paastot

Päästörajoitukset kiristyvät autojen lisäksi myös veneissä. Tiukennukset ovat johtaneet ja tulevat johtamaan uuden tekniikan käyttöönottoon perämoottoreissa, sisämoottoreissa ja sisäperämoottoreissa, kävivät ne dieselillä tai bensiinillä.

Autoteollisuus on vahvasti siirtymässä entistä pienempiin ja ahdettuihin moottoreihin. Onko se myös venemoottoreiden tulevaisuus?Sisäperämoottorit ovat yleensä olleet marinoituja auton moottoreita. Perämoottorit ovat taas enimmäkseen suoraan venekäyttöön kehitettyjä, mutta tekniikka on pitkälti sama kuin autoissa. Tosin jopa kymmeniä vuosia jäljessä.

Veneessä moottorin vaatimukset ovat hyvin erilaiset kuin autossa. Auton moottori käy suurimman osan ajasta osakuormalla ja täydella kaasulla niitä ajetaan vain satunnaisesti ja lyhyitä aikoja. Tyypillinen kierrosluku matka-ajossa on bensiinimoottorilla noin 3000 rpm ja dieselillä 2000 rpm. Veneessä taas moottori käy jatkuvasti raskaalla kuormituksella. Tyypillinen kierrosluku on bensiinimoottorilla 4500 rpm ja dieselmoottorilla 3000 rpm.

Veneessä moottori käy enimmäkseen siis ideaalilla kuormituksella ja optimaalisella kierroslukualueella. Osakaasulla ja kevyellä kuormalla moottorin hyötysuhde laskee. Autossa moottori käy usein juuri tällä alueella. Sen takia autoissa on otettu käyttöön ratkaisuja, kuten sylinterien lepuutusta, pakokaasujen takaisinkierrätystä (egr) ja iskutilavuudeltaan pieniä turbo-moottoreita. Nämä ratkaisut ”pienentävät” moottoria kevyellä kuormalla, eli nostavat suhteellista kuormitusta pintakaasulla. Turboahtimen ansiosta moottoreista saadaan kuitenkin tarvittaessa riittävästi tehoa.

Veneissä kiinnostavaa on ainoastaan moottorin hyötysuhteen parantaminen parhaalla vääntöalueella, eli siellä missä hyötysuhde on jo parhaimmillaan. Hyötysuhdetta on parannettu jo monin keinoin. Kaksitahtisista on siirrytty nelitahtisiin ja kaasuttimista elektroniseen polttoaineensyöttöön. Viime vuonna Volvo Penta esitteli maailman ensimmäisen suorasuihkutteisen bensiinimoottorin veneisiin. Moottorin alkuperä oli luonnollisesti Yhdysvallat ja GM, tuo kuutiotuumien vankkumattomaton kannattaja.

volvopenta_v6_rajaytys

Suorasuihkutteisen bensiinimoottorin hyötysuhde on parhaimmillaan noin 35 %. Ottomoottorissa hyötysuhdetta voidaan parantaa käytännössä vain puristussuhdetta kasvattamalla. Nykyisissä moottoreissa, esimerkiksi uudessa Volvo Pentassa puristussuhde on 11:1. Korkeakoktaaniset polttoaineet, kuten 98E5 toimivat vielä noin 13:1 suhteeseen asti. Siitä ylöspäin ongelmaksi muodostuu polttoaineen liian aikainen syttyminen, eli detonaatio. Teoreettinen hyötysuhde 11:1 puristussuhteelle on n. 65 % ja 13:1 puristussuhteelle n. 70 %.

Uusien suorasuihkutusmoottorien palotapahtuma on hyvin jo melko lähellä ideaalia. Polttoaine palaa puhtaasti ja täydellisesti. Häviöitä syntyy kuitenkin kitkasta ja virtausten pyörteilystä. Parennettavaa riittää vielä, mutta kehitys tulee hidastumaan. Turboahtimet voivatkin olla seuraava oljenkorsi hyötysuhteen parantamiseksi. Todennäköisesti GM:n seuraavan 6 sukupolven moottorit on varustettu turboahtimilla. Sen myötä ne saattavat päätyä myös veneisiin. Omaveikkaus on että ensimmäiset turboahdetut bensiinimottorit nähdään veneissä 6 vuoden päästä.

Päästöistä ja päästörajoista puhuttessa keskitytään nykyään hyötysuhteen, eli käntännössä hiilidioksidipäästöjen, sijaan CO (häkä), NOx (typpioksidit) ja HC (hiilivedyt) päästöihin. Hiilivedyt ovat käytännössä palamatonta polttoainetta ja niiden määrä on suihkutustekniikoiden parantuessa vähentynyt oleellisesti. Samoin häkä on peräisin huonosta palamisesta. Sen sijaan typpioksidien määrä lisääntyy palolämpötilan, eli puristussuhteen, eli hyötysuhteen, kasvaessa. Katalysaattorit ratkovat näitä ongelmia ainakin kohtuullisesti. Katalysaattorit ovatkin tulossa pakollisiksi sisäperämoottoreihin vuonna 2018.

Catalyst

Dieselmoottoreissa on tyypillisesti bensiinimoottoria parempi hyötysuhde, sillä dieselmoottorin puristussuhde on bensiinimoottoria korkeampi, tyypillisesti 16:1 – 19:1. Korkean puristussuhteen lisäksi moottorissa voidaan käyttää samaan aikaan turboahdinta, joka nostaa todellista puristussuhdetta entisestään. Nykyaikaisen dieselmoottorin hyötysuhde on noin 50 %. Dieselmoottorissa ongelmia tuottavat typpioksidit ja pienhiukkaset.

Pienhiukkaset ovat terveydelle erittäin haitallisia ja tästä johtuen monissa suurkaupungeissa on joudutta rajoittamaan dieselautojen käyttöä. Vesillä pienhiukkaset eivät aiheuta niin suurta ongelmaa, sillä veneily tapahtuu pääasiassa kaukana keskustoista. Lisäksi pakokaasut ”suodatetaan” veden läpi. Lienee kuitenkin vain ajan kysymys milloin veneissäkin aletaan vaatia hyötysuhdetta heikentäviä ja hiilidioksidipäästöjä lisääviä hiukkassuodattimia?