogen wordt, is bij een temperatuur van minder van 10 °C immers te koud om de motor op gang te brengen. De gloeibougie zorgt in die gevallen voor de juiste temperatuur, zodat de dieselolie wel zou ontvlammen.

EVOLUTIE

De evolutie van de gloeibougies loopt gelijk met de technologische ontwikkelingen van het ontstekingssysteem. Deze lopen op hun beurt dan weer parallel met de Euronormen. Sinds de eerste norm (midden 1992) werken fabrikanten hard aan de levensduur van gloeibougies, zodat die de emissie binnen de norm kunnen houden.

SOORTEN

Bij de soorten bougies wordt een onderscheid gemaakt tussen metalen en keramische gloeibougies. Bij een metalen gloeibougie is het de verwarmingsspiraal, die zich in de gloeistaaf bevindt, die de noodzakelijke hitte produceert. Keramische gloeibougies beschikken over een verwarmingselement dat omgeven is door speciale keramiek, waardoor er geen metalen gloeistift nodig is en hogere temperaturen geduld kunnen worden.

ZELFREGULERENDE STAAFGLOEIBOUGIES

De zelfregulerende staafgloeibougie is een van de meest gebruikte types van gloeibougies. Deze gloeibougie bestaat uit een combinatie van een gloei- en een regelspiraal in één enkel, gezamenlijk weerstandselement. De gloeispiraal is vervaardigd van een materiaal dat bestand is tegen hoge temperaturen, terwijl de elektrische weerstand grotendeels temperatuuronafhankelijk is. Om de spiraal tegen stoten en trillingen te beschermen en de hitte optimaal te geleiden, is het in een elektrisch geleidend, maar buitengewoon warmtegeleidend keramisch poeder omsloten. Bovendien is het dankzij de verschillende materialen, lengtes en doorsneden, en de verschillende draaddiktes van de gloei- en regelspiraal mogelijk om de opwarmtijden en gloeitemperaturen van de bougie te wijzigen in functie van de vereisten van het betreffende motortype.

Werking

De gloeistift van de bougie komt tot in de verbrandingsruimte en wordt verhit, zodra er stroom door vloeit. Tijdens het voorgloeien stroomt er zo stroom via de aansluitbout en de regelspiraal naar de gloeispiraal. De gloeispiraal warmt hierbij snel op en na twee tot vijf seconden gloeit het gloei-element tot nabij de behuizing van de bougie, waardoor de temperatuur van de regelspiraal stijgt. Vervolgens stijgt de elektrische weerstand, waardoor de stroom terugloopt tot een sterkte waarbij het gloei-element niet beschadigd kan raken. Deze gloeibougie verzekert een milieuvriendelijke en snelle start van de dieselmotor in twee tot vijf seconden, een betrouwbare start bij temperaturen tot -30 °C en een gelijkmatige start die de motor niet te veel belast. De uitstoot van roetdeeltjes in de opwarmfase is bovendien 40% lager bij toepassing van nagloeiende gloeibougies.

Nagloeiende staafgloeibougies

Moderne personenauto's met een dieselmotor verlaten de productie meestal met GN-gloeibougies. Deze bougie gloeit voor, tijdens en na het starten van de motor. Doordat de bougie ook na de start blijft gloeien, wordt de motor ontzien en is er minder uitstoot van schadelijke stoffen. De ideale verbrandingstemperatuur van diesel is 850 °C. Wanneer de temperatuur lager ligt, zal de wagen vaak ook starten, maar te veel schadelijke stoffen uitstoten.

Voordelen

• Snelstart: met de GN-gloeibougie kan de gloeitijd beperkt worden tot twee à vijf seconden. Het gloei-element begint sneller te gloeien doordat de diameter aan de voorzijde van het gloei-element verkleind is.
• Minder wit-blauwe rook: witte en blauwe rook zijn het resultaat van een onvolledige verbranding van de brandstof als gevolg van een te lage ontstekingstemperatuur. Dankzij het nagloeien verbrandt de brandstof tijdens de opwarmfase volledig.
• Voorkomt nagelen: door een grotere vertraging van de ontsteking als de motor koud is, kan de dieselmotor nagelen. Voorgloeien en nagloeien zorgt er echter voor dat de motor sneller de bedrijfstemperatuur bereikt en de brandstof gelijkmatiger en vollediger ontbrandt. Zo komt er meer energie vrij en stijgt de temperatuur van de verbrandingskamer sneller.
  
  

ELEKTRONISCHE GLOEIBOUGIES

Deze gloeibougies vervullen een bijkomende functie als sensor. Ze meten de temperatuur, het onverbrande stofgehalte en de druk in de cilinder, en zorgen zo voor een optimale dieselverbranding door eventuele wijzigingen aan het inspuitmoment en de inspuithoeveelheid aan te brengen. De elektronische gloeibougie is als het ware een driefasengloeibougie met een voorgloeitijd van minder dan twee seconden, door een gecontroleerde kortsluiting van de gloeibougie. Men spreekt hier ook van de sleutelstart van de dieselmotor. De bougies worden niet gelijktijdig door een relais aangestuurd, maar door een elektronische stuurunit die in verbinding staat met de besturingselektronica van de motor. Deze unit stuurt elke gloeibougie afzonderlijk aan en bepaalt wanneer, hoe sterk en hoelang elke bougie gloeit. De recentste bougies geven een terugmelding van hoe goed de verbranding verloopt, zodat de verbrandingscondities per cilinder bijgestuurd kunnen worden. De bougie blijft gedurende de hele rit actief, tot de motor wordt uitgeschakeld.

Instant start system

Het instant start system of ISS bestaat uit een elektronische gloeibougieregeleenheid en prestatiegeoptimaliseerde gloeibougies met een korte opwarmtijd van maximaal twee seconden. In de regeleenheid worden halfgeleiders gebruikt als schakeleenheden, die de gloeibougies regelen. Deze vervangen de in het verleden gebruikte elektromechanische relais.

Werking

Als de motor loopt, wordt de gloeibougie gekoeld door de verandering in de vulling en de luchtbeweging tijdens de compressieslag. De elektronische regeleenheid kan een te hoge of te lage temperatuur compenseren, waardoor de gloeibougies altijd worden voorzien van de optimale effectieve spanning voor de bedrijfsomstandigheden op dat moment. De combinatie van de laagspanningsgloeibougie en de elektronische regeleenheid wordt gebruikt om de gloeibougie extreem snel op te warmen. Hiervoor wordt de volledige boordspanning gedurende een vooraf ingestelde periode naar een gloeibougie gestuurd. Het rendement van dit systeem zorgt ervoor dat er niet veel meer vermogen aan de voeding van het voertuig wordt ontrokken dan de gloeibougie nodig heeft. De verhittingstijd tot 1.000 °C wordt met ISS beperkt tot maximaal twee seconden.

INTELLIGENTE GLOEIBOUGIES MET DRUKSENSOR

Met enkel conventionele technieken is het haast onmogelijk om aan de huidige emissienormen te voldoen. Om een drastische reductie van partikels en stikoxide te bekomen, is een optimalisering van de verbranding nodig. De intelligente druksensorgloeibougie of Pressure Sensor Glow Plug (PSG) is hiervoor speciaal ontwikkeld. Deze bougie meet met een geïntegreerde sensor de druk in de verbrandingsruimte en meldt deze verder aan de besturingselektronica van de motor, zodat de perfecte hoeveelheid diesel wordt ingespoten.

Werking

Deze intelligente gloeibougie met druksensor bestaat uit een robuust, bewegend gloei-element en een sensor die voor elke cilinder de precieze en continue druksignalen in de verbrandingskamer meet. De gegevens worden vervolgens in de analyse-elektronica verwerkt en nadien naar de electronic control unit (ECU) gestuurd. De brandstofinjectie wordt op deze manier continu en in real time aangepast aan de werkelijke verbranding. Bij PSG-gloeibougies wordt het gloei-element niet in de behuizing van de gloeibougie geperst, maar wordt het als mobiel onderdeel elastisch ondersteund. Het element brengt de druk over naar een diafragma aan de achterzijde van de gloeibougie. De echte druksensor bevindt zich hierdoor ver uit de buurt van de verbrandingskamer. De thermische belasting van de afdichting blijft dus beheersbaar doordat het gloei-element enkel gloeit aan het uiteinde.

KERAMISCHE GLOEIBOUGIES

Bij keramische gloeibougies bestaat de gloeistift niet uit een metaallegering, maar uit een keramisch materiaal dat hogere temperaturen tot 1.350 °C duldt. Deze gloeibougies winnen steeds meer aan populariteit, want door het gebruik van roetfilters kan de temperatuur in een dieselmotor gemakkelijk oplopen tot 1.000 °C. De gloeicapaciteit van dit soort bougies wordt geconcentreerd aan het uiteinde van het keramische element, waardoor er minder energie nodig is om de benodigde temperatuur voor het starten van de motor te bekomen. Hierdoor wordt er ook minder brandstof verbruikt in vergelijking met conventionele bougies.

DIAGNOSE,ONDERHOUD EN VERVANGING

Diagnose

Meestal wordt er pas aandacht besteed aan de gloeibougie, zodra de wagen niet meer start. Nochtans raden fabrikanten aan om preventief over te gaan tot een diagnose en een vervanging. Een defecte gloeibougie wordt tegenwoordig vaak gemeld als een storing in de emissiecontrole. Dit komt doordat gloeibougies steeds vaker DPF-regeneratie ondersteunen en door middel van tussengloeien helpen om een EGR-verstopping te voorkomen. Het uitlezen van de gegenereerde foutcodes is vaak de eenvoudigste manier om te bepalen of de bougies functioneren.

Problemen kunnen worden gedetecteerd met:

• Een tangampèremeter test de stroomopname aan de toevoerleiding naar de gloeibougies. Stel dat zes gloeibougies elk 5 A verbruiken, dan moet de totale stroomopname minstens 30 A bedragen. Als de tangampèremeter minder ampères opmeet, dan is er minstens één gloeibougie defect. Belangrijk hierbij is om rekening te houden met hoeveel ampères het type bougie vereist, en om na te gaan of het om een keramische of een stalen gloeibougie gaat.
• Het diagnoseapparaat van fabrikanten wordt rechtstreeks aangesloten op de gloeibougie en herkent automatisch de spanningswaarde. Wanneer de gloeibougie goed functioneert, licht de testlamp groen op. Bij defecten toont het apparaat een rood licht. Tijdens het testen blijft de bougie in de motor zitten.
  
  

Onderhoud en vervanging

Als er een defect wordt vastgesteld, is het raadzaam om alle bougies te vervangen. Zo wordt vermeden dat er enige tijd later een andere bougie defect raakt. Om grote problemen te vermijden bij de demontage van de gloeibougie, moet de motor warm zijn. De bougies worden daarna losgeschroefd en de schroefdraad in de cilinderkop wordt ontdaan van alle vuil. Als het niet meteen lukt om de bougie meteen te verwijderen, moet men gebruikmaken van een draaimomentsleutel die een kracht van 40 Nm niet mag overschrijven, om te vermijden dat de gloeibougie afbreekt. Vervolgens kan de nieuwe gloeibougie gemonteerd worden. De bougie wordt zo ver mogelijk handmatig ingeschroefd en vervolgens maakt men gebruik van een draaimomentsleutel om het juiste aanhaalmoment te hanteren. Dat is afhankelijk van de diameter van de bougieschroefdraad of de vooropgestelde waarden van de fabrikant (verpakking). Het is belangrijk om hierbij uiterst voorzichtig te werk te gaan, om problemen en defecten te vermijden.

Met dank aan Federal-Mogul Motorparts (BERU)