Themen:
- Einführung in die Glühkerze
- Betrieb der Glühkerze
- Computergesteuerte Glühkerzen
- Defekte Glühkerzen
- Glühkerzen demontieren
Einführung in die Glühkerze:
Glühkerzen werden auch Glühkerzen genannt. Beide Namen sind korrekt, aber auf dieser Seite geht es nur um die Glühkerze. Jede Dieselmotor hat Glühkerzen. Ein indirekt eingespritzter Dieselmotor benötigt für den Kaltstart immer Glühkerzen. Ein Dieselmotor mit Direkteinspritzung kann bei Außentemperaturen über 10 °C auch ohne Glühkerzen starten, stößt dann aber deutlich mehr Schadstoffe aus, darunter auch Ruß. Darüber hinaus wird ein Dieselmotor mit einem nicht funktionierenden guten System auch weniger einfach zu bedienen sein Rußfilter kann sich regenerieren, da die erforderliche Temperatur nicht erreicht wird.
Aufgrund der großen wärmeableitenden Oberfläche einer Vor- oder Wirbelkammer bei einem Dieselmotor mit indirekter Einspritzung ist es beim Kaltstart erforderlich, die Luft im Brennraum zu erwärmen. Das passiert bei den Glühkerzen.
Funktionsweise der Glühkerze:
Beim Einschalten der Zündung fließt sofort ein hoher Strom durch die kalte Glühkerze. Dieser Strom sorgt dafür, dass die Glühkerze innerhalb weniger Sekunden eine sehr hohe Temperatur erreicht. Der Strom nimmt mit zunehmender Temperatur des Motors ab. Der Widerstand der Steuerspule steigt mit der Temperatur. Beispielsweise hält ein Leuchtstab mit einem Leuchtstab aus Metall eine gleichmäßige Temperatur von ca. 1000 Grad Celsius aufrecht und mit einem Leuchtstab aus Keramik ca. 1400 °C.
Eine Glühkerze besteht aus einer Glühwendel und einer Steuerspule, die in einem Glührohr montiert sind. Die Glühwendel bringt das Glührohr am Ende zum Glühen. Die Glühwendel und die Steuerwendel sind fest in ein Pulver eingebettet. Dieses Pulver ist elektrisch isolierend, leitet aber Wärme gut.
Bei modernen Autos beginnt das System zu leuchten, wenn das Auto entriegelt oder die Fahrertür geöffnet wird. In diesem Moment ist es ein Signal an das Motorsteuergerät, dass der Motor „bald“ gestartet wird. Durch die vorherige Aktivierung der Glühkerzen wird die Luft im Brennraum und damit die Motormaterialien bereits einige Zeit vor dem Motorstart erwärmt.
Nach ca. 5 Sek. Die Glühkerze erreicht ihre Betriebstemperatur. Die Leuchtdauer wird elektronisch gesteuert. Abhängig von der Umgebungstemperatur bleiben die Glühkerzen in der Regel auch nach dem Starten des Motors noch eine Weile eingeschaltet. Nachglühen sorgt dafür, dass der Motor nach dem Kaltstart gleichmäßiger läuft und weniger Ruß ausstößt.
Während des Regenerationsvorgangs werden auch die Glühkerzen gesteuert Rußfilter.
Die folgenden Bilder zeigen einen Dieselmotor mit direkter (links) und indirekter (rechts) Einspritzung. Beim Dieselmotor mit Direkteinspritzung befindet sich die Glühkerze direkt neben dem Injektor über dem Kolben. Die Glühkerze der indirekt eingespritzten Variante ist in der vorderen Wirbelkammer montiert.
Einige Motoren verwenden eine Zünddüse. Ein aus einer der Einspritzöffnungen kommender Kraftstoffstrahl wird auf die Glühkerze gerichtet. Der Kraftstoff kommt mit der heißen Glühkerze in Berührung und verdampft dadurch schneller. Es entsteht noch schneller ein brennbares Gemisch, sodass der Motor beim Kaltstart besser läuft. Das Bild zeigt den Zündradius eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung.
Computergesteuerte Glühkerzen:
Bei elektronisch gesteuerten Glühkerzen entfällt die im vorherigen Absatz beschriebene Steuerspule. Die Temperaturregelung erfolgt dann nicht mehr über die Steuerspule, sondern indirekt über den Motorsteuerrechner. Dieses Steuergerät bestimmt die Glühzeit, die Glühdauer und die Ansteuerung.
Das Diagramm zeigt die Komponenten der Glühanlage eines VW Golf VI 2.0 TDI-Motors:
- J179: gute Maschine (Steuergerät)
- Q10 bis Q13: Glühkerzen Zyl. 1 bis 4.
Die Glühkerzen werden vom Vorglühgerät (J179), auch Glühsteuergerät oder Glührelais genannt, mit Spannung versorgt. Die Pins 11 und 7 der Glühkerze sind mit dem Sicherungskasten (Plus) und einem Massepunkt an der Karosserie verbunden.
Das Glühventil ist über die Leitungen vi/gr und vi/ge (an den Positionen T11b, Pins 9 und 10) mit dem Motorsteuergerät verbunden. Dieses Steuergerät ist auf einem anderen Diagramm mit den Referenzen 71 und 72 zu finden.
Die Signalübertragung bzw. Kommunikation zwischen dem Glühventil und dem Motorsteuergerät kann über andere Motortypen erfolgen LIN-Bus erreicht werden. Die Glühkerze kommuniziert mit dem Motorsteuergerät, wann und wie lange die Glühkerzen aktiviert werden sollen und gibt Rückmeldung, wenn eine Glühkerze defekt ist, sodass das Motorsteuergerät einen Fehler speichern kann.
Die Glühkerze steuert die Glühkerzen über einen Pulsweitenmodulationssignal (PWM).. Die Breite des Impulses bestimmt die Ansteuerung und damit die Temperatur der Glühkerzen. Je breiter der „aktive“ Teil des PWM-Signals in einer Periode ist, desto wärmer wird die Glühkerze. Die Abbildung zeigt das Prinzip eines PWM-Signals:
- oben: Einschaltdauer von 50 %;
- Mitte: Einschaltdauer von 25 % (ein Viertel der Periode aktiv)
- unten: 75 % (aktiv für drei Viertel des Zeitraums). Die durchschnittliche Spannung ist daher das höchste der drei dargestellten PWM-Signale.
In der ersten Phase des Vorglühvorgangs werden die Glühkerzen mit einer Einschaltdauer > 95 % angesteuert, was einer durchschnittlichen Spannung von etwa 13 Volt entspricht. Dadurch erreichen die Glühkerzen sehr schnell eine Temperatur von ca. 1100 °C. Anschließend wird die Spannung schrittweise auf durchschnittlich 4 Volt reduziert. Die Temperatur sinkt auf etwa 1000 °C und wird dann konstant gehalten. Das Nachleuchten hört auf:
- nachdem die Glühkerzen für eine bestimmte Zeit aktiviert wurden;
- wenn die Kühlmitteltemperatur höher als ± 60 °C ist
Glühkerzenkontrolle beim Starten des Motors:
Beim Starten des Motors steuert der Glühzeitregler die Glühkerzen für einen bestimmten Zeitraum mit einer konstanten Spannung von 12 Volt an. Dies wird auch „Preglow“ genannt, was ins Niederländische als „Vorglühen“ übersetzt wird. Durch diese Regelung wird sichergestellt, dass die Glühkerze schnellstmöglich ihre Betriebstemperatur erreicht. Diese Vorwärmzeit ist bei einer Kühlmitteltemperatur unter 25 °C erforderlich. Je niedriger die Temperatur, desto länger dauert das Vorglühen.
- bei einer Kühlmitteltemperatur über 25°C findet kein Vorglühen statt;
- bei einer Temperatur von 25°C dauert das Vorglühen 0,5 Sekunden;
- Bei einer Temperatur unter -25 °C dauert das Vorglühen zwischen 2,5 und 3 Sekunden.
Die Scope-Bilder wurden an einer Glühanlage mit Keramikglühkerzen (BMW 320d, N47, 2011) aufgenommen. Diese erreichen schneller Temperatur als Metallglühkerzen. Das Vorglühen kann dann länger dauern. Nach einiger Zeit ist die Arbeitstemperatur der Glühkerze erreicht und diese wird pulsierend angesteuert, um die Temperatur aufrechtzuerhalten. Dieses Scope-Bild zeigt, dass die Einschaltzeit (12 Volt) mit der Zeit kürzer wird.
Nachglühen nach Motorstart:
Einige Sekunden nach dem Starten des Motors pulsiert das Glühsteuergerät weiterhin die Glühkerzen. Dadurch bleiben die Glühkerzen auf der richtigen Temperatur zum Nachglühen. Dies trägt dazu bei, Dieselklopfen und schädliche Emissionen zu minimieren. Das Nachglühen dauert so lange, bis das Kühlmittel eine Temperatur von mindestens 60° Celsius erreicht hat (die tatsächliche Abschalttemperatur kann je nach Marke oder Version unterschiedlich sein). Das Tastverhältnis bleibt in der Nachglühphase gleich.
Glühsteuerung mehrerer Glühkerzen:
Das Glühsteuergerät steuert die Glühkerzen einzeln an. Bei breiteren Pulsen überlappen sich die Pulse teilweise. Die Gründe für die getrennte Ansteuerung der Glühkerzen sind folgende:
- Erhalten alle Glühkerzen im Motor gleichzeitig einen Impuls, fließt gleichzeitig ein Strom. Dann ist der Strom gleich groß (bei einem Impuls addieren sich die Ströme durch vier Glühkerzen) und bei einer Spannung von 0 Volt würde kein Strom mehr fließen. Dieses Ein-Aus-Schalten von viel Strom und keinem Strom würde das Bordnetz unnötig stark belasten;
- Durch den Wechsel der Impulse zwischen den Zylindern wird der Strom durch den Glühregler konstant gehalten, durch die Impulse jedoch auf die Glühkerzen verteilt.
Im Scope-Bild unten sehen wir die Steuerimpulse zweier Glühkerzen. In diesem Fall Zylinder 1 und 2. Die vier Glühkerzen können alle einzeln oder in Gruppen (z. B. Zylinder 1 und 4 gleichzeitig und Zylinder 2 und 3 gleichzeitig) angesteuert werden.
Defekte Glühkerzen:
Sind Glühkerzen defekt, macht sich dies durch Drehzahlschwankungen oder ein Dieselklopfen nach dem Motorstart beim Kaltstart bemerkbar. Es kommt zu einer starken Rußentwicklung (bei eingebautem Partikelfilter nicht spürbar). Eine oder mehrere defekte Glühkerzen können auch dazu führen, dass der Partikelfilter nicht mehr regeneriert werden kann. Die erforderliche Temperatur wird aufgrund einer zu hohen Menge an Rußpartikeln nicht erreicht und ist gesättigt. Defekte Glühkerzen werden in modernen Systemen vom Motormanagement erkannt. Das Glühsteuergerät führt stets eine Widerstandsmessung durch (über einen Spannungsabfall an einem Shunt) und kommuniziert den Zustand der Glühkerzen (häufig über LIN-Bus) mit dem Motorsteuergerät. Häufig wird eine Fehlermeldung nur dann auf dem Armaturenbrett angezeigt, wenn die Außenlufttemperaturen niedrig sind. Bei Temperaturen über 5°C bis 10°C wird ein Fehler gespeichert, den Sie mit a beheben können OBD-System kann gelesen werden, der Fahrer wird jedoch nicht durch eine Meldung im Armaturenbrett darauf aufmerksam gemacht.
Wenn Sie den Verdacht haben, dass eine Glühkerze defekt ist, können Sie eine verwenden Multimeter Es wird eine Widerstandsmessung durchgeführt. Die Messung kann mit der Glühkerze im Motorblock, aber auch an einer ausgebauten Glühkerze durchgeführt werden. Angesichts der Beschädigungsgefahr beim Ausbau von Glühkerzen ist es sinnvoll, die Glühkerzen zunächst im eingebauten Zustand zu vermessen.
- Entfernen Sie den Glühkerzenstecker und legen Sie ihn beiseite.
- Setzen Sie den roten Messstift auf den Kopf der Glühkerze, an die die Kerze angeschlossen werden soll.
- Platzieren Sie die schwarze Prüfspitze (vorzugsweise) am Glühkerzengehäuse, an einer anderen Stelle am Motorblock oder an einem geeigneten Massepunkt.
- Stellen Sie das Multimeter auf die Einstellung „Ohm“, um den Widerstand zu messen.
Der Widerstandswert sagt nicht aus, wie gut eine Glühkerze ist. Schließlich wird der Widerstand durch die Spule gemessen. Das Metall- oder Keramikende kann aufgrund des Alters verschmutzt sein oder weniger schnell und weniger gut glühen. Mithilfe der Widerstandsmessung lässt sich jedoch feststellen, ob die Glühkerze glühfähig ist, sobald Strom durch die Spule fließt:
- ein Widerstand zwischen 0,2 und 6 Ω ist gut;
- ein Widerstand <0,2 Ω ist zu niedrig. Höchstwahrscheinlich stehen die Spule (Plus) und das Gehäuse (Masse) in internem Kontakt miteinander;
- Kein Widerstand (OL oder 1.) bedeutet, dass eine interne Unterbrechung in der Glühkerze vorliegt. Durch die Glühkerze kann kein Strom fließen;
- Ein sehr hoher Widerstand (z. B. 6 kΩ) weist ebenfalls auf einen Defekt hin. Dadurch ist der Strom gering und die Glühkerze erwärmt sich kaum.
Wenn sich herausstellt, dass eine oder mehrere Glühkerzen einen falschen Widerstandswert haben, aber alle vier Glühkerzen gleich alt sind, empfiehlt der Hersteller, alle Glühkerzen gleichzeitig auszutauschen. Auch wenn eine Widerstandsmessung gut ausfällt, kann es altersbedingt zu einer Verschlechterung der Leuchteigenschaften kommen. Mit vier neuen Glühkerzen wird sichergestellt, dass es keine Unterschiede in den Glüheigenschaften und damit auch in den Glühtemperaturen gibt.
Glühkerzen, die mit einem Impuls von einer Glühkerze angesteuert werden, erkennt man an der Spannung am Gehäuse: 5,3 bzw. 7 Volt. Dies ist die Betriebsspannung, die erforderlich ist, um die richtige Temperatur zu halten. Während Glühkerzen aus alten Motoren mit einer 12-Volt-Batterie getestet werden konnten, kann es bei neueren Glühkerzentypen zu Überhitzung und Ausfall kommen, wenn sie zu lange mit 12 Volt versorgt werden.
Glühkerzen demontieren:
Achten Sie beim Ausbau der Glühkerze darauf, dass diese sich mit geringem Kraftaufwand lösen lässt. Wenn Sie zu viel Kraft aufwenden, kann es zu einer Beschädigung des Gewindes oder des Zylinderkopfes oder zum Bruch der Glühkerze kommen. Um dies zu verhindern, empfiehlt es sich, den Motor zunächst auf Betriebstemperatur zu bringen. Durch die Erwärmung der Materialien von Glühkerze und Zylinderkopf erweichen die verkrusteten Rußpartikel. Die Glühkerze lässt sich nun leichter ausbauen als bei kaltem Motor.
Wenn die Glühkerze abbricht, muss in vielen Fällen ein Loch in die Glühkerze gebohrt werden und anschließend das Gewinde und der verbleibende Kopf aus dem Loch oder aus dem Zylinder entfernt werden, eventuell mit einem Magneten. Es besteht die Gefahr, dass das Gewinde beim Bohren beschädigt wird, wenn Sie nicht genau bohren. Es gibt Hilfswerkzeuge, mit denen Sie sorgfältig im richtigen Winkel bohren können (siehe Abbildung unten). Im schlimmsten Fall muss man den Zylinderkopf zerlegen, um die Glühkerzen zu entfernen. Überlassen Sie den Austausch einer Glühkerze daher einem Fachmann.
Die häufigste Ursache für den Bruch einer Glühkerze ist, dass sie in der Vergangenheit zu fest angezogen wurde. Glühkerzen haben je nach Gewinde ein Anzugsdrehmoment zwischen 10 und 25 Nm. Das richtige Anzugsdrehmoment entnehmen Sie bitte immer dem Werkstatthandbuch oder den Spezifikationen der jeweiligen Glühkerze.
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