Dieselmoottori

Dieselmoottorille on antanut nimensä keksijä Rudolf Diesel, joka patentoi moottorityypin vuonna 1893. Tämä kaasuöljyä käyttävä puristussytytteinen moottori on hyötysuhteeltaan parempi kuin bensiinimoottori. Hyötysuhde on parhaimmillaan noin 40 prosenttia.

Parempi hyötysuhde johtuu korkeammasta puristussuhteesta sekä siitä, ettei imuilman määrää bensiinimoottorien tapaan kuristeta kaasuläpällä. Näin vältetään imuilman kuristushäviöt, jotka huonontavat perinteisen bensiinimoottorin hyötysuhdetta erityisesti osakuormilla. Dieselmoottorin tarvittava teho säädetään polttoaineen syöttömäärän avulla.

Dieselmoottori on yleisin moottori hyötyajoneuvoissa, ja monissa Euroopan maissa se on yleisin moottorityyppi myös henkilöautoissa.

Toimintaperiaate

Auton dieselmoottori on toimintaperiaatteeltaan pitkälti bensiinimoottorin kaltainen. Eroa on lähinnä polttoaineensyötössä ja -sytytyksessä sekä päästöjen jälkikäsittelyssä. Polttoaine syttyy dieselissä puristustahdin aikana kohonneen paineen vaikutuksesta, eikä sytytystulppia tarvita. Työtahteja on bensiinimoottorin tapaan neljä: mäntä liikkuu alaspäin ja palotila täyttyy imuventtiilistä tulevan ilman ja yleensä suoraan sylinteriin ruiskutettavan polttoaineen seoksella, mäntä liikkuu ylös ja puristaa seoksen, joka syttyy puristuksen vaikutuksesta, minkä seurauksena mäntä liikkuu jälleen alaspäin. Ylös palatessaan mäntä poistaa palamiskaasut sylinteristä pakoventtiilin kautta.

Uusimmissa dieselmoottoreissa dieselöljy syötetään suoraan sylinterin palotilaan, mutta vanhemmissa moottoreissa polttoaine syötettiinensin esikammioihin. Palamisen käynnistyttyä se levisi edelleen palotilaan. Koska polttoaine sytytetään puristamalla eikä sytytystulpan kipinällä, joutuu moottori mekaanisesti kovemman rasituksen alaiseksi kuin bensiinimoottori, minkä takia dieselmoottorit ovat perinteisesti olleet samankokoisia bensiinimoottoreita raskaampia.

Painon lisäksi paremman hyötysuhteen ja polttoainetalouden kääntöpuolina ovat olleet kalliimpi rakenne, pienempi teho ja korkeampi melutaso. Dieselmoottoreissa käynnistysmoottorilta vaaditaan myös suurempaa tehoa kuin bensiinimoottoreissa, koska moottorin pyörittäminen käyntiin on raskaampaa korkeamman puristussuhteen takia.

Perinteiset eroavaisuudet bensiini- ja dieselmoottoreiden välillä alkavat olla kuitenkin kaventumassa. Moottorin lujuus ja paino pystytään nykyään optimoimaan paremmin jo suunnitteluvaiheessa, mikä on kaventanut painoeroa. Ahtaminen ja kehittynyt moottorinohjaustekniikka taas on nostanut dieseleiden litratehot uudelle tasolle, ja samalla niiden kulutus on pienentynyt entisestään.

Päästöjen hallinta dieselissä

Dieselmoottoreiden tehon kulutuksen lisäksi myös niiden päästöihin kohdistuu yhä kovempia odotuksia. Suurimpina ilmaa pilaavina päästöinä dieseleissä ovat typen oksidit ja hiukkaspäästöt. Typen oksideita on vähennetty pakokaasujen kierrätyksellä (EGR), jossa osa pakokaasuista kierrätetään uudelleen moottoriin, mikä vähentää hapen osuutta palotilassa, laskee palamislämpötilaa ja näin ollen vähentää typen oksidien syntyä. Koska EGR laskee palamistilan happipitoisuutta, se huonontaa hyötysuhdetta hieman.

Joissakin uusissa henkilöautodieseleissä on turvauduttu pakokaasujen lisäaineelliseen jälkikäsittelyyn. Tämä selektiivinen puhdistusmenetelmä (SCR) käyttää lisäaineena AdBlue-tuotenimellä myytävää lisäainetta, joka koostuu ureasta ja vedestä. Pakoputken sisälle suihkutettaessa urealiuos hajoaa lämmössä ammoniakiksi ja hiilidioksidiksi.

Ammoniakki reagoi pakokaasun typen oksidien kanssa katalysaattorissa, jossa nämä pelkistyvät typpikaasuksi ja vesihöyryksi. Tämä ratkaisu vaatii lisäaineen lisäämistä sille varattuun säiliöön. Raskaassa kalustossa ainetta pitää lisätä yleensä muutaman tankkauskerran välein, mutta henkilöautosovelluksissa on päästy siihen, että täyttö voidaan yleensä suorittaa aina huoltojen yhteydessä, eli selvästi harvemmin.

Hiukkaspäästöjä on onnistuttu vähentämään kehittämällä polttoaineen syöttöä siten, että mahdollisimman suuri osa polttoaineesta palaa täydellisesti, eikä esimerkiksi nokea pääse syntymään. Uusissa autoissa yleistyvät myös keraamiset tai metalliset hiukkassuodattimet ja -loukut, joissa saattaa olla regenerointiominaisuus. Tämä tarkoittaa sitä, että pikku hiljaa tukkeutuva suodatin puhdistetaan nostamalla pakokaasujen lämpötilaa tilapäisesti, jolloin suodattimeen kertyneet hiukkaset palavat pois.

Palamattomat hiilivedyt ja häkäpäästöt voidaan pelkistää hiilidioksidiksi ja vedeksi jalometalleja sisältävän hapettavan katalysaattorin (DOC) avulla samalla tavalla kuin bensiinimoottorissa.

Hiilidioksidi ja biopolttoaineet

CO₂-päästöt eli hiilidioksidipäästöt ovat suoraan suhteessa ajoneuvon polttoaineenkulutukseen. Litrasta dieseliä syntyy 2 660 grammaa hiilidioksidia. Dieselöljyn suurempi päästötaso aiheutuu sen suuremmasta hiilisisällöstä verrattuna bensiiniin. Dieselmoottori tuottaa kuitenkin paremman hyötysuhteensa ansiosta vähemmän hiilidioksidipäästöjä kuin bensiinimoottori. Viime vuosina dieselmoottorit ovat kehittyneet yhä taloudellisemmiksi, mikä on alentanut CO₂-päästöihin sidotun verotuksen takia dieselautojen hankintahintoja.

Yksi pienen energiankulutuksen varjopuolista tulee esiin talvisäässä, jolloin moottori ei tuota tarpeeksi hukkalämpöä matkustamon lämmitykseen. Siksi moni dieselhenkilöauto on varustettu polttoainekäyttöisellä lisälämmittimellä, joka tuottaa matkustamoon lisälämpöä, mutta lisää myös polttoaineen kulutusta.

Kuten bensiiniautossa, myös dieselautossa hiilidioksidipäästöjä voidaan vähentää käyttämällä biopolttoainetta. Joissakin moottorityypeissä saattaa olla mahdollista käyttää polttoaineena kasviöljyjä kuten esimerkiksi rypsiöljyä. Nykyään on kehitetty toisen sukupolven vetykäsiteltyihin kasviöljyihin perustuvia biopolttoaineita, kuten NEXBTL (Neste Oil) tai BioVerno (UPM). Niitä voi käyttää kaikissa dieselmoottoreissa ja sekoittaa vapaasti fossiilisen dieselpolttoaineen kanssa, joskin uusiutuvan dieselin osuus (bio-osuus) dieselöljystä on Suomessa ollut käytännössä enintään 30 prosenttia.

Tulevaisuudennäkymät

Dieselautot kasvattivat suosiotaan Suomessa vielä reilut kymmenen vuotta sitten, koska niiden hinta oli hiilidioksidipäästöihin sidotun verotuksen ansiosta tullut lähemmäksi bensiinikäyttöisiä autoja, ja myös polttoaine oli bensiiniä halvempaa. Suurimmillaan dieselautojen markkinaosuus oli lähes 50 prosenttia vuonna 2008. Sen jälkeen dieselien suosio on kuitenkin kääntynyt selvään laskuun ja vuonna 2022 niiden markkinaosuus henkilöautojen ensirekisteröinneistä oli enää 6,63 prosenttia. Vielä vuonna 2016 dieselautojen markkinaosuus oli 33 prosenttia.

Dieselautojen osuus Suomen autokannasta ei ole kuitenkaan tällä hetkellä laskemassa , sillä käytettyjen autojen tuonti on kasvanut nopeasti viime vuosina, ja käytettynä maahantuoduista autoista iso osa  on dieselkäyttöisiä. Esimerkiksi vuonna 2018 dieselien osuus käytettynä maahantuoduista henkilöautoista oli 58 prosenttia.

Paljon ajavalle dieselmoottori on pitkään ollut Suomessa taloudellisin vaihtoehto, sillä vaikka dieselistä joutuu maksamaan käyttövoimaveron ja polttoaineen hintaetu on kaventunut, on dieselin kulutus selvästi bensiinimoottoria pienempi.

Tulevaisuudessa polttoaineen hinnan lisäksi dieselin haasteena ovat pakokaasupäästöt. Vaikka uudella tekniikalla nykydieseleiden päästöt ovat murto-osa siitä, mitä ne vielä 20 vuotta sitten olivat, ovat dieselautojen tuottamat pakokaasut edelleen yksi merkittävä kaupunkien ilmanlaatua pilaava tekijä. Uusien päästömääräyksien myötä joudutaan ottamaan käyttöön entistä monimutkaisempia pakokaasujen jälkikäsittelylaitteita, mikä saattaa nostaa dieselautojen hintaa ja huonontaa niiden kilpailukykyä bensiiniautoihin verrattuna.

On mahdollista, että pienemmissä henkilöautoissa ahdetut energiatehokkaat bensiinimoottorit vievät asiakkaita aiemmin suosituilta pienillä dieselmoottoreilla varustetuilta malleilta, mutta suuremmissa ja kalliimmissa autoissa päästötekniikan tuoma lisähinta ei ole niin tärkeää kuin hyvä kulutuksen ja suorituskyvyn suhde.