Een frisse duik in de techniek van vandaag de dag.
De traditionele verbrandingsmotor bevindt zich momenteel in hetzelfde stadium als de Series 800 Terminator Model 101 in Terminator Genisys. Het ding is al oud, maar nog niet obsoleet. Nog altijd vindt er technische ontwikkeling plaats om nog wat jaartjes toe te kunnen voegen aan de levensverwachting van ICE’s (Internal Combustion Engine).
Een van die ontwikkelingen is het integreren van het uitlaatspruitstuk in de cilinderkop van de motor. Volkswagen past dit trucje bijvoorbeeld toe in haar EA888-motoren en Ford in de drie- en vierpits EcoBoost-blokjes. De vraag is echter: waarom doen ze dit? Opper-nerd Jason Fenske van Engineering Explained heeft onlangs een video gemaakt om een en ander inzichtelijk te maken. Volgens mij snap ik het nu ook, dus bij deze de sprong in het diepe, koude water.
Schematische voorstelling:
Bovenstaand plaatje geeft weer hoe het uitlaatspruitstuk ‘opgesloten’ zit in de cilinderkop. De uitlaatgassen worden vanaf de uitlaatkleppen in het spruitstuk geleid. Het spruitstuk zelf wordt omgeven door waterreservoirs, die de hete dampen afkoelen. Nadat de uitlaatgassen de veilige omgeving van de motor verlaten worden ze vrijwel direct ingezet om de turbo (die unit daar links van de motor) aan te zwengelen.
Nog een verduidelijkende voorstelling:
Op dit plaatje kan je zien hoe er binnen de cilinderkop een soort koelvest zit rondom het uitlaatspruitstuk.
Een echt plaatje van de motor:
Hier zie je hoe de full metal cooling jackets er in het echt uitzien.
Voordelen van deze setup:
Het integreren van het uitlaatspruitstuk in de cilinderkop op deze manier brengt enkele voordelen met zich mee. Ten eerste wordt de motor eerder warm. Dat is goed voor de levensduur en het verbruik van je motor, maar ook voor het passagierscompartiment van je auto op een koude winterdag.
Tegelijkertijd wordt de temperatuur waarmee de uitlaatgassen de turbo en katalysator bereiken verlaagd. Volgens Volkswagen gaat het om een verschil van zo’n 70 graden op het moment dat de gassen bij de turbo aankomen. Het voordeel dat dit oplevert heeft vooral te maken met de katalysator. Deze heeft een bepaalde temperatuur nodig om goed te werken, maar als ‘ie te heet wordt, kan dat schade opleveren.
Om die schade tegen te gaan werd/wordt er bij hoge belasting soms extra brandstof de cilinders ingespoten. Dat klinkt in eerste instantie wellicht raar, maar extra benzine de motor inplempen koelt de motor en (dus) de uitlaatgassen. Dankzij het koelen van het uitlaatspruitstuk in de motor is dit minder noodzakelijk, dus je bespaart er brandstof (Volkswagen claimt maar liefst 20 procent) én je katalysator mee.
Nadelen van deze setup:
Elk voordeel ‘heb’ zijn nadeel, maar toch valt de schade in dit geval mee. Het grootste nadeel is dat je extra hitte absorbeert in de motor. Bij modale hoeveelheden pk’s is dit nadeel echter te behappen. Een ander nadeel is dat het dankzij de extra gecompliceerde cilinderkop wat lastiger is voor tuners om meer pk’s uit de motor te peuren door de kop aan te passen. Maar goed, tegenwoordig doen de meeste tuners sowieso niet veel meer dan een ander chippie in de auto zetten.
Ik kan zo al een hoop nadelen bedenken, aanzienlijk minder duurzaam, een hoop vermogen zal verloren gaan door de hitte in de motor en het afkoelen van de uitlaatgassen (= minder spoelen van de turbo dus moet weer een kleiner exemplaar gebruikt worden= weer minder efficiënt en hoger brandstofverbruik).
Moderne meuk, de motor was perfect, en de afgelopen 15 jaar gaan ze alleen maar meer verbruiken en eerder stuk. Maar hé, op papier lijkt het schoon en je interieur is 1 seconde eerder warm!
@v70t6r: je vergeet het belangrijkste voordeel. 20% brandstof besparing onder last omdat er armer ingespoten kan worden. Dan maakt die minder efficiëntie turbo weinig uit. Daarbij is de hitte prima uit de motor te halen als je de boel er op ontwerpt.
@v70t6r: Waarom zouden gekoelde uitlaatgassen tot minder effect op de turbo leiden? Het gaat om de hoeveelheid lucht, niet de temperatuur ervan. De hoeveelheid lucht wordt bepaald door het toerental van de motor. Een föhn werkt, als het alleen om losblazen van haar gaat, even goed zonder verwarming als met. Is niet te vergelijken met de turbine in een straalmotor; daar moet de doorstromende lucht heet zijn voor voortstuwingsdruk, met alle kwalijke gevolgen voor de turbinebladen.
@oxymoron:
Warme lucht heeft een groter volume, bij koelen krimpt de lucht, daarom dat je de uitlaatgassen zo heet mogelijk wilt tot de turbo, dan draait die harder en is efficiënter
Moderne motoren met meer techniek en fratsen gaan alleen maar meer problemen krijgen, back to basics… fatsoenlijk materiaal gebruiken en je blokje kan alles aan. Tegenwoordig loopt iedere M of AMG stuk, terwijl mijn oude Volvo blokjes met 2000cc op 400-500pk gewoon een half miljoen km draaien.
Verbruik was vroeger ook veel gunstiger, maar tegenwoordig is CO2 een of ander gifgas en wordt er niet gekeken naar verbruik terwijl ze allemaal 50% zuiniger zouden kunnen zijn. Lijkt mij toch een stuk fijner dan dat de CO2 omlaag gaat bij het verstoken ervan. De werkelijke vervuiling zit hem eerder in het oliepompen, kraken en transporteren van die rommel dan onze inmiddels zeer doorontwikkelde autotjes.
@v70t6r: je denkt iets te simpel. Ten eerste houden extreem geblazen volvo blokjes het echt geen half miljoen km vol, en de duur dat ze het wel volhouden is voor een groot deel juist te danken aan rijke inspuiting. Anders blijft er helemaal niks over van alles in je verbrandingskamer. Maar eigenlijk hebben die motoren inwendig ook gewoon nieuwe onderdelen (en alsnog rijk afgesteld) dus je kunt het helemaal niet vergelijken.
Daarbij is een gekoeld spruitstuk juist heel erg simpel. Er zitten niet eens bewegende onderdelen op. Alleen de ontwikkeling is wat lastiger. Dat maakt het dus ook zo’n mooie ontwikkeling.
Je turbo krijgt iets minder lucht, maar je hebt wel minder tegendruk. Immers krimpt de lucht waardoor de zuiger minder hoeft te drukken. Als je toch gaat mierenneuken over afgekoelde lucht moet je dat ook meenemen. Het zou mij verbazen als je over meer dan een tiende procent praat. Tegenover tot 20% besparing onder zware last. Dat is dus 20% besparing op het moment dat je motor het zwaarst werkt!
En als laatst heb je het over verbruik. Ook al zo’n kortzichtige opmerking want hoewel auto’s destijds soms vergelijkbaar verbruik hebben komt dat zeker niet door de efficiëntie van de motor. En je vergeet ook nog eens dat de motoren van nu veel minder daadwerkelijk nare stofjes uitstoten. Ten koste van het verbruik dus (=co2 uitstoot).
@v70t6r: ik wil nog eventjes benadrukken dat je het co2 gedeelte echt helemaal verkeerd hebt want co2=verbruik en verbruik=co2 uitstoot. Je kunt het één zelfs met het ander berekenen…
Niet gehinderd door enige kennis van zake, noemt men dat. Terug naar school zeg ik dan.
@oxymoron:
Het gaat juist om de warmte van de uitlaatgassen voor de turbo. Die hete gassen expanderen in de turbo wat het schoepenrad aanjaagt. Het wel of niet goed functioneren van de turbo wordt niet voor niets afgemeten aan de warmteval over de turbo.
@original_arnoud: je bent er dichtbij. Nu is het zo dat de uitlaatgassen niet opeens ijskoud zijn, dankzij de gekoelde uitlaatcollector zijn ze iets koeler maar nog steeds honderden graden. Omdat ze koeler zijn gaat er meer massa door de turbo, wat ook betekent dat er meer massa lucht en dus zuurstof door gans de motor kan en er dus meer brandstof tot ontbranding kan komen. Dus potentieel meer vermogen uit een gegeven grootte turbo. Of meer efficiëntie.
@v70t6r: minder lucht van de turbo betekent minder vermogen. De efficientie van de motor is hoger zonder turbo. Als de turbo koeler is, zullen ook de verbrandingsgassen koeler zijn en gaat die recirculatieklep misschien wat minder open.
@v70t6r: misschien dat je in de opwarmfase wat vermogen verliest, maar onder zware belasting is het net omgekeerd, je kan er méér vermogen uithalen, simpelweg omdat je minder snel aan de grenzen van de turbo zit. Door je (hete) turbo kan maar een bepaalde hoeveelheid gassen, zijn die gassen relatief koeler dan kan er een hogere massa verbrandingsgassen door, wat betekent dat er ook meer lucht én zuurstof in de motor kan, en er dus meer brandstof effectief verbrandt kan worden. Meer vermogen dus. Ook zal een minder hete turbo aan de compressorzijde minder de inlaatlucht opwarmen, dus daar hoef je dan wat minder te koelen met de IC (of je krijgt weerom meer koele lucht binnen).
Of ook anders bekeken, waar men vroeger de uitlaatgassen moest koelen met brandstof(verbruik), doen ze het nu met waterkoeling met vooral veel voordelen. De rest blijft gelijk. Een tuner kan er dan weer brandstofkoeling (rijk mengsel) bijgooien zodat ze de turbo nog wat harder kunnen belasten, waar de extra koeling dus een extra vermogenswinst kan geven voor een gegeven turbo. Zoiets. Op de EA888 is dat overigens ongeveer 410pk met de originele IS38 turbo, niet slecht.
Ongelooflijk dat ze dit nu pas doen. Ik dacht altijd dat een motor rijk afgesteld moest staan om ingebrande zuigers en kleppen te voorkomen maar als die er tegen kunnen is dit wel een hele makkelijke manier om brandstof te besparen. Ook leuk op een atmosferische motor, wellicht zelfs als toevoeging op bestaande motoren als die er tegen kunnen…
Altijd leuk, een techniek artikel van AB.
Ik kijk ook vaak de filmpjes van zijn yt kanaal. Vaak wel interessant en duidelijke uitleg.
Leuke artikelen zijn dit altijd, dat YouTube kanaal is ook een aanrader trouwens ondanks dat de stof soms een beetje droog is
(Volkswagen claimt maar liefst 20 procent)
Hahaha, vast weer een sjoemelgate…
Gaaaaaaap, alweer een artikel over doelloze techniek van VW. Tijd om dit blog om te dopen naar Germanblog
En waarom moeten @jaapiyo z’n stukjes altijd vol moeten zitten met kinderachtige straattaal en een partij gele pijlen waar ze bij Dumpert en Upcoming nog jaloers op zijn?
@noosaheads: heeft uitlaatspruitstuk tegenwoordig een dubbele betekenis op de gritty streets?
@jaapiyo waar is mijn comment gebleven?
@peugeotgti: die is gemodereerd door een collega vanwege offtopic.
Leuk artikel.
Het is ook interessant om te zien dat verschillende fabrikanten soms op ongeveer hetzelfde moment tot dezelfde oplossingen komen. Honda’s Type-R turbo motor heeft ook zo’n ‘inwendig’ uitlaatspruitstuk, net als Mazda’s 2,5 liter turbo in de Amerikaanse CX9.
Er zit leuke techniek in de ea888 gen3. Vroeger deden de fabrikanten alles lang en breed uit de doeken, nu zijn ze meer restrictief lijkt me. Concurrentie en tjoeners niet te veel prijs geven?