Zo werken FSI motoren

Auteur: , 39 Reacties

Ferrari onderzoekt momenteel wat de FSI technologie van Bosch voor hun sportwagens kan betekenen. Daarvoor wordt er even goed gespiekt bij Audi, waar de FSI motoren al een hele poos hun diensten bewijzen. Wellicht heeft Bosch eerst onderstaand filmpje naar de Italianen opgestuurd, waarin de FSI technologie geïllustreerd wordt uitgelegd.

Mocht jij ook nieuwsgierig zijn naar de werking van FSI motoren, check dan even dit filmpje. Een leermomentje… (via: germancarblog)



39 reacties

Ben benieuwd hoe lang ze nog door kunnen ontwikkelen met meer vermogen en minder (of gelijk) verbruik..
Hmmm, precies zoals ik had verwacht.. Maar hoe werken die niet directe systemen dan?
Haha, wat een mooi jaren ’80 filmpje :) Wat ze vertellen is niet anders dan normale injectie. Alleen die pomp is anders, en de druk is hoger.
Maarja, het gaat ook veel te ver om het exacte verschil en voordeel zo ff in een filmpje uit te leggen.

Welke Audi met een 4 in lijn heeft eigenlijk RWD?
Wat is hier nu zo speciaal aan? Ik ben geen expert maar het meeste is toch standaard?
Wat een stem…
@ AJ:

Nog wel een tijdje verwacht ik. meeste rendement valt nog te halen uit de compressie. Verder zullen motoren eerder meer soepelheid krijgen, omdat alles steeds beter instelbaar wordt. Beter dan FSI gaat het niet worden in principe. Althans , wat betreft het injecteren op zich. Hooguit door de druk nog verder omhoog te gooien….
@Juppe
Is het niet zo dat met directe injectie de brandstof insputing in de cilinder gebeurt en met klassieke injectie dat nog altijd in een wervelkamer? Maw: klassiek gaat er langs de inlaatklep een mengelsel van lucht en benzine, bij directe injectie gaat daar slechts lucht langs.
@Pannekoek: Daar zitten de injectoren niet direct in de cilinder maar in het spruitstuk.

Dus direct ingespoten, indirecte inspuiting vergt minder druk.
*Direct ingespoten=indirecte inspuiting
@Mashell,
Dat klopt helemaal. Zou alleen niet van een wervelkamer spreken, dat is meer iets voor indirect ingespoten diesels (maar das weer een ander verhaal). Bij ‘normale’ injectie wordt de brandstof ingespoten vlak voor de inlaatkleppen (of bij monopoint injectie op een centraal punt in het inlaatspruitstuk)

Maar verder is het wel gelijk, qua ECU, EGR (uitlaatgas recirculatie) en alle sensoren genoemd in het filmpje. Ook die ‘wervelklep’ wordt al heel lang toegepast, bv. door Toyota met de naam T-VIS (vanaf ’83 dacht ik)

Dat ze zelfs in een IC van de computer kijken vond ik wel erg jaren ’80 :)

Maar achter de S van FSI schuilt nog wel een hele techniek (S staat voor Stratified, oftewel gelaagde inspuiting) Maar dat is veel te complex voor zo’n filmpje.
Even voor de volledigheid: bij de indirect ingespoten benzines wordt de benzines op de inlaatkleppen geïnjecteerd: dit koelt en smeert de inlaatkleppen en zorgt tevens voor een ogenblikkelijke verdamping van de benzine…
@BWM M8
Dat koel en smeer verhaal geloof ik niet. Zo heet worden inlaatkleppen helemaal niet, door de koude lucht die er langs stroomt. Uitlaatkleppen worden veel heter. Kleppen staan het grootste deel van hun warmte af aan de klepzittingen als ze dichtstaan.

Bedenkt dit: Hoe worden kleppen dan gekoeld bij direct ingespoten injectie, bij carb motoren, single point en diesels ?

Dat smeren is ook zo’n mythe. Net zoiets als tegendruk in je uitlaat. Heel veel mensen spreken erover, en dan wordt het als een waarheid gezien.
@juppe

FSI is destijds – in navolging op de GDI motoren van Mitsubishi – geintroduceerd als Fuel STRATIFIED Injection.
Het Stratified (= gelaagd) verhaal maakte het mogelijk om met een rijk mengsel vlak bij de bougie te werken, terwijl er in de rest van de cilinder een heel arm mengsel heerste. Gevolg was dat er per saldo met magere mengsels en dus een lucht overschot gewerkt kon worden. De gasklep kon bij gelijkblijvend vermogen verder (of geheel) open staan, geringere pompverliezen was het resultaat.

In mijn zin zal het gebruik van de ‘verleden tijd’ je wel opgevallen zijn.
Het mager mengsel verhaal werkt in de praktijk echter maar in een zeer beperkt laag toerengebied en vergt de nodige aanpassingen aan o.a. zuigers (complex gevormd en daardoor zwaar en niet lekker ‘aan het gas hangend’) en uitlaatgas nabehandeling > arme mengsels zorgen voor veel NOx en dat vereist een dure nabehandeling van de uitlaatgassen. Fuel Stratified injection kost dus meer dan het op levert.

Tegenwoordig staat FSI voor Fuel STOICHIOMETRIC Injection.
De stoichiometrische verhouding is de optimale lucht / brandstofverhouding.
Voor Benzine is dat 14.7:1 . Op die lucht brandstof verhouding draaien benzine motoren al meer dan 100 jaar.

Het voordeel van directe inspuiting zit hem nu in een betere mengselvorming (verneveling) en in de koelende werking van inspuiting en verdamping van brandstof in de verbrandingskamer.
Een koelere verbrandingskamer voorkomt pingelen en maakt een hogere compressie mogelijk. En dat zorgt wel weer voor efficiency winst. Niet slechts bij lage toerentallen en belasting, maar over het gehele toerengebied.
@Ramshoek,
Dat Stratified verhaal ken ik idd. Dat was ook het probleem met die lean burn motoren, die hoge NOx uitstoot. (Diesel ook, die zijn van nature lean burn) Katalysatoren werken in andere dan stoichiometrische verbranding ook een stuk slechter (het ontleden werkt beter, en oxidatie werkt slechter. Of net andersom, enfin je kent het wel :) )

Maar dat de S tegenwoordig niet meer voor stratified staat wist ik niet. Thanx voor de info!
Honda is nog wel flink bezig met het lean burn verhaal, en heeft hiervoor een speciale lambda sensor ontwikkeld, die in een groter ‘bereik’ kan meten. Maar we dwalen af… :)
dat zit al langer in Volvo’s, maar dat wil zeggen dat ze er ook al lang ervaring mee hebben; ze hebben een fout ontdenkt; als je dit combineert met diesel, welke zelfoliend is, gaan de hogedruk-pompen kapot want de diesel begint warm te krjigen en te schuimen en verliest zo al zijn oliende capaciteiten. gevolg is dus dat je bij de D5 (en bij Citroën de HDi) ongelooflijk vaak de inspruitstukken en de pompen moet vervangen.
@Ramshoek again…
Dat van die pompverliezen heb ik nooit begrepen. Namelijk het volgende:
Als je tijdens het rijden bij een benzine motor het contact afzet, rem je af.. duh.. :)

Maar… trap je dan het gas in (bij contact nog steeds af), rem je MEER af! Terwijl je zou denken dat de pompverliezen (gasklep open) lager zouden zijn. Het tegendeel is echter waar: door de geopende gasklep verpomp je meer lucht, wat dus meer energie kost.

Mocht je denken: wie probeert dat nou… ik heb een lpg auto met carb. gehad, en die kun je niet zo makkelijk omschakelen. Blijf af dwalen.. :)
Misschien een stomme vraag, maar is het mogelijk om de inlaatkleppen te laten vervallen en de injectoren de brandstof direct de verbrandingskamer in te laten spuiten?
@2cv13,
De stomste vragen, zijn die vragen die niet gesteld worden :)

Maareh.. http://auto.howstuffworks.com/engine.htm
@2cv13

De inlaatkleppen blijven nodig om de zuurstof aan te voeren , zonder zuurstof geen of slechte verbranding !
De brandstof wordt ook direct in de verbrandingskamer in gespoten hoor.

Die is gewoon een diesel systeem, alleen dan met benzine. Directe injectie.
Volgens mij valt er nog veel winst te behalen bij een benzine motor op het gebied van klepbediening.. die is doorgaans nog steeds ‘statisch’ en vergelijkbaar met het begin van de vorige eeuw..

Variabele kleptiming en klephoogte gaat dat denk ik, de komende jaren veranderen. Fiat is bijvoorbeeld al heel ver met de UniAir systemen, die electronische beheersing van de klephoogte en timing realiseren. Dat komt met name de flexibiliteit en zuinigheid ten goede.. Meer koppel over een breder toerenbereik..
En als je nou, in plaats van meer koppel over een breder toerenbereik, zorgt voor een continu variabele overbrenging, dan heb je dat brede toerenbereik toch niet meer nodig?
Je krijgt dan een soort stationairmotor zoals een generator, die op een ‘enorm’ hoog rendement draait. Of hebben we dan een probleem met de variatie in vermogensvraag?
lol… een van de eerste systemen hiervan zit zelfs in mijn Volvo 740 uit ’89 :P alleen me lambda sensor is stuk!!
HouseOnWheels
@juppe;
het eerste wat ik idd dacht is wie probeert dat nou?
Maar met wat oudere auto’s probeer je idd wat meer, mijn BMW 2002 heeft ook een slag op indirecte injectie van 1 cilinder gelopen, dat koste me bijna m’n haardos. Ook niet slim om recht de carb in te kijken om te zien wat er allemaal zou gebeuren).
Maar van die pompverliezen is wel een leuke test, ik denk dat als je een beetje gas geeft en dan vol gas, dan zal vol gas wel minder afremmen. Gas compleet dicht is namelijk ook niet inefficient (dat is het idee bij Nonox en valvetronic), maar de pompverliezen ontstaan bij een klein beetje gas (namelijk de onderdruk die je in je inlaat trekt en daarna weer weglekt tijdens de rest van de 3 slagen/takten).
Hier ook nog een vraagje. Waarom wordt lucht niet in de motor ‘geinjecteerd’? Als de lucht met hogedruk naar binnenkomt zou er meer zuurstof aanwezig zijn en dus een betere verbranding.
HouseOnWheels
@Hans; variabele klepgebeuren is er bij de meeste fabrikanten al wel, daar komen al die schitterende afkortingen/namen vandaan.
@tjaard; een cvt is wat dat betreft wel goed ja, alleen hij neemt nogal wat energie. En voor snelheid is hij wel gunstig, alleen niet speciaal voor zuinigheid, want als je zachtjes rijdt dan zit je in een ongunstig deel van je motorbelasting en een cvt kan daar niets aan veranderen.
Ik denk dat er nog wel wat valt te halen met HCCI (dus het zelf laten ontbranden van benzine, geloof ik hetzelfde als diesel, maar weet niet zeker).
Kan iemand mij misschien het verschil uitleggen qua verbranding tussen indirecte dieselinspuiting en HCCI ?
HouseOnWheels
voor Juppe heb ik nog een vraag. Is het slecht als je je motor laat draaien zonder dat je vonkt aan de bougie’s. Dus wel op contact maar bijvoorbeeld de bougiedoppen eraf en dan de berg af rollen in de versnelling. Je accu laat namelijk een stroom/spanning door je contact, door je bobine via de contactpunten naar massa lopen. Hierbij wordt een magnetisch veld in je bobine gecreeerd en zodra je contactpunten openen, zal door het wegvallen van de stroom, er een inductiespanning ontstaan in de bobine en via verdeler zal deze naar de juiste bougie gaan. Maar wat gebeurt er als de bobine zijn inductiespanning niet kwijt kan bij de bougies?
Tijdens het schrijven schoot een andere vraag mij te binnen. Als je auto op contact staat, dan gaat er zolang de contactpunten dicht staan dus een stroom lopen van accu + naar de massa (weer via bobine) dan wordt dus weer dat magnetisch veld opgebouwd. Maar als dit gebeurt is (in een paar ms lijkt mij) wordt het magnetisch veld dan steeds sterker of zal de stroom geen energie meer afgeven aan het magnetisch veld, maar rechtstreeks naar massa lopen? (dat is dan toch kortsluiting?)
HouseOnWheels
@sjoerd; dat is inderdaad wel een goed idee. Alleen is het lastige dat je veel meer lucht nodig hebt als brandstof (14,7 x zo veel kilo en een kilo lucht is een behoorlijk volume). Nog beter zou daarom zijn om alleen zuurstof in te spuiten, dat is namelijk 21% van lucht, dus je hoeft nog maar 1/5 van de normale luchthoeveelheid in te spuiten. Dit zou dan denk ik in vloeibare vorm moeten, dan heb je de juiste dichtheid.
Voordelen:
-je hebt in principe elke turbo druk voor de hand, je krijgt er veel meer zuurstof in als een turbo
-je hebt geen inlaat meer nodig als normaal (geen pompverliezen)
-je hebt geen stikstof meer dus ook geen Nox

Nadeel is wel dat je vloeibare zuurstof moet hebben.
maar als we die zuurstof inspuiting dan gelijk combineren met waterstof injectie, dat zijn namelijk de 2 producten die je overhoudt wanneer je water scheidt en anders werd er toch niks met die zuurstof gedaan.
@ Juppe

wat betreft de pompwerking en verliezen: wat je beschrijft bevestigt juist precies de pompwerking!
Als de motor lucht aan wil zuigen maar hierin gesmoord wordt door een afgeknepen klep kost dat meer energie dan een vrije aanzuiging, ook al zuigt hij in dat laatste geval meer lucht (en dus massa) aan.
@ Alwood
duur probleempje…draai gewoon het lampje uit ;) :lol:
@ wie was het ook alweer… Over dat verhaal van de extra zuurstof.

Lachgas (N2O) zorgt voor extra zuurstof. De ingespoten N2O valt in de verbrandingskamer uiteen in stiktof en vrij veel zuurstof. In lucht zit ook stikstof en zuurstof, maar dan in de verhouding 70% / 21%.
Lachgas zorgt dus voor veel extra zuurstof in de verbrandingskamer. Extra brandstof erbij en jjjjjiiiiiiiiiihhhaaaaaaaa !!!!!

ps. Lachgas is een broeikasgas, maar ach, who cares
Oh jee, meerdere discussies :)
@ HouseOnWheels:
Over die pompverliezen is voor mij nog een beetje vaag.. Paul weet er iets van lees ik net.
De motor laten draaien zonder vonk is voor de motor niet slecht. Alleen de bobine kan er minder blij mee zijn. Een oudere systeem zal wel vrij robuust
zijn, en ik denk niet dat er iets misgaat (misschien op lange termijn, het zou best kunnen dat een bobine minder lang leeft met slechte bougies). Moderne elektronische ontsteking schijnt er wel gevoelig voor te zijn.
Maar wat je zegt heb ik wel eens ongeveer gedaan: Ik was in frankrijk (alpen), en vertrok daar sochtend met koude motor, de eerste 10/15km ofzo was bergafwaarts, dus heb het gas niet aangeraakt. Aan het einde van al die afdalingen was de motor nog koud :) Das weer niet zo goed! Maar dat terzijde.
Het magnetisch veld wordt niet groter, maar heeft wel een tijd nodig om op te bouwen (vandaar een dwell (contacthoek) meter om je punten af te stellen). Zolang er stroom loopt is er niet echt kortsluiting, de bobine wordt dan eigenlijk een weerstand. Wordt alleen wat warm, maar dat gebeurt altijd.
Maareh.. BMW 2002… Vet! :)

@Sjoerd,
Dat gebeurt ook, daar heb je een turbo of compressor voor :) Of Lachgas zoals hierboven gezegd!

@Paul,
Maar wat ik beschrijf is precies andersom! Als ik de gasklep open (vrije aanzuiging), rem je meer af (kost dus meer energie) Verklaring hiervoor is volgens mij dat je meer lucht verpompt (aanzuigen, comprimeren, uitstoten). Net als een stofzuiger, als je je hand voor de slang houdt (gasklep dicht), gaat ie sneller draaien (kost dus minder energie). Dus precies omgekeerd.
@HouseOnWheels en Paul,

Ik geloof dat ik het pompverlies (na googelen etc.) een beetje begin te begrijpen. De term pompverlies is alleen wat misleidend. Deze term betekend niet dat het pompen meer energie kost, maar dat er minder lucht verpompt wordt (uiteraard, dat is de bedoeling van de gasklep).
In principe kost dit meer lucht verpompen wel meer energie, MAAR… doordat er meer lucht gecomprimeerd (hogere druk) wordt, stijgt het rendement. Daar zit ‘m de kneep. Een motor met een hogere compressie verhouding heeft immers ook een hoger rendement, maar dan moet er wel lucht zijn om te comprimeren.

Wat is nou de truc van de directe injectie? Door de gelaagdheid (stratisfied) kan een gemiddeld arm mengsel (plaatselijk rijk genoeg) ontstoken worden, en kan dus bij laag toerental, en laag koppel de gasklep (volledig, of ver) open staan. Hierdoor stijgt het rendement. Maar blijkbaar was dit niet de moeite waard, omdat men er weer vanaf gestapt is (het stratisfied gedeelte)

Als ik er zo ff over nadenk, is het Valvetronic van BMW wel een rare eend-in-de-bijt. Immers, die laat ook minder lucht toe door de kleppen minder ver open te laten gaan. Eigenlijk fungeren die nou als een gasklep, en knijpen de luchtstroom af. Dus wat hierin nou een hoger rendement oplevert? Wellicht is de ongunstige stroming rond de gasklep vervallen oid. Maar dat is me nog niet duidelijk.

Misschien is het hier en daar wat onduidelijk geschreven, maar het is al laat! :)
House on Wheels
@ Juppe;
Pompverliezen is inderdaad een lastig onderwerp. Ik denk als je op http://www.amt.nl ‘pompverliezen’ intypt krijg je wel het een en ander.
Maar het lastige in jouw voorbeeld is dat er geen verbranding plaats vindt. Rendement wordt altijd in verhouding gezien tot het geleverde vermogen. Een hoge compessie is voor een verbranding zeer rendabel maar als luchtpomp weer niet vanwege warmteverliezen. Om pompverliezen te begrijpen moet je eigenlijk een PV (pressure-volume) diagram zien van een motor. Pompverliezen zijn namelijk de energie die de gaswisselingcyclus kost (dus uit- en inlaatslag). Een turbomotor zal tijdens inlaat slag overdruk hebben waardoor de zuiger naar beneden wordt gedrukt (=positief) en tijdens de uitlaatslag zal een lichte overdruk aanwezig zijn (ook vanwege de blokkerende werking voor uitlaatgassen van de turbo zelf en dat is dus negatief, want het remt de zuiger af bij omhoog gaan).
Op zich geeft een gesloten gasklep geen pompverliezen, want de zuiger gaat naar beneden en zuigt dus een flinke onderdruk aan (remt af), maar na het ODP zal deze onderdruk een zelfde kracht uitoefenen om de zuiger weer omhoog te trekken (dus heft elkaar op). Dat is het effect van valve tronic en nonox. De gasklep staat helemaal open (dan heb je bijna geen aanzuigweerstand), maar er mag niet teveel lucht binnenkomen anders heb je bij lambda 1 teveel vermogen of anders een veel te arm mengsel. Dus de gasklep staat vol open tot er genoeg lucht binnen is. Dan sluit de gasklep voor de rest van de inlaatslag waardoor dat vacuum weer wordt getrokken maar ook weer wordt terug gekregen.
Bij een klein beetje gas zijn de pompverliezen het hoogst. Je trekt dan ook een vacuum alleen dan in het inlaatkanaal en dat vacuum blijft constant omdat er telkens bijlekt via de gasklep. Als je op AMT zoekt kun je ook nog naar ‘Miller’ zoeken, daar staat als het goed is ook wat over pompverliezen.
@ ramshoek:

14,7 is bij geintroduceerd sinds de catalysator. Dus wordt nog lang geen 100 jaar gebruikt. Immers is dat niet de beste verhouding, maar puur de verhouding die het minste restproduct levert. 12,7:1 is de ideale verhouding voor vermogen en koppel bijvoorbeeld….
Interessant discussie. Ondanks bovenstaande opmerkingen
op het speciale van FSI, lijkt er in de praktijk toch hoog opgekeken
te worden tegen FSI. Als de injectie niet stratified is, dan lijkt mij de
alleen steeds verdergaande procesregeling met sensors en regelloops
het belangrijkste verschil tussen FSI en GDI van Mitsubishi/de
injectie die ik op mijn toyota corolla 1.6i 16V uit 1991 al had. Dit
lijkt me overigens niet exlusief voor FSI motoren…
lucht injecteren?

volgens mij werkt dat niet ten 2e heb je veel meer lucht nodig

en ten 3e, als de zuiger de inlaat slag maakt trekt ie vacuum, waarom zou je daar geen gebruik meer van maken. want doormiddel van vacuum kan de cilinder rijk worden gevuild met lucht
is een goede http
maar minder info over indirecte diesel
halllo
ik heb info nodig over indirecte dieselinspuiting voor school
dank uuuuu

Geef een reactie:

Je moet ingelogd zijn om reacties te posten, registreren kan HIER (ook via Facebook).