Sähköautot tulevat, mutta polttomoottori ei todellakaan kuole – ja se on yli sata vuotta vanhan keksinnön ansiota - Auto | HS.fi
Auto

Sähköautot tulevat, mutta polttomoottori ei todellakaan kuole – ja se on yli sata vuotta vanhan keksinnön ansiota

Moderni bensiinimoottori on kehitetty huippuunsa, koska polttoainetta täytyy säästää, ja päästöjen on oltava mahdollisimman pienet.

Vuoden 1975 Cadillac Fleetwood.

Vuoden 1975 Cadillac Fleetwood. Kuva: 55allegro / Wikimedia Commons

Julkaistu: 30.1. 12:16

Vuoden 1975 Cadillac Fleetwood on majesteettinen auto.

Se on kaikin tavoin suuri: auto on kookas ja siinä on varsin isokokoinen moottori. Auton sai esimerkiksi 8,2-litraisella V8-moottorilla.

Jotain pientäkin autossa on, ja se on teho. Tästä valtavasta, yli kahdeksan litran iskutilavuuden moottorista otettiin irti 182 hevosvoimaa tehoa.

Hevosvoimia litraa kohden oli siis 23.

Se on aika vähän, jos vertaa esimerkiksi nykyaikaiseen Mercedes-Benz AMG A45:een. Siinä on karvan alle 2-litrainen moottori, joka kehittää 415 hevosvoimaa.

Siis noin 208 hevosvoimaa litraa kohden. Mersun litra-hevosvoima-suhde on lähes kymmenkertainen verrattuna Cadillaciin.

Mercedes AMG A 45S Frankfurtin automessuilla Saksassa syyskuussa 2019.

Mercedes AMG A 45S Frankfurtin automessuilla Saksassa syyskuussa 2019. Kuva: Michael Debets / Zuma

Miten se on mahdollista, kun molemmissa on periaatteessa samalla periaatteella käyvä voimanlähde eli polttomoottori?

Yleensä se menee näin: mitä isompi moottori on iskutilavuudeltaan, sitä tehokkaampi se on. Tämä on nyrkkisääntö, joka ei etenkään nykyään pidä enää paikkaansa.

 Taikasana mahdollisimman suurelle ilman massavirralle on turbo.

”Geometrinen iskutilavuus on toisarvoinen asia. Tärkeää tehon kannalta on ilman massavirta, koska se määrittää, paljonko voidaan polttaa polttoainetta”, VTT:n johtava tutkija ja polttomoottoriasiantuntija Juhani Laurikko kertoo.

Taikasana mahdollisimman suurelle ilman massavirralle on turbo.

”Turbolla saadaan lisää ilman massavirtaa, jolloin voidaan samalla lisätä enemmän myös polttoainetta”, Laurikko sanoo.

Nykyään käytännössä kaikissa dieselmoottoreissa ja suuressa osassa bensiinimoottoreista on turboahdin.

Sen avulla saadaan pienestä moottorista irti tehoa niin, että polttoaineen kulutus ei nouse samassa suhteessa kuin jos moottori olisi suuri, vapaasti hengittävä moottori.

Joskus autoja piristetään myös mekaanisilla ahtimilla, mutta ne ovat huomattavasti harvinaisempia kuin turboahtimet. Keskittykäämme siis turboihin.

Turboahdin ei ole mikään uusi keksintö, vaan teknologiasta on oltu tietoisia liki yhtä kauan kuin autoja on ollut olemassa.

Teknologian kehitti sveitsiläinen insinööri Alfred Büchi. Hän sai patentin keksinnölleen jo vuonna 1905.

Miksei sitten kaikissa autoissa ole aina ollut turboahtimia? Miksi kukaan haluaisi, että moottori kuluttaa ehdoin tahdoin paljon polttoainetta tai on ehdoin tahdoin tehoton?

Nykyisin arkipäiväiseksi käynyt turboahdin on metallimöhkäle, jonka pääasialliset komponentit ovat siipipyörät, turbiini ja kompressori.

Kun kuski polkee kaasua, siipipyörät lähtevät pyörimään pakokaasun voimasta. Mitä ankarammin polkee kaasua, sitä vinhemmin siipipyörät pyörivät ja sitä enemmän tehoa ja vääntöä turbo antaa.

Tässä tulee vastaan ensimmäinen turbomoottorin ”vika”. Kun painaa kaasua, turbon siipipyörät eivät ala pyöriä välittömästi.

Tämä tuntuu viiveenä, joka on perin häiritsevää etenkin vanhemmissa turbomoottoreissa: sitä laittaa kaasun pohjaan eikä oikein mitään tapahdu, kunnes turbo hörähtää yhtäkkiä käyntiin ja auto saa ikään kuin potkun takapuoleensa.

 Ennen turbot tekivät auton käyttäjän elämästä hankalaa.

Vanhoissa turbomoottoreissa viive on sitä pahempi, mitä suurempi turbo moottorissa on: mitä suurempia siipipyöriä pakokaasun voimin pitää pyörittää, sitä kauemmin menee, että ne saadaan liikkeelle.

Siksi turbomoottorin suunnittelu oli aikoinaan aina kompromissi. Turbon piti olla riittävän suuri, jotta se tuottaisi merkittävästi lisää tehoa ja vääntöä, mutta riittävän pieni, jotta viive ei kasvaisi älyttömäksi.

Nykyään viivettä on saatu merkittävästi pois muuttuvasiipisillä turboahtimilla, joiden pakopesässä on muuttuvat säätösiivet.

Toinen syy, miksi kaikissa autoissa ei ole turbomoottoreita on se, että se tekee moottorin monimutkaisemmaksi ja kalliimmaksi.

Aikoinaan polttoaineenkulutuksella ei ollut niin väliä, kun bensa oli halpaa, maailma oli kaikkien yhteinen kaatopaikka ja ilmastonmuutoksesta ei tiedetty tuon taivaallista.

Oli turhaa tuhlata rahaa tekemällä moottori monimutkaisemmaksi ja helpommin särkyväksi – mitä enemmän siinä on osia, jotka voivat hajota, sitä todennäköisemmin jotain hajoaa.

Ennen vanhaan turbot tekivät auton käyttäjän elämästä muutenkin hankalampaa.

 Turbo tuo paitsi tehoa, myös vääntöä, ja se on lopulta merkitsevin asia arkiajossa.

Koska turbo pyörii vinhasti, se vaatii paljon voiteluainetta. Aikoinaan voiteluaineet ja teknologia olivat kehittymättömämpiä, joten turbomoottorilla varustettujen autojen käyttäjiä kehotettiin tyhjäkäyttämään moottoria jonkin aikaa pitkän ajorupeaman jälkeen.

Tämä johtui siitä, että mikäli kuuman moottorin sammuttaisi heti, turbo ei saisi enää voitelua ja joutuisi pyörimään ”kuivana”, mikä saattaisi vahingoittaa sitä.

Nykyään tämäkin asia on ratkaistu esimerkiksi paremmilla voiteluaineilla.

Turbo tuo paitsi tehoa, myös vääntöä, ja se on lopulta merkitsevin asia arkiajossa.

Turboteknologia on nykyään niin hyvää, että esimerkiksi 1,6-litrainen reilun sadan hevosvoiman auto tuntuu normaalissa ajossa pirteämmältä kuin viisitoista vuotta vanha vapaasti hengittävä 3-litrainen auto, jossa on yli 200 hevosvoimaa.

Tämä johtuu siitä, että pienellä turbomoottorilla autoon saadaan vääntöä suuremmalle kierrosalueelle. Auto siis kiihtyy pirteästi matalilla kierroksilla, mikä saa sen tuntumaan tehokkaalta.

Vapaasti hengittävä moottori taas piristyy kunnolla vasta, kun kierrokset nousevat korkealle, ja voi tuntua laiskalta matalilla kierroksilla.

Vapaasti hengittävä, iso bensiinimoottori kyllä päihittää pienen turbomoottorin, kun lähdetään ajamaan kilpaa korkeilla kierroksilla ja nopeudet nousevat korkeiksi. Mutta sellaistahan ajo ei ole arkisissa tilanteissa liki koskaan.

 Pieni turbomoottori ei puhuttele kaikkia ihmisiä samalla tavalla kuin suuri, vapaasti hengittävä moottori.

Turbomoottoreita vastustetaan myös syistä, joita on hankala selittää ihmiselle, joka ei ole autoihin vihkiytynyt petrooliseksuaali.

Vanha viisaus nimittäin sanoo, että vaikka autoja ajetaan väännöllä, niitä myydään teholla.

Pieni turbomoottori ei siis puhuttele kaikkia ihmisiä samalla tavalla kuin suuri, vapaasti hengittävä moottori.

Järkisyitä tälle on nykyään asianmukaisten turbomoottoreiden aikakaudella hankalaa esittää. Turbojen kestävyysongelmat on pääosin ratkaistu, ja vaikka viritetty turbo on todennäköisesti edelleen vähemmän kestävä kuin löysä, iso vapaasti hengittävä moottori, käytännössä sillä ei ole yleensä merkitystä.

”Nykyaikaisilla suunnittelutyökaluilla, paremmilla rakenneaineilla ja ylivoimaisella valmistusteknologialla moottorit voidaan nykyään mitoittaa paremmin tarvetta vastaaviksi, jolloin tehotiheyttä on voitu nostaa riskeeraamatta moottorin kestoikää liikaa”, VTT:n Juhani Laurikko kertoo.

Kysymys on siis tunnepuolen asioista.

Kuten osa ihmisistä vannoo vinyylilevyjen nimeen ja vihaa cd-levyjä ja suoratoistopalveluja, osa ihmisistä vannoo vapaasti hengittävien moottoreiden nimeen ja kavahtaa turbomoottoreita.

Niiden luonne on erilainen.

Suurinta osaa asia taas ei voisi vähempää kiinnostaa: jos musiikki kuuluu ja auto kulkee – mahdollisimman halvalla – kaikki muu on puristien höpötystä.

1950-luvulla keksittiin poltto­moottori, joka olisi voinut leikata suuren osan autojen päästöistä, mutta sitä ei koskaan otettu laajasti käyttöön

Seuraa uutisia tästä aiheesta