Polttomoottori

Wikipedia

Mercedes-Benz DTM V6-ottomoottori vuodelta 1996

Polttomoottori on moottori, jossa liikkeen aikaansaamiseen käytetään jonkin palavan aineen (polttoaineen) moottorin sisällä palaessa tuottamaa energiaa. Polttomoottorien polttoaineina käytetään yleisesti bensiiniä ja dieselöljyä, ja joissain maissa myös etanolia. Bensiinikäyttöiset moottorit voidaan varustaa nestekaasulaitteilla. Polttomoottorissa voidaan käyttää polttoaineena myös biokaasua, puukaasua tai maakaasua. Palamisessa moottoriin muodostuu palamistuotteita, jotka poistuvat moottorista.

Polttomoottoreita käytetään mm. useimmissa autoissa ja yleisilmailun lentokoneissa. Toimivan lentokoneen rakentamisen teki mahdolliseksi tuottamaansa tehoon nähden kevyt polttomoottori.

[muokkaa] Ottomoottori

Pääartikkeli: Ottomoottori

Lukumäärällisesti yleisimmät polttomoottorityypit ovat otto- ja dieselmoottori, jotka ovat saaneet nimensä keksijöidensä mukaan. Ottomoottori sai nimensä keksijänsä saksalaisen Nikolaus Otton mukaan. Harvoja poikkeuksia lukuun ottamatta kaikissa autoissa, useimmissa laivoissa ja muissa kuin sähkökäyttöisissä junissa, käytetään otto- tai dieselmoottoria.

Tällaista moottoria kutsutaan myös mäntämoottoriksi. Sylinterien sijoittelun mukaan moottoreita kutsutaan mm. (suoriksi) rivimoottoreiksi, V-moottoreiksi, vastaiskumoottoreiksi tai tähtimoottoreiksi. Moottorin sylinteriin syötetään bensiinin ja ilman seosta ja tämä sytytetään kipinällä, jolloin seos palaa räjähdysmäisesti aiheuttaen palotilaan paineen joka työntää mäntää kohti kampiakselia. Männän liike työntää kiertokankea, mikä pakottaa kampiakselin pyörimisliikkeeseen.

[muokkaa] Rivimoottori

Moottori on saanut nimensä sylinterien sijoittelun mukaan, sylinterit sijatsevat suorassa linjassa toisiinsa nähden. Joidenkin mielestä vasta 3 sylinteristä moottoria voidaan kutsua rivimoottoriksi. Yleensä jokaisella sylinterillä on oma kampiakselin kaula sekä kiertokanki.

[muokkaa] V-moottori

Moottori on saanut nimensä sylinterien sijoittelun mukaan, sylinterit sijatsevat V muotoisessa kulmassa toisiinsa nähden. Sylintereiden välinen kulma voi olla käytännössä 15º ja 120º välillä. Samalla kampiakselin kaulalla voi olla vaikka 2 kiertokankea. Jo 2 sylinterisiä moottoreita sanotaan V moottoreiksi. Hyvin suosittu moottorin tyyppi yhdysvaltalaisilla autonvalmistajilla.

[muokkaa] Boxer-moottori

Moottori on saanut nimensä sylinterien sijoittelun mukaan, sylinterit sijatsevat 180º kulmassa toisiinsa nähden. Moottoria on sanottu myös vastaiskumoottoriksi. Moottorissa männät liikkuvat moottorin keskellä olevan kampiakselin suunnasta ulospäin. Boxer-moottoria käytetään paljon isoissa ja raskaissa moottoripyörissä, jotta painopiste pysyisi alhaalla ja siten moottoripyörää on helpompi hallita. Tunnetuimpia autojen Boxer-moottoreiden valmistajia lienevät Volkswagenin Kuplan 4-sylinterinen, Porschen 911 6-sylinterinen sekä Ferrarin Testarossan 12-sylinterinen malli, Subaru joka käyttää lähes jokaisessa henkilöautossaan sekä WRC-ralliautossaan boxer-moottoria.

[muokkaa] Dieselmoottori

Pääartikkeli: Dieselmoottori

Dieselmoottori sai nimensä Rudolf Dieselin mukaan. Dieselmoottoreissa on samanlainen kampikoneisto kuin otto- ja kaksitahtimoottoreissa. Dieselmoottoreissa polttoaine kuitenkin sytytetään eri tavalla kuin otto- ja kaksitahtimoottoreissa. Dieselmoottori voi olla kaksi- tai nelitahtinen.

Dieselmoottorissa nestemäinen polttoaine ruiskutetaan hieman ennen tarkoitettua syttymishetkeä kuumaa ilmaa sisältävään palotilaan, jolloin polttoaine höyrystyy ja sekoittuu kuumaan ja paineistettuun ilmaan. Ilman kuumuus ja paine sytyttää polttoaineen ja paine sylinterissä nousee nopeasti. Tästä johtuu dieselin hieman nakuttava käyntiääni. Dieselprosessin suurimpana vahvuutena ottoprosessiin verrattuna voidaan pitää verraten pieniä pumppaushäviötä osakuormituksilla. Dieselmoottoria voidaan ajaa ja ajetaan ilmaylimäärällä jolloin osakuormituksilla pumppaushäviöitä aiheuttavia ja ilman määrää rajoittavia kuristuksia ei imuputkistoissa tarvita. Ottomoottorissa taas ilma/polttoaine-suhde on pidettävä hyvin lähellä stökiömetristä muutoin aiheutuvien ongelmien vuoksi.

[muokkaa] Wankelmoottori

Pääartikkeli: Wankelmoottori

Vähemmän käytetty polttomoottorityyppi on wankelmoottori, jonka viimeisteli Felix Wankel vuosina 1951-1954. Autossa moottoria käytti ensimmäisenä NSU. Toimiva Wankel-moottori toimi vuonna 1957.

Mazda on miltei ainoa yhtiö, joka yhdessä automalleissaan (RX-7 & RX-8) käyttää wankelmoottoreita ja jatkaa niiden kehitystyötä. Wankelmoottoreita käytetään myös lentokoneissa. Wankelmoottorin etu ottomoottoriin verrattuna on, että siinä on kiertomäntä, jonka liikettä ei tarvitse erikseen muuttaa pyöriväksi. Yksinkertaisemman mekaniikan ansiosta moottorista voidaan tehdä pienempi ja keveämpi.

Wankel avasi oman pajan Heidelbergiin vuonna 1924, jona vuonna hän kehitti Wankel-moottorin (engl. rotary engine). Hän yritti patentoida sen 1926, mutta haki väärällä tuotenimellä (engl. "grease turbine"), jolla jo oli patentti vuodelta 1886. Vuonna 1927 hän teki piirustukset laitteesta "Drehkolbenmaschine ilman epätasaisesti liikkuvia osia". Hän sai patentin vuonna 1929 (DRP 507 584). 1933 hän haki lisäpatenttia DKM-moottorille, jonka sai 1936.

Wankel oli kiinnostunut natsismista 1920-luvun lopun aikana ja liittyi mm. Hitler Jugendiin, jossa tapasi tulevan vaimonsa Emmy Kirn, ja liittyi NSDAP-puolueeseen eroten siitä 1932. Wankel ilmiantoi korruptoituneen Gauleiter Wagnerin ja mm. tästä syystä joutui itse pidätetyksi.

1936 hän muutti Lindauhin, Bodensee-alueelle. Wankel työskenteli moottorinsa kehittämisessä Lilienthal, BMW, DVL, Junker, ja Daimler-Benz yhtiöissä. Hän kehitti toimivia prototyyppejä. Ranskan asevoimat valtasivat alueen, jossa Wankel toimi - tehtaat purettiin ranskalaisten toimesta ja Wankel oli vankeudessa vuoteen 1946 asti.

Erään toisen maailmansodan lopun tarinan mukaan Wankel-moottorin piirustukset oli osa sitä materiaalia, jota Saksa siirsi 1944-45 sukellusveneillä Japaniin (mm. V1-ohjus on tällainen todennettu teknologiansiirto) ja tämä olisi syy, miksi Mazdalla oli tietotaito ottaa moottori käyttöön.

[muokkaa] Atkinsonmoottori

Pääartikkeli: Atkinsonmoottori

Atkinsonmoottori tuottaa energian samalla tavoin kuin ottomoottorikin, mutta kampikoneisto on erilainen. Moottori suunniteltiin ottomoottorin kilpailijaksi. Siksi se ei saanut loukata ottomoottorille saatuja patentteja.

Atkinsonmoottori selviytyy kaikista tahdeista yhdellä kampiakselin kierroksella erilaisen vivuston ansiosta. Tämän vuoksi erillinen nokka-akselikin on tarpeeton. Atkinsonmoottorin kampikoneisto mahdollistaa myös erimittaist iskut eri tahdeille.

[muokkaa] Bourkemoottori

Pääartikkeli: Bourkemoottori

Tämä moottori on nelitahtinen mäntämoottori, jonka vastakkaiset männät on kiinnitetty suoraan toisiinsa. Kampiakselin kampi liikkuu hahlossa, jota männät liikuttavat varsien välityksellä.

[muokkaa] Suihkumoottori

Pääartikkeli: Suihkumoottori

Suihkumoottoreissa työntövoima tuotetaan kiihdyttämällä massaa moottorin sisällä. Suihkumoottorin jatkuvasti palavaan liekkiin ahdetaan ilmaa ja ruiskutetaan polttoainetta. Suihkumoottorin perään sijoitettu turbiini tuottaa ahtimen ja apulaitteiden tarvitseman tehon.

[muokkaa] Rakettimoottori

Pääartikkeli: Rakettimoottori

Useimmat rakettimoottorit ovat polttomoottoreita. (Niiden lisäksi on olemassa mm. ydinpropulsiomoottoreita, joita on vain testattu sekä ionimoottoreita, joiden työntövoiman tuotantokyky on rajallinen.) Nk. kemialliset rakettimoottorit tuottavat työntövoiman kiihdyttämällä suuttimessa raketista poistuvia kuumia ja korkeapainesia palamiskaasuja, jotka on yleensä aikaansaatu polttamalla ajoaineen polttoainetta hapettimella, jotka molemmat kuljetetaan raketin mukana. Tämä mahdollistaa raketin toiminnan avaruuden tyhjiössä.