Miltä kuulostaisi moottori, joka on neljänneksen halvempi, kevyempi, pienempi ja kuluttaisi 20 prosenttia vähemmän kuin vastaavan tehoinen ja kokoinen dieselmoottori? Lisäksi päästöt olisivat sitä luokkaa, että tarvetta hiukkassuodattimille tai katalysaattoreille ei olisi. Tätä kaikkea lupaa diplomi-insinööri Timo Janhusen kehittämä Z-moottori.
Syksyllä 1999 aloitettu projekti ei ole jäänyt yhdeksi loistavaksi ideaksi satojen uusien moottorikonseptien joukossa. Prototyyppimoottori on hyrrännyt VTT:n testipenkissä jo vuoden, ja Janhusella on taskussaan patentit moottorilleen Yhdysvalloissa, Venäjällä ja Australiassa. Projektissa mukana toimivat myös Sami Nyyssönen, Mika Ahlqvist ja useat harjoitustyötään tekevät opiskelijat aina Saksan Aachenista asti. Moottoria on esitelty alan tapahtumissa Keski-Euroopassa viitisentoista kertaa.
Korkeapaineista
pyörteilyä
Z-moottori on dieselmoottori, jossa on yhdistetty kaksi- ja nelitahtitekniikoiden parhaat puolet. Moottorin kaasunvaihto tapahtuu venttiilien kautta kuten nelitahtisessakin, mutta työkierto tapahtuu yhden kampiakselin kierroksen aikana, eli puolet nopeammin kuin nelitahtimoottorissa. Z-moottorin puristussuhde kohoaa lähelle 40:tä. Perusdieseleissä se on vain 17-20.
Äkkiseltään voisi ajatella, että moottorin hyötysuhde tuplaantuu tämän ansiosta. Ihan kaksinkertaiseen tehoon ei päästä, mutta selvästi parempaan kuin nykyisissä autonmoottoreissa silti. Laskelmien mukaan Z-moottori kykenee jopa 45-48 prosentin hyötysuhteeseen. Nykyisissä autojen dieselmoottoreissa hyötysuhde on 35-40 prosenttia, bensakoneissa vain 30-35 prosenttia.
"Käytännön testeissä osoittavat, että 44 prosenttia on mahdollinen, mutta on ollut vaikeaa saada oikeanlaista mikroturbulenssia kaasuseokseen. Merkittävintä on kuitenkin, että Z-moottorin hyötysuhde osakuormilla on tälläkin hetkellä jopa parikymmentä prosenttia nykydieseleitä parempi", Janhunen kertoo kokeiluistaan.
Kaasujen ja termodynamiikan hallinta on olennainen osa Z-moottorin kehitystyötä, sillä kahdella eri ahtimella paineistetun ilman pyörteily on tehon kannalta jopa tärkeämpi kuin "kaksitahtinen" työkierto. Kyseessä ei ole normaali turboahtaminen, sillä ilma syötetään Z-moottoriin jopa kymmenen kertaa korkeammalla paineella kuin tavallisissa dieseleissä. Tällä saavutetaan samat edut kuin dieselmoottoreissa kokeillulla pyörrekammiolla, jossa palotilan yhteydessä on kanavan päässä pieni sekoitustila. Siinä polttoaine sekoittuu tehokkaasti nopealiikkeiseen ilmaan.
"Otimme paljon aineksia pyörrekammiotekniikan opeista. Siinä etu on polttoaineen tehokas sekoittuminen ilmaan pyörteilyn ansiosta, mutta haittana suuret lämpöhäviöt turhan pinta-alan takia. Paineistamalla ilma ennen sylinteriä saavutetaan samat edut ilman lämpöhäviöitä", Janhunen myhäilee.
Yhteistyötä itänaapurin kanssa
Ennen kuin esittely suurille valmistajille voi alkaa, Janhunen haluaa saada moottorin ja laskelmat viimeisen päälle valmiiksi.
"Yleensä suurille valmistajille ei samaa keksintöä pääse kahta kertaa näyttämään. Mieluummin odottelemme puoli vuotta tai vuoden kuin esitämme huonosti tehdyt mittaustulokset."
Tällä hetkellä käynnissä on palamisprosessin tutkiminen. Hiilivety ja -dioksidipäästöt on saatu mitattua, mutta typen oksidien tuloksia odotellaan vielä. Moottoriin on tulossa myös "venäläisoptimoinnit" diesel-rk -ohjelmistolla.
"Nettiä selaillessa törmättiin venäläiseen ohjelmistoon, jolla voi simuloida dieselkoneiden toimintaa. Sillä voi tehdä käytännössä täysin samat asiat kuin usean sadan tuhannen euron länsiohjelmistoilla ja vähän enemmänkin", Janhunen kertoo ja jatkaa
"Pyydettiin ohjelman takana olevia matemaatikkoja optimoimaan Z-moottoria, niin sieltä tuli peräti 15 erilaista parannusvinkkiä, jota meidän pitää vielä kokeilla. Ei mikään ihme, että Venäjällä on turbulenssi- ja typpioksiditeorioiden huipputietämys."
Moottorinkeksijä on myös ystävällinen ja vastaa pitkään vaivanneeseen kysymykseen: Mistä Z-moottorin nimi oikein tulee?
"Se tulee Zorrosta! No, pitihän tälle joku nimi keksiä. A, B, C-moottori... Z-moottori kuulostaa kuitenkin aika hyvältä siitä joukosta", Janhunen naureskelee.
