Kaksitahtimoottori kehityksen edessä

Nykyisen kaltaisen kaksitahtimoottorin elinkaari ajoneuvojen voimanlähteenä alkaa olla loppusuoralla. Useissa eri maissa kaavaillaan lainsäädäntöä, joka asettaa moottoreiden päästöille niin tiukat rajat, että tämän päivän moottoritekniikalla ei riittävän puhtaita moottoreita kyetä rakentamaan. Ensivaiheessa tulilinjalla ovat moottoripyörät, perämoottorit ja vesiskootterit, mutta ei tarvitse olla kummoinenkaan ennustaja nähdäkseen, että myös moottorikelkoilla tullaan säätämään päästömääräyksiä.

Nykyaikainen moottorikelkka eroaa toki huomattavasti 50-luvun sinistä savupilveä perässään vetävistä Jawoista ja IC:stä, mutta se perusongelma, että pakoaukko on auki samaan aikaan kun tuoretta seosta tulee sylinteriin, on säilynyt . Näin ollen palamatonta seosta pääsee karkaamaan pakoputkeen. Tästä aiheutuu erityisesti puutteellisesti palaneita hiilivetypäästöjä. Hyvällä pakoputkiston mitoituksella, polttoaineen suihkutuksella, vesijäähdytyksellä, imu- ja pakopuolen ohjausjärjestelmillä jne. on pystytty pienentämään päästöjä ja parantamaan taloudellisuutta, mutta edelleen ollaan kaukana ensi vuosituhannen vaatimuksista.

Ongelmana on myös, että nykyaikainenkin kaksitahtinen toimii kohtuullisesti vain tietyillä kierroksilla,    yleensä huipputehon alueella. Niinpä pienillä kierroksilla ja keskialueella niin taloudellisuus kuin päästötkin saavat huonon arvosanan. Mikä merkitys maailman kaksitahtisten päästöillä on luonnon saastumisen kannalta, on vaikeasti vastattava kysymys. Selvää kuitenkin on, että näitä moottoreita käyttävät välineet ovat enemmän tai vähemmän vapaa-ajan käytössä. Niinpä vaikka me kelkkailijoina tunnemme joutuvamme pienryhmänä ja varsin pienenä saastuttajana lainlaatijan hampaisiin, tietty moraalinen oikeus päättäjillä on vaatia pienempiä päästöjä niin perämoottoreilta, kelkoilta kuin muiltakin vastaavilta välineiltä. Toivottavasti määräysten laatijat ymmärtävät kuitenkin tekniset tosiasiat ja sen, että kehitys vaatii aikansa. Tällä hetkellä kaikki valmistajat työskentelevät kiivaasti kehittääkseen moottoreita tulevaisuutta varten.

Valoa vajaatahtisen tulevaisuuteen saatiin 90-luvun alussa, kun australialainen Orbital Engineering Co. julkaisi ns. uuden sukupolven kaksitahtimoottorin. Perusrakenteeltaan moottori on normaali kampikammiohuuhdeltu 2-tahtinen. Juju on siinä, että huuhtelu tapahtuu pelkällä ilmalla. Ts. männän liikkuessa ylöspäin moottori imee läppäventtiilin kautta kampikammioon pelkkää ilmaa. Männän tullessa alaspäin kampikammiossa ollut ilma puristuu huuhtelukanavia myöten sylinteriin. Samalla poistuvat pakokaasut avoinna olevasta pakokanavasta. Luonnollisesti osa huuhtelussa käytetystä ilmasta pääsee karkaamaan pakokanavaan kuten ennenkin. Kun mäntä taas tulee ylös, se sulkee niin huuhtelu- kuin pakokanavankin ja vasta tässä vaiheessa sylinterin kannessa olevasta suuttimesta suihkutetaan polttoaine sylinteriin. Näin ollen polttoaineseosta ei huuhteluvaiheessa pääse karkaamaan pakoputkeen, ainoastaan ilmaa. Lisäilma pakokaasujen joukossa on pelkästään edullista päästöjen kannalta, sillä ilmassa oleva happi auttaa polttamaan palamatta jääneitä hiilivetyjä. Orbital-periaatteella toimiva moottori alittaa esimerkiksi USA:n nykyiset pakokaasunormit selvästi, jopa Kalifornian vähäpätöiseksi luokiteltavien ajoneuvojen standardit. Edellinen määrittelee maksimihiilivetypäästöksi 0,04 g/maili ja Orbital-moottori pystyy 0,025 g:aan/maili. Typen oksideja sallitaan 0,20 g/maili ja 0,15 päästään. Hiilimonoksidin eli häkäkaasun osalta raja on 1,7 ja moottori tuottaa vain 0,08 g/maili.

Suihkutusjärjestelmän ansiosta moottori on myös taloudellinen. Suihkutus on kaksivaiheinen. Ensin polttoaine suihkutetaan 6,2 barin paineella polttoainesuuttimista eräänlaiseen esikammioon paineilman sekaan, tämän jälkeen paineilman ja polttoaineen muodostama seos suihkutetaan 5,5 barin paineella suorasuihkutussuuttimista pakoaukon sulkeuduttua sylinteriin. Tarvittava paineilma saadaan aikaan hihnavetoisella ahtimella. Systeemin yksi merkittävä etu on polttoaineen ja paineilman muodostaman seoksen ansiosta polttoaineen erittäin hienojakoinen pisaroituminen. Ilma-/polttoaineseossuihke muodostuu kymmenistä miljoonista 10 tuhannesosamillimetrin kokoisista pisaroista. Kun suihkaus on lisäksi suunnattu siten, että sytytystulpan läheisyyteen tulee rikkaampaa helposti syttyvää seosta ja ympärille laihempaa seosta, päästään hyvään palamiseen ja taloudellisuuteen. Samantyyppisiä ns. laihaseosmoottoreita kehitellään myös nelitahtiperiaatteen pohjalta. Voitelu Orbital-periaatteella toimivissa moottoreissa hoidetaan erillisellä öljypumpulla ja öljy johdetaan voitelukanavia pitkin mm. kampiakselin ja kiertokangen laakereille sekä männäntapin laakerointiin. Sylinterien seinät saavat oman voiteluöljynsä joko roiskevoiteluna tai omasta suuttimesta. Koska voiteluaine johdetaan suoraan kohteeseen, tarvittava öljymäärä on huomattavasti nykyistä pienempi.

Ensimmäisen sarjavalmisteisen Orbital-periaatteella toimivan moottorin toi markkinoille Mercury Marine. Heidän uusi 200 hv DFI-moottorinsa (Direct Fuel Injection) on ollut myynnissä USA:ssa ja tulee Euroopan markkinoille alkavana kautena. Syy, miksi valmistajat tuovat uutta tekniikkaa aluksi mallistonsa tehokkaimpaan päähän, on lainsäädännössä. Valmistajilta edellytetään tuotteiden kokonaispäästöjen pienentämistä 75 prosentilla vuoteen 2006 mennessä USA:n markkinoilla. Luonnollisesti päästöjen pienentäminen suuritehoisissa moottoreissa saa aikaan huomattavan kokonaisvaikutuksen. Koeajojen perusteella 200 DFI -moottori kuluttaa 10 % vähemmän täydellä kaasulla, 30-40 % vähemmän osakaasulla ja 80 % vähemmän tyhjäkäynnillä kuin 200 EFI.

Kelkkamoottoreissa, joilla suurimmaksi osaksi ajetaan osakaasulla ja kuormitus vaihtelee suuresti kiihdytysten ja jarrutusten myötä, voidaan kokonaiskulutuksen arvioida putoavan 40-50%.

Tällä hetkellä maailman kaksitahtivalmistajat tekevät lujasti töitä uuden tekniikan soveltamisessa. Onko periaate tässä esitelty Orbital vai joku muu on sivuseikka, olennaista on, että nykymuotoinen moottori ei tule olemaan käytössä kovinkaan pitkälle 2000-luvulle. Mercury on tehnyt päänavauksen ja osoittanut, että tulevaisuuden kaksitahtisten ominaisuuksien listaan voidaan painon, pienen koon, yksinkertaisen perusrakenteen ja hyvän teho/painosuhteen lisäksi kirjoittaa vähäpäästöisyys ja taloudellisuus. Luonnollisesti uusi tekniikka nostaa hintaa aluksi. Kun tekniikka yleistyy, hinta halpenee ja venemoottoripuolella on laskettu keskivertokäyttäjän säästävän hinnaneron polttoainekuluissa vuoden käytöllä. Nähtäväksi jää, kuka kelkkavalmistajista esittelee ensimmäisen uuden sukupolven moottorin tuotteissaan. Uskon, että se tapahtuu yllättävän pian, sillä kilpajuoksu on kova.