Gloeistift / gloeibougie

Onderwerpen:

  • Gloeibougie
  • Defecten en vervangen van een gloeibougie

Gloeibougie:
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.

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. 

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 buizing 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 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.

Elektronisch geregelde gloeistiften:
Bij elektronisch geregelde gloeistiften 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) van spanning voorzien. Pin 11 en 7 van de gloeiautomaat zijn aangesloten aan de zekeringenkast (plus) en een massapunt op de carrosserie.

De voorgloeiautomaat 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 motorregeleenheid stuurt via de communicatiedraden o.a. een Pulse Width Modulation (PWM)-signaal naar de gloeiautomaat. De breedte van de puls is bepalend voor de aansturing, en daarmee de temperatuurregeling 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 max. drie seconden zijn aangestuurd;
  • als de koelvloeistoftemperatuur hoger is dan ± 20 °C

Defecten en vervanging van de gloeibougie:
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). Dit fenomeen is niet schadelijk voor de motor. Defecte gloeibougies worden vaak door het motormanagementsysteem herkent. Er wordt in dat geval een storing in het geheugen opgeslagen. Ook kan een defecte gloeibougie met een multimeter opgespoord worden. Door de stekker van de gloeibougie af te halen en met de multimeter de weerstand van de gloeibougie te meten, kan direct worden afgelezen of er een defect aanwezig is. De pluspen van de multimeter dient op de bovenzijde van de bougie (waar de stekker overheen geklikt zit) en de minpen op een juist massapunt van het motorblok gehouden te worden. Bij een goed functionerende gloeibougie zal er een zeer geringe weerstand worden gemeten (< 1 Ohm). Op het moment dat er een oneindige weerstand gemeten wordt, is dat een teken dat de gloeispiraal inwendig onderbroken is. De gloeibougie doet daarom niets meer en zal moeten worden vervangen.

 

Bij demontage van de gloeibougie moet men er goed op letten dat deze met weinig kracht mag worden gemonteerd. 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 het gat in de cilinderkop uitgeboord worden. Er bestaat kans dat tijdens het boren het schroefdraad beschadigd raakt. Ook bestaat de kans dat de cilinderkop gedemonteerd moet worden wanneer er afgebroken deeltjes in de verbrandingsruimte vallen.