Bensiinimoottorin energiatehokkuuden parantaminen

Koska bensiini on peräisin suurimmaksi osaksi uusiutumattomista luonnonvaroista, on tärkeää että autojen kulutuksen pienentämiseen tähtäävä kehitystyö on jatkuvaa. Myös lainsäädännöllä ohjataan autoteollisuutta ja kuluttajia suosimaan vähemmän kuluttavia autoja valmistajille kohdistetuin sanktioin ja hiilidioksidipäästöihin sidotun autoverotuksen avulla.

Automallien sukupolvien vaihtuessa oli pitkään yleistä, että henkilöauton moottoreiden iskutilavuuksia kasvatettiin vähitellen suuremmiksi – automallin uudistuessa perusmoottorin iskutilavuus saattoi kasvaa desilitran tai pari. Liikenneympäristö ei kuitenkaan muuttunut niin, että tehoa olisi tarvittu enemmän, pikemminkin markkinointi antoi kuluttajille syyn uskoa suuremman moottorin sopivan heille pientä paremmin.

Auton tehontarve vaihtelee ajossa melko paljon. Suurimman osan aikaa tasaisella nopeudella ajettaessa tarvitaan vain pieni osa siitä tehosta, mikä tarvitaan auton ripeään kiihdyttämiseen. Näin ollen suuren osan ajasta moottorit toimivat vajaalla kuormituksella, mikä huonontaa niiden hyötysuhdetta.

Iskutilavuuden pienentäminen

Koska kehittyneempi moottoritekniikka on mahdollistanut entistä suuremmat moottoritehot, moottorin iskutilavuutta voidaan pienentää suorituskyvyn siitä kärsimättä. Yhä useampi valmistaja esittelee uusia moottoreita, jotka ovat iskutilavuudeltaan selvästi aiempaa pienempiä. Tätä trendiä kuvataan yleisesti englanninkielisellä downsizing-termillä.

Aiempien 1,6-litraisten perusmoottoreiden korvaajiksi on tullut 1,2-litraisia ahdettuja moottoreita, joiden teho ja vääntö ovat usein 1,8-litraisten vapaasti hengittävien moottoreiden tasolla. Monet autonvalmistajat suunnittelevat myös vielä pienempiä, alle yksilitraisia ahdettuja bensiinimoottoreita, jotka ovat kaksi- tai kolmisylinterisiä.

Ahtaminen voidaan toteuttaa mekaanisella ahtimella tai pakokaasuahtimella eli turbolla. Mekaaninen ahdin saa käyttövoimansa yleensä kampiakselilta, turbo hyödyntää pakokaasun liike-energiaa. Ahtimia voi olla myös kaksi, jos halutaan ahtamistoiminnon ulottuvan laajalle kierroslukualueelle. Ahtimella saadaan tuotettua moottorin imusarjaan ulkoilmaa korkeampi ilmanpaine, jolloin moottorin palotilaan saadaan sopimaan enemmän happea. Tämä taas mahdollistaa sen, että pienessä moottorissa voidaan korkean kuormituksen alaisena polttaa enemmän polttoainetta.

Vähäisellä kuormituksella pieni ahdettu moottori on selvästi taloudellisempi kuin yhtä tehokas suurempi ahtamaton moottori. Moottorin pienentäminen yleensä myös vähentää sen painoa, millä on myös positiivinen vaikutus polttoaineenkulutukseen.

Polttoaineen syöttö

Vanhoissa bensiinimoottoreissa polttoaine syötettiin moottoriin kaasuttimella, joka ei aina taannut moottorin tarpeisiin nähden sopivaa polttoaineannosta. Mekaaninen ja myöhemmin elektroninen polttoaineensuihkutus antoivat mahdollisuuden suihkuttaa moottorin imusarjaan paremmin säännösteltyjä polttoaineannoksia, mikä paransi tehoa ja vähensi käyntihäiriöitä ja pakokaasupäästöjä.

Kuten kaasuttimen kanssa, myös imusarjasuihkutuksella varustetuissa moottoreissa ilman ja polttoaineen seoksen pitää ohittaa moottorin imuventtiili ennen palotilaan pääsyä. Tänä päivänä monissa bensiinimoottoreissa on suorasuihkutus, jossa polttoainesuutin syöttää bensiinin suoraan moottorin palotilaan. Tällä tavalla polttoainesuihkun koostumusta ja suuntaa voidaan säätää entistä tarkemmin, mikä tekee palamisesta tehokkaampaa.

Suorasuihkutuksella on myös helpompaa annostella polttoainetta useammissa erissä työkiertoa kohden, mikä vaatii järjestelmältä suurta tarkkuutta ja nopeutta. On olemassa myös bensiinimoottoreita, joissa on sekä imusarja- että suorasuihkutus. Kahden järjestelmän yhdistelmä on monimutkainen, mutta sillä päästään pienempiin hiukkaspäästöihin eri moottorin kuormitustilanteissa. Tulevaisuudessa joissain bensiinimoottoreissa saatetaan käytetään dieselmoottorin tapaan puristussytytystä, jolloin sytytystulppia ei enää tarvita.

Venttiilikoneisto

Myös moottorin hengityksessä eli venttiilien käytössä on otettu käyttöön uutta ohjausteknologiaa. Ilman kiertoa moottorissa pyritään optimoimaan pituudeltaan muuttuvalla imusarjalla sekä venttiilien ajoituksen ja avautumisasteen muutoksella. Näin saadaan aikaan optimaalinen kaasunvaihto kaikissa kuormitustilanteissa, mikä pienentää polttoaineenkulutusta ja vähentää päästöjä.

Sylintereiden poiskytkeminen

Elektronisten järjestelmien kehittyminen antaa entistä monipuolisempia mahdollisuuksia bensiinimoottorin hallintaan. Yksi mahdollisuus on muuttaa moottorin iskutilavuutta kuormitustilanteen mukaan, minkä voi hoitaa kytkemällä osan sylintereistä tilapäisesti pois käytöstä.

Tällaisessa moottorissa voidaan ohjata nokka-akselin venttiilejä käyttäviä nokkia ja kevyellä kuormituksella voidaan pitää osa venttiileistä kiinni, jolloin pois kytketyille sylintereille ei ohjata polttoainetta. Töihin jääneet sylinterit kuormittuvat enemmän, mikä parantaa niiden hyötysuhdetta. Tämä tekniikka ei ole vielä yleistynyt pienissä bensiinimoottoreissa, mutta joitakin sovelluksia nelisylinterisistä moottoreista on jo olemassa.

Moottorin sammuttaminen

Yksi viime vuosina yleistyneistä polttoaineenkulutusta vähentävistä ratkaisuista on start-stop-toiminto, joka sammuttaa auton moottorin paikallaan seisottaessa. Useissa autoissa toiminto aktivoituu, kun paikallaan seisottaessa vaihde kytketään vapaalle ja kytkinpoljin nostetaan ylös. Moottori käynnistyy heti kun kytkinpoljin painetaan taas alas. Kaupunkiajossa toiminto pienentää polttoaineenkulutusta, sillä se eliminoi paikallaan esimerkiksi liikennevaloissa seisottaessa tapahtuvan tyhjäkäynnin.

Kuljettajan opastus

Kuljettajalla on kaikesta uudesta tekniikasta huolimatta vielä suuri vaikutus polttoaineenkulutukseen. Kuljettaja päättää mitä nopeutta ja millä tyylillä ajetaan ja milloin vaihteita käytetään. Monet kuljettajat ajavat tahattomasti epätaloudellisella ajotavalla, eivätkä hyödynnä auton moottorin ominaisuuksia parhaalla mahdollisella tavalla. Uusissa autoissa ovatkin yleistyneet vaihtamismerkkivalot, jotka opastavat kuljettajaa käyttämään kuhunkin ajotilanteeseen parhaiten soveltuvaa vaihdetta. Myös ajotietokoneeseen ohjelmoitavat maksiminopeuden varoittimet sekä nopeusrajoituksen tunnistavat järjestelmät yleistyvät paremmin varustelluissa autoissa.


Oliko artikkeli hyödyllinen?

Sivua päivitetty viimeksi 18.11.2016