Glühkerzen als Zündhilfe

Dieselmotoren sind so genannte Selbstzünder. Das heißt, dass keine zusätzliche Energiequelle benötigt wird, um das Gemisch im Zylinder zu zünden. Das Luft-/Diesel-Gemisch wird im Zylinder hoch verdichtet. Dadurch entsteht eine so hohe Temperatur, dass sich das Gemisch von selbst entzündet und zur Explosion kommt. Dieser Vorgang läuft jedoch nur bei einem heißen Motor problemlos ab. Bei kalten Temperaturen ist das Luft-/Diesel-Gemisch nicht so zündfreudig. Zur sicheren Verbrennung bei kaltem Motor werden als Zündhilfe Glühkerzen (je eine pro Zylinder) eingesetzt. Die Glühkerze erhöht vor dem Starten des Motors die Temperatur im Brennraum des Zylinders. An der Spitze erreicht die Glühkerze eine Temperatur von bis 1.000 °C. Dadurch kann das Luft-/Diesel-Gemisch selbst bei niedrigen Temperaturen sicher zum Explodieren gebracht werden.

Die benötigte Zeit für das „Vorglühen“ sind je nach verwendeter Glühkerze unterschiedlich. Es gibt Schnellglühkerzen, die eine Vorglühzeit von nur wenigen Sekunden benötigen. Andere Glühkerzen müssen bei niedrigen Umgebungstemperaturen bis zu 15 Sekunden vorgeglüht werden. Das Glühzeitrelais hat die Aufgabe, das Ein- und Ausschalten des Stromes für die Glühkerzen und die Zeitsteuerung zu übernehmen.

Steuergerät für die Glühzeit

Für das Ein- und Ausschalten des Stroms für die Glühkerzen sind im Glühzeitrelais (Steuergerät für die Glühzeit) Schalter verbaut – so genannte Leistungsrelais. Glühkerzen benötigen, wenn sie bereits heiß sind, einen Strom von ca. 10 Ampere. In der Einschaltphase (bei kalter Glühwendel) ist der Strom jedoch wesentlich höher. Bei einem 4-Zylinder Motor müssen die Leistungsrelais Ströme von bis zu 80 Ampere schalten können. Bei 6- oder 8-Zylinder Motoren entsprechend mehr. Oft werden deshalb die anzusteuernden Glühkerzen auf zwei Stromkreise aufgeteilt. Entsprechend befinden sich dann innerhalb des Glühzeitrelais zwei Leistungsrelais.

Bei der Zeitsteuerung zu berücksichtigende Phasen

1. Die Vorglühzeit.

Die Vorglühzeit ist abhängig vom Motor-Typ, den verwendeten Glühkerzen und der mit Hilfe eines Sensors gemessenen Umgebungstemperatur. Die Temperatursensoren können sich je nach Relaistyp sowohl im Relais selbst, als auch extern, etwa im Kühlmittelkreislauf befinden. Im Winter, bei Minusgraden, ist die Vorglühzeit wesentlich länger als im Sommer bei z.B. +30 °C. Während der Vorglühzeit leuchtet die Vorglüh-Kontrolllampe im Armaturenbrett. Bei einigen Fahrzeugen beginnt die Vorglühzeit bereits, wenn der Fahrer die Fahrertür öffnet.

2. Die Bereitstellungszeit.

Sie beginnt direkt nach der Vorglühzeit. Die Kontrolllampe geht nun aus, die Glühkerzen bleiben jedoch für ein paar weitere Sekunden eingeschaltet. In dieser Zeit sollte der Motor vom Fahrer gestartet werden.

3. Die Nachglühzeit.

Die Nachglühzeit wurde bei neueren Fahrzeugen eingeführt. Erforderlich wurde dies durch die immer strengeren Abgasnormen und der damit notwendigen Optimierung der Verbrennungsabläufe im Zylinder. Die Glühkerzen bleiben während der Nachglühzeit auch bei laufendem Motor weiter eingeschaltet. Die Länge der Nachglühzeit ist abhängig vom Motor-Typ und der Motortemperatur. Für diese Funktion kommen nur spezielle „nachglühfähige“ Glühkerzen zum Einsatz.

Varianten

Auch wenn die technische Grundfunktion immer die Gleiche ist, gibt es Glühzeitrelais in vielen unterschiedlichen Varianten. Sowohl die Größen der Gehäuse, die Anschlussstecker als auch die Befestigungsart sind unterschiedlich. Allein für die in Europa hergestellten Fahrzeuge gibt es über 100 verschiedene Relaistypen. Es gibt auch Vorglühsysteme, bei denen die Funktion der Zeitsteuerung vom Motorsteuergerät übernommen wird. Das Glühzeitrelais hat dann lediglich die Aufgabe, die erforderlichen hohen Ströme für die Glühkerzen zu schalten.

Vollelektronische Glühzeitrelais

Bei diesen modernen Typen der Glühzeitrelais ist alles anders. Sie sind diagnosefähig und an die On Board Diagnose (OBD) angeschlossen. Vollelektronische Glühzeitrelais sind Steuergeräte, die über einen Daten-Bus mit dem Motorsteuergerät verbunden sind. Das Motorsteuergerät gibt die Befehle für das Ein- und Ausschalten. Außerdem wird gemessen, ob nach dem Einschalten einer Glühkerze tatsächlich ein genügend hoher Strom fließt. Dies wird dann über ein Quittungssignal dem Motorsteuergerät zurückgemeldet. Sollte ein zu hoher Strom (z.B. bei einem Kurzschluss im Kabel oder Glühkerze) erkannt werden, wird der entsprechende Stromzweig abgeschaltet, um eine Zerstörung der Elektronik zu verhindern.

Eine weitere Besonderheit vollelektronischer Glühzeitrelais ist, dass keine Relais mehr zum Ein- und Ausschalten verwendet werden, sondern Leistungstransistoren (elektronische Schalter). Dadurch kann der Strom für die Glühkerzen nicht nur ein- und ausgeschaltet, sondern auch die Stromstärke verändert werden. Dieses geschieht durch ein veränderbares Tastverhältnis. Das heißt, dass der Strom während der Stromregelphase in sehr kurzen Zeitintervallen ein- und ausgeschaltet wird. Ist die Einschaltzeit länger als die  Ausschaltzeit, erhält die Glühkerze mehr Leistung und wird heißer. Umgekehrt wird die Glühkerze weniger heiß, wenn die Einschaltzeiten kürzer sind als die Ausschaltzeiten.

Glühzeitrelais werden an den unterschiedlichsten Stellen im Fahrzeug verbaut. Steckrelais sind vorwiegend im zentralen Relaiskasten zu finden. Relais, die keine Steckkontakte für die Zuleitung zu den Glühkerzen haben, sondern Kabelschuhe die angeschraubt werden, sind im Motorraum zu finden. Diese Relais sind direkt am Spritzblech oder mit speziellen Befestigungswinkeln an der Karosserie angeschraubt.

Da die Relais im Motorraum den dort vorkommenden Einflüssen ausgesetzt sind, müssen diese entsprechend konzipiert sein. Kälte im Winter, teilweise sehr hohe Temperaturen im Sommer, Feuchtigkeit, Flüssigkeiten wie Salzwasser, Reinigungsmittel usw. dürfen einem Glühzeitrelais nichts anhaben. Die Steckverbinder müssen immer korrosionsfrei und sauber sein. Durch Übergangswiderstände könnten sonst Fehlfunktionen oder sogar Kabelbrände entstehen.

Die Abgaswerte eines Fahrzeuges (beim Diesel speziell die Rußbildung) werden vom Startvorgang des Motors stark beeinflusst. Ein schneller problemloser Startvorgang ist hier sehr hilfreich, um die Emissionswerte in den gewünschten Grenzen zu halten. Noch wichtiger ist es jedoch, dass bei Fahrzeugen mit Nachglühphasen diese vom Glühzeitrelais richtig gesteuert werden. So können die Emissionen auch in der Warmlaufzeit gesenkt werden. Damit leistet ein funktionstüchtiges Glühzeitrelais einen wichtigen Beitrag zum Umweltschutz.

Damit das Glühsystem ordnungsgemäß funktioniert, sollten nur Glühzeitrelais mit den passenden Referenz-Nummern gegeneinander getauscht werden. Auch wenn das Gehäuse und der Stecker inklusiv Anzahl der Kontakte gleich sind, kann die interne Funktion anders sein. Zum Beispiel die Vorglühzeiten: Für Schnellglühkerzen sind wesentlich kürzere Zeiten vorgesehen als für normale Glühkerzen. Beim Einbau eines falschen Relais können die Glühkerzen beschädigt werden.