• päästömääräykset
• Polttomoottori
• suorituskyky

Polttomoottori on yhteiskunnan teollistumisen aikana syntynyt innovaatio, joka edelleen on erittäin merkityksellisessä asemassa. Polttomoottori on keskeinen teollisuuden ja logistiikan osa, jonka varaan nykyinen yhteiskunta on rakennettu ja yhteiskunnan jatkuva kehitys mahdollistetaan. Moottoriin, kuten moneen muuhunkin ”työkaluun”, liittyy tiettyjä vaatimuksia ja tässä tapauksessa tärkein yksittäinen vaatimus on suorituskyky. Historiassa suorituskykyvaatimus on noussut sitä mukaa, kun yhteiskunta on kehittynyt. Ajankohtainen suorituskykyyn vaikuttava tekijä on päästömääräykset ja ne, yhdistettynä tehontarpeeseen, ovat pakottaneet moottorinvalmistajat uusien haasteiden äärelle.

Opinnäytetyön tarkoitus on ollut havainnollistaa sarjatuotanto-dieselmoottorin tehonnostoa tehonmittausprosessin kuvauksella ja tuloksilla. Kokonaisuuden ymmärtämiseksi prosessia on pohjustettu moottorin tehonnoston taustalla olevalla historialla. Työn toimeksiantajana on Ekotuning Group Oy, jonka toimiala on polttomoottorien räätälöinti erilaisiin asiakastarpeisiin. Ekotuning Group Oy on toiminnallaan vahvasti mukana Euroopan traktori-vetokilpailujen (Tractor Pulling) diesel-kilpamoottoreiden savuttomuuden kehityksessä.

Tehontarpeen kehitys historiassa

Historiassa tehontuoton vaatimuksen syyt ovat vaihdelleet suuresti, ääriesimerkkinä tästä on toinen maailmansota ja lentokoneet. Ennen suihkumoottoreiden aikakautta lentokoneet olivat polttomoottoreilla varustettuja ja niiden tuli tuottaa sodan edetessä yhä suurempia suorituskykylukemia ja kyetä toimimaan myös korkealla ohuessa ilmanalassa. Tuon aikakauden lentokoneissa tehdyt tekniset ratkaisut ovat hyvin samankaltaisia, joita käytetään nykypäivän moottoriurheilussa, ”viritetyssä” kilpamoottorissa. Moottori tulee saada korkeasta tehosta huolimatta luotettavaksi ja sen on kestettävä käyttöä täydellä suorituskyvyllä pitkiä aikoja. Tämä sama vaatimuskombinaatio pätee tämän opinnäytetyön moottoriin. Kilpailuja ei voiteta moottorilla, joka tuottaa hetkellisesti korkean tehon, mutta ei kestä maksimisuorituskykyä kilpailusuorituksen loppuun saakka.

Tehonnoston havainnollistaminen

Tässä opinnäytetyössä käsitelty John Deere 6068 -moottori on tarkoitettu niihin kokeiluihin, joissa löydetään näkyvän savun ja tehontuottoon vaikuttavat oleelliset raja-arvot. Yhteispaineruiskutuksen (Common Rail) ansiosta on mahdollista ohjata moottorin toimintaa äärimmäisen tarkasti, mikä mahdollistaa samanaikaisesti korkean tehon ja mahdollisen vähäisen savutuksen. Esimerkkinä käytetyn moottorin pääasiallinen tarkoitus on toimia havainnollistavana testivälineenä korkean tehon tuottamisessa. Tästä saatu oppi ja havainnot käytetään hyödyksi kilpailutarkoituksessa, tässä tapauksessa Tractor Pullingissa.

Suuritehoisen moottorin edellytykset

Jotta moottori kestää tehonnoston alkuperäissovelluksesta, on moottori varustettava sellaisilla komponenteilla, jotka tukevat lopullista tavoiteltavaa teholukemaa. Kyseinen John Deere 6068 -moottori on rakennettu ajatellen maksimaalista tehontuottoa ja moottorin ahdin- ja polttoainejärjestelmät on mitoitettu sen mukaisesti. Muilta komponenteiltaan moottori on lähes alkuperäinen, tämän mahdollistaa päästömääräysten täyttämiseen kehitetty moottoritekniikka. Jotta pystytään vähentämään polttoaineesta syntyviä päästöjä, on moottorit jo tehdasasetuksilla mitoitettu kestämään kova jatkuva sylinteripaine.

Keskeiset tulokset

Mittausten tuloksista lasketut tehollisen keskipaineen arvot osoittivat testimoottorin saavuttaneen korkean viritysasteen verrattaessa mihin tahansa muuhun polttomoottoriin. Samalla saatiin arvokasta tietoa mahdolliseen seuraavan kehiteltävään moottoriversioon.

Lähde:

Linna, L. 2024. Polttomoottorin suorituskyvyn nostaminen – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö