Tulevaisuuden moottori...käy bensiinillä

Koko maailma näyttää olevan sähköautokuumeessa. Kun hallitukset unelmoivat teillä liikkuvista miljoonista sähkökäyttöisistä ajoneuvoista, tiedemiehet tutkivat polttomoottorin optimointia.

Akut tai vetykäyttö ovat turhia. Luonto itse on kehittänyt täydellisen energialähteen: maaöljyn ja maakaasun. Tätä mieltä on Lino Guzzella, joka toimii lämpövoimakoneiden professorina Sveitsin liittovaltion teknisessä korkeakoulussa Zürichissä. Hiilivedyt ovat hyviä energian tuottajia, koska tankissa olevat 50 polttoainekiloa palavat yhdessä 700 ilmakilon kanssa. Ilma saadaan ulkoa, kun taas akkukäyttöisessä autossa kaikki on tavallaan kuljetettava mukana. Ratkaisuna voisi olla litium-ilma-akku, mutta se ei ole vielä kypsä sarjavalmistukseen.

 Kun monet asiantuntijat uskovat polttomoottorin lopun lähestyvän ja tulevaisuuden kuuluvan sähköautoille, jotkut tiedemiehet kehittävät edelleen polttomoottoria ja suunnittelevat outoja toteutuksia. Yksi lupaavimmista on Lino Guzzellan ehdottama.

 

Guzzella uskoo edelleen polttomoottoriin. – Kolmitoimikatalysaattorilla varustettu bensiinimoottori on rakenteeltaan yksikertainen ja toimii erittäin saasteettomasti. Se pitäisi vain saada taloudellisemmaksi, mihin meillä on ratkaisu, Guzzella lupaa.

 Aluksi on syytä selvittää hieman moottoritekniikkaa. Nykyinen muotikäsite on downsizing, iskutilavuuden pienentäminen, yhdistettynä turboahtimeen. Tätä käyttävät lähes kaikki autonvalmistajat. Moottoria ei voi kuitenkaan pienentää miten paljon tahansa, sillä silloin alakierrosten vääntö heikkenee liikaa, ja liikkeelle lähtö vaikeutuu. Apuna yritetään käyttää monimutkaista tekniikkaa, esimerkiksi muuttuvaa venttiilien ohjausta tai lisänä mekaanista ahdinta.

 

Toinen tie pienempään kulutukseen on hybridivoimanlähde. Siinä osa kulutetusta energiasta saadaan kerätyksi takaisin akkuun, kun auton vauhtia hidastetaan rullaamalla jarruttamalla. Akku puolestaan antaa käyttövoiman sähkömoottorille, joka tukee polttomoottoria.

 Guzzella työryhmineen on yhdistänyt molemmat periaatteet ja kehittänyt ”pneumaattisen hybridimoottorin”. Se varastoi energiaa paineilman muodossa. Tekniikka on yksinkertaista ja edullista: generaattorin, akun, sähkömoottorin ja mutkikkaan vaihteiston sijasta pneumaattinen järjestelmä tarvitsee vain kaksi venttiiliä ja paineilmasäiliön.

Moottori perustuu nelitahtiseen mäntämoottoriin, jossa on kolmitoimikatalysaattori. Prototyypin osat ovat vakiokomponentteja, ja sähköhydrauliset lisäventtiilit ovat peräisin autonosia valmistavalta alihankkijalta. Sähköhybridin tavoin paineilmahybridi pystyy ottamaan talteen energiaa hidastettaessa vauhtia moottorin tai jarrujen avulla. Pneumaattisessa hybridissä energiaa ei kuitenkaan muuteta sähkövirraksi, vaan se varastoidaan paineilman muodossa. Moottori tuottaa tätä jatkuvasti, kun auton liikuttamiseen ei tarvita tehoa. Paineilmalla ei ole turbon voimattomuutta alakierroksilla, koska täysi vääntömomentti on aina välittömästi käytettävissä.

 Prototyyppi on 83-hevosvoimainen ja 0,7-litrainen ahdettu bensiinimoottori. Dynamometrissä saatujen tulosten perusteella Guzzella on laskenut, että esimerkiksi vuosimallin 2009 VW Polon kulutus laskisi kahdeksasta litrasta 4,2 litraan, jos 80-hevosvoimaisen 1,4 litran moottorin sijasta siinä olisi iskutilavuudeltaan puolet pienempi hybridi. Tämä antaisi lisäksi tehon viiveettä, sillä paineilman voima on käytettävissä aina välittömästi. – Kehitysmahdollisuudet eivät läheskään pääty 4,2 litraan. Jos konseptiamme olisi kehittämässä autokonsernin satapäinen suunnitteluosasto, päästäisiin paljon pitemmälle.

 Mutta mitä sitten, kun raakaöljy loppuu? Maailman öljyvarat ovat todennäköisesti 80–100 vuoden kuluttua käytetyt. Tarvitsemmeko silloin sähköautoa? Guzzella on sitä mieltä, että vielä 50 vuoden kuluttuakin ajamme bensiinikäyttöisillä autoilla. – Kulutus on tosin pienentynyt 2–3 litraan, ja polttoainetta valmistetaan aurinkoenergian avulla ilmakehän hiilidioksidista ja vedestä. Silloin meillä on hiilidioksidineutraali bensiinimoottori.

 Auto Bild