Οι προθερμάνσεις για κινητήρες πετρελαίου εμφανίστηκαν το 1929 σαν βοήθημα για την ψυχρή εκκίνηση των κινητήρων αυτών.
Οι πρώτες προθερμάνσεις στους πετρελαιοκινητήρες είχαν εξωτερικό θερμαντικό σώμα. Ήταν συνδεδεμένες σε σειρά μεταξύ τους, έτσι αν καίγονταν η μία, δεν λειτουργούσαν όλες. Επειδή το θερμαντικό σώμα ήταν εκτεθειμένο στον θάλαμο καύσης, ο χρόνος ζωής των προθερμάνσεων ήταν πολύ μικρός. Ο χρόνος προθέρμανσης ήταν περίπου 25 δευτερόλεπτα.
Από τις πρώτες αυτές προθερμάνσεις μέχρι σήμερα, η τεχνολογία έχει προχωρήσει, αφού οι κατασκευαστές αυτοκινήτων έχουν αυξήσει τις απαιτήσεις τους, συνέπεια των πιο αυστηρών κανονισμών εκπομπής καυσαερίων. Έτσι οι προθερμάνσεις έγιναν πιο λεπτές και πιο ισχυρές. Σταδιακά ο χρόνος προθέρμανσης μειώθηκε σε 17 δευτερόλεπτα, 10 δευτερόλεπτα και τελικά έχει φτάσει στα 2 δευτερόλεπτα.
Επίσης αυξήθηκε και η θερμοκρασία πυράκτωσης που πλέον μπορεί να ξεπεράσει τους 1000 οC ενώ οι παλαιότερες έφταναν το πολύ τους 800 οC. Οι σύγχρονες μάλιστα προθερμάνσεις έχουν την δυνατότητα να λειτουργούν σε 3 φάσεις και όχι μόνο κατά την ψυχρή εκκίνηση.
- Χρόνος προθέρμανσης πριν την κύρια προθέρμανση
- Χρόνος κύριας προθέρμανσης
- Χρόνος μετα-προθέρμανσης
Οι εξελίξεις που έγιναν περιλάμβαναν αλλαγές στα υλικά/κράματα κατασκευής του θερμαντικού στοιχείου, αλλά και αλλαγές στο ηλεκτρικό κύκλωμα εσωτερικά της προθέρμανσης. Αξίζει να αναφέρουμε τις προθερμάνσεις που έχουν εσωτερικά μία αντίσταση PTC, δηλαδή ένα στοιχείο που η ωμική αντίστασή του αυξάνει με την θερμοκρασία.
Η αντίσταση αυτή (ρυθμιστική) είναι συνδεδεμένη σε σειρά με την κυρίως θερμαντική αντίσταση. Έτσι όσο η θερμοκρασία αυξάνεται, αυξάνεται η τιμή της αντίστασης, μειώνεται το ρεύμα και κατά συνέπεια ρυθμίζεται η θερμοκρασία θέρμανσης. Με την τεχνική αυτή μπορεί να γίνει εκκίνηση του κινητήρα σε 7 δευτερόλεπτα και η θερμοκρασία προθέρμανσης να διατηρηθεί για περισσότερο χρόνο.
Ακόμα και από τους πρώτους κανονισμούς για καυσαέρια (δεκαετία 1990), επιβλήθηκε οι προθερμάνσεις να συνεχίζουν να δουλεύουν για περίπου 90 δευτερόλεπτα και μετά την εκκίνηση του κινητήρα. Αυτό γίνεται για να μειωθούν τα καυσαέρια όσο ο κινητήρας είναι κρύος. Η λειτουργία αυτή ονομάζεται «μετά-προθέρμανση» και αποδείχθηκε αποτελεσματική στην μείωση των καυσαερίων, αλλά δημιουργήθηκαν νέες απαιτήσεις από τις προθερμάνσεις, αφού έπρεπε να λειτουργούν για περισσότερο χρόνο, οπότε καταπονούνταν περισσότερο.
Οι απαιτήσεις αυτές έχουν αυξηθεί στα σύγχρονα αυτοκίνητα, αφού πλέον οι προθερμάνσεις μπορεί να ενεργοποιηθούν ακόμα και κατά την λειτουργία του κινητήρα αν χρειαστεί. Για παράδειγμα η διαχείριση κινητήρα μπορεί να ενεργοποιήσει τις προθερμάνσεις κατά την διαδικασία αναγέννησης του DPF προκειμένου να θερμανθούν περεταίρω τα καυσαέρια (που περιέχουν και ποσότητα καυσίμου από μεταψεκασμό) και να διευκολυνθεί η καύση στο φίλτρο μικροσωματιδίων.
Για την διαχείριση λοιπόν των προθερμάνσεων ο έλεγχος γίνεται πλέον από μονάδα ελέγχου. Η μονάδα ελέγχου αυτή παίρνει εντολή από την μονάδα ελέγχου κινητήρα είτε με σήμα PWM είτε με έλεγχο δικτύου LIN. Η μονάδα ελέγχου προθέρμανσης τροφοδοτεί τις προθερμάνσεις με σήμα PWM μεταβλητού εύρους πλάτους παλμού (duty cycle) και έτσι μπορεί να ελέγξει με ακρίβεια την μέση τάση τροφοδοσίας και τον χρόνο ενεργοποίησης του εξαρτήματος (οπότε την θερμοκρασία) και μάλιστα για κάθε προθέρμανση ξεχωριστά.
Με τον τρόπο αυτό η μονάδα ελέγχου κινητήρα μπορεί να διορθώσει και το «τρεμούλιασμα» ή «κροτάλισμα» του κινητήρα σε πρώτη φάση. Μία εικόνα με τον τρόπο που λειτουργούν οι σύγχρονες προθερμάνσεις ελεγχόμενες από μονάδα ελέγχου, φαίνεται ενδεικτικά στο παρακάτω διάγραμμα.
Οι προθερμάνσεις φθείρονται κατά την λειτουργία τους οπότε ακόμα και αν το εξάρτημα δεν έχει χαλάσει, δεν αποδίδει όπως μία καινούρια. Για τον λόγο αυτό η μονάδα ελέγχου προθερμάνσεων, προσαρμόζει την εντολή που δίνει για την κάθε προθέρμανση (αύξηση τάσης ή χρόνου ενεργοποίησης), προκειμένου να κρατήσει την θερμοκρασία σταθερή και να αντισταθμίσει την φθορά του εξαρτήματος.
Αν λοιπόν αλλαχτεί κάποια προθέρμανση μετά από βλάβη, τότε είναι πολύ πιθανόν (ανάλογα με τον κατασκευαστή) να πρέπει να γίνει προσαρμογή με διαγνωστικό και να δηλωθεί στην μονάδα ελέγχου ότι έχει γίνει αντικατάσταση προθέρμανσης. Στους περισσότερους βέβαια κατασκευαστές, δεν μπορεί να γίνει δήλωση για κάθε προθέρμανση ξεχωριστά, αλλά γίνεται προσαρμογή για όλες.
Αν λοιπόν πραγματοποιηθεί προσαρμογή με μία μόνο προθέρμανση αλλαγμένη, μπορεί να δημιουργηθεί πρόβλημα, αφού η μονάδα ελέγχου θα ρυθμίζει τον έλεγχο για καινούριες προθερμάνσεις και συνεπώς οι παλιές δεν θα αποδίδουν σωστά.
Από την άλλη αν δεν κάνουμε την δήλωση ότι κάποια προθέρμανση είναι καινούρια, τότε επειδή η διαχείρισή της θα γίνεται με λογική φθαρμένης, θα φθαρεί γρηγορότερα αφού θα λειτουργεί με αυξημένη τάση και χρόνο ενεργοποίησης, ενώ δεν χρειάζεται. Για το λόγο αυτό, οι κατασκευαστές συνιστούν αν καεί μία προθέρμανση, να αντικατασταθούν όλες.
Ένας επιπλέον λόγος για να γίνει αντικατάσταση όλων των προθερμάνσεων είναι ότι αν καεί κάποια προθέρμανση, τότε σε μικρό χρονικό διάστημα είναι πολύ πιθανόν να καεί και κάποια άλλη, οπότε ο ιδιοκτήτης του αυτοκινήτου θα πρέπει να επιβαρυνθεί εκ νέου με κόστος εργατικών και φυσικά το αυτοκίνητο να έρθει πάλι στο συνεργείο.
Για τους λόγους αυτούς, προτείνουμε στους πελάτες αν χρειάζεται να αντικατασταθεί μία προθέρμανση, να αλλαχτούν όλες.
Του Νίκου Ουλκέρογλου, Τεχνικού Εκπαιδευτή
ΙΑΠΩΝΙΚΗ Α.Ε. – Τεχνική Υποστήριξη
