Przekaźnik czasowy świeć żarowych

Funkcja

Silniki wysokoprężne to tzw. silniki samozapłonowe. Oznacza to, że do zapłonu mieszanki w cylindrze nie jest potrzebne żadne dodatkowe źródło energii. Mieszanka powietrza i oleju napędowego jest silnie sprężana w cylindrze. Powstaje w ten sposób tak wysoka temperatura, że mieszanka zapala się samoczynnie i dochodzi do spalania. Proces ten przebiega jednak bez problemów tylko przy rozgrzanym silniku.

W niskich temperaturach mieszanka powietrza i oleju napędowego nie zapala się tak łatwo. Aby zapewnić bezpieczne spalanie przy zimnym silniku, stosuje się świece żarowe jako pomoc w zapłonie – po jednej na każdy cylinder. Świeca żarowa podnosi temperaturę w komorze spalania cylindra przed uruchomieniem silnika. Na końcówce świeca żarowa osiąga temperaturę do 1 000 °C. Dzięki temu mieszanka powietrza i oleju napędowego może bezpiecznie ulec spaleniu nawet w niskich temperaturach.

Czas potrzebny do „podgrzania wstępnego” różni się w zależności od zastosowanej świecy żarowej: świece szybkiego żarzenia wymagają czasu podgrzewania zaledwie kilku sekund; inne świece żarowe muszą być podgrzewane wstępnie nawet do 15 sekund przy niskiej temperaturze otoczenia. Zadaniem przekaźnika czasu żarzenia jest włączanie i wyłączanie zasilania świec żarowych oraz sterowanie czasem.

Rodzaje przekaźników czasowych

Istnieją różne rodzaje przekaźników czasu rozżarzenia w wielu wariantach. Ich podstawowa funkcja techniczna jest jednak zawsze taka sama. Różnią się one rozmiarem obudowy, wtyczką przyłączeniową oraz sposobem mocowania. Tylko w przypadku pojazdów produkowanych w Europie istnieje ponad 100 różnych typów przekaźników.

Istnieją również układy podgrzewania wstępnego, w których funkcję sterowania czasowego przejmuje moduł sterujący silnika. Przekaźnik czasu podgrzewania ma wówczas jedynie za zadanie przełączać prądy o wysokim natężeniu niezbędne dla świec żarowych. Należy do nich w pełni elektroniczny przekaźnik czasu podgrzewania.

Te typy przekaźników czasu rozżarzenia umożliwiają diagnostykę i są podłączone do pokładowego systemu diagnostycznego (OBD). W pełni elektroniczne przekaźniki czasu rozżarzenia to moduły sterujące, które są połączone z modułem sterującym silnika za pośrednictwem magistrali danych. Moduł sterujący silnika wydaje polecenia dotyczące włączania i wyłączania. Ponadto mierzy, czy po włączeniu świecy żarowej przepływa wystarczająco wysoki prąd.

Informacja ta jest następnie przekazywana z powrotem do modułu sterującego silnika za pomocą sygnału potwierdzenia. Jeśli prąd jest zbyt wysoki, na przykład w przypadku zwarcia w przewodzie lub świecy żarowej, odpowiednia gałąź obwodu prądowego zostaje odcięta. Zapobiega to uszkodzeniu układu elektronicznego.

Kolejną cechą charakterystyczną w pełni elektronicznego przekaźnika czasu żarzenia jest to, że do włączania i wyłączania nie stosuje się już przekaźników, lecz tranzystory mocy. Są to przełączniki elektroniczne. Dzięki nim można włączać i wyłączać prąd oraz zmieniać jego natężenie. Odbywa się to poprzez zmienny współczynnik wypełnienia, czyli: prąd jest włączany i wyłączany w bardzo krótkich odstępach czasu. Jeśli czas włączenia jest dłuższy niż czas wyłączenia, świeca żarowa otrzymuje więcej mocy i nagrzewa się bardziej. I odwrotnie – świeca żarowa nagrzewa się mniej, gdy czasy włączenia są krótsze niż czasy wyłączenia.

Zasada działania przekaźnika opóźnienia rozruchu

Przekaźnik czasu rozgrzewania jest urządzeniem sterującym czasem rozgrzewania. Przekaźnik czasu rozgrzewania działa w następujący sposób: w celu włączania i wyłączania prądu zasilającego świece żarowe w przekaźniku tym zamontowane są przełączniki, tzw. przekaźniki mocy. Świece żarowe wymagają prądu o natężeniu około dziesięciu amperów, gdy są już rozgrzane. Jednak w fazie włączania (gdy spirala żarowa jest zimna) natężenie prądu jest znacznie wyższe. W silniku 4-cylindrowym przekaźniki mocy muszą być w stanie przełączać prądy o natężeniu do 80 amperów; w silnikach 6- lub 8-cylindrowych odpowiednio więcej. Dlatego często sterowane świece żarowe są rozdzielane na dwa obwody elektryczne. W związku z tym w przekaźniku czasowym żarowania znajdują się dwa przekaźniki mocy. Przekaźniki czasowe żarowania są montowane w różnych miejscach pojazdu. Przekaźniki wtykowe znajdują się głównie w centralnej skrzynce przekaźnikowej. Przekaźniki, które zamiast styków wtykowych do przewodów zasilających świece żarowe posiadają śrubowe końcówki kablowe, znajdują się w komorze silnika. Przekaźniki te są przykręcone bezpośrednio do osłony silnika lub do karoserii za pomocą specjalnych wsporników mocujących.

Fazy przekaźnika czasowego

W przypadku sterowania czasowego należy uwzględnić następujące fazy:

Czas podgrzewania wstępnego

Czas podgrzewania wstępnego zależy od następujących czynników:

• Typ silnika
• Zastosowane świece żarowe
• Temperatura otoczenia

Ta ostatnia jest mierzona przez czujniki temperatury. W zależności od typu przekaźnika czujniki te mogą znajdować się zarówno w samym przekaźniku, jak i na zewnątrz, na przykład w obiegu płynu chłodzącego. W temperaturach ujemnych czas podgrzewania wstępnego jest znacznie dłuższy niż w temperaturach około 30 °C. Podczas podgrzewania wstępnego świeci się kontrolka podgrzewania wstępnego na desce rozdzielczej. W niektórych pojazdach podgrzewanie wstępne rozpoczyna się już w momencie otwarcia drzwi kierowcy.

Czas gotowości

Czas gotowości rozpoczyna się bezpośrednio po zakończeniu podgrzewania wstępnego. Lampka kontrolna gaśnie, jednak świece żarowe pozostają włączone jeszcze przez kilka sekund. W tym czasie kierowca powinien uruchomić silnik.

Okres podgrzewania resztkowego

Podczas okresu podgrzewania resztkowego świece żarowe pozostają włączone nawet przy pracującym silniku. Czas trwania tego okresu zależy od typu silnika i jego temperatury. Do tej funkcji można stosować wyłącznie specjalne świece żarowe. Okres podgrzewania resztkowego wprowadzono w nowszych pojazdach. Stało się to konieczne ze względu na coraz bardziej rygorystyczne normy emisji spalin oraz wynikającą z nich konieczność optymalizacji procesów spalania w cylindrach.

Ochrona środowiska

Proces rozruchu silnika ma duży wpływ na parametry emisji spalin pojazdu. W przypadku silników wysokoprężnych dotyczy to w szczególności tworzenia się sadzy. Aby utrzymać niskie wartości emisji, bardzo ważny jest szybki i bezproblemowy proces rozruchu. Jeszcze ważniejsze jest jednak to, aby w pojazdach, w których występują fazy dogrzewania, były one prawidłowo sterowane przez przekaźnik czasu dogrzewania. Dzięki temu można obniżyć emisje również w fazie rozgrzewania silnika. W ten sposób sprawny przekaźnik czasu dogrzewania przyczynia się do ochrony środowiska.

Utrzymanie wartości

Aby układ rozruchu silnika działał prawidłowo, należy stosować wyłącznie przekaźniki czasu żarzenia o odpowiednich numerach referencyjnych. Nawet jeśli obudowa i wtyczka, w tym liczba styków, są identyczne, mogą one różnić się pod względem funkcji. Dotyczy to na przykład czasów żarzenia: w przypadku świec szybkiego żarzenia przewidziano znacznie krótsze czasy niż w przypadku standardowych świec żarowych. Zamontowanie niewłaściwego przekaźnika może spowodować uszkodzenie świec żarowych.

Bezpieczeństwo

Przekaźniki w komorze silnika są narażone na działanie czynników występujących w tym miejscu. Muszą więc być odpowiednio zaprojektowane. Muszą wytrzymywać następujące czynniki:

• Ekstremalne temperatury – wysokie i niskie
• Wilgoć
• Ciecze, takie jak słona woda, środki czyszczące itp.

Ponadto złącza muszą być zawsze wolne od korozji i czyste. W przeciwnym razie opory przejściowe mogą powodować awarie lub pożary kabli.

Jeśli kontrola podgrzewania wstępnego wykazuje nieprawidłowości lub silnik wysokoprężny trudno uruchamia się na zimno, należy udać się do niezależnego warsztatu samochodowego. Tam można odczytać stan przekaźnika podgrzewania wstępnego za pomocą diagnostyki pojazdu (OBD) i sprawdzić, czy działa prawidłowo. Podczas wymiany przekaźnika zapłonu lub świec żarowych należy zwrócić uwagę na dokładnie dopasowane części zamienne od producentów markowych w jakości OE. Części o nieprawidłowym numerze katalogowym mogą bowiem uszkodzić świece żarowe i negatywnie wpłynąć na system kontroli emisji spalin pojazdu.