Search

Nestekaasukäyttöisen linja-auton seurantatutkimuksessa selvitettiin nestekaasu-auton soveltuvuutta lähiliikenteeseen, kerättiin tietoa auton käyttökustannuksista ja luotettavuudesta sekä seurattiin auton pakokaasupäästöjen kehittymistä. Auton alusta tilattiin itävaltalaiselta tehtaalta. Auton takaosaan sijoitetun ahtamattoman, lambdaohjatulla polttoainejärjestelmällä ja kolmitoimikatalysaattorilla varustetun 12-litraisen moottorin huipputeho on 177 kW. Alusta koritettiin Suomessa. Seurantajakso kesti huhtikuusta 1991 marraskuuhun 1992. Autolla ajettiin yhteensä 150 000 km ilman merkittäviä vaurioita tai vikoja. Auton käyttöä häiritsivät lähinnä sähkölaitteisiin liittyvät pikkuviat, ja myös pieniä mekaanisia vikoja esiintyi. Osittain viat johtuivat huollon kokemuksen puutteesta, osittain siitä, että alusta oli valmistajalle ensimmäinen takamoottorilla varustettu kaasuauto. Varsinainen kaasujärjestelmä toimi ilman merkittäviä häiriöitä. Keskimääräinen polttoaineenkulutus koejakson aikana oli 77 l propaania/100 km. VTT teki viikoittaiset seurantamittaukset ja varsinaiset pakokaasumittaukset. Viikkomittauksissa ilmeni, että auton alkuperäisen katalysaattorin teho alkoi heiketä noin 80 000 km:n jälkeen. Alkuperäisellä katalysaattorilla ei saavutettu valmistajan ilmoittamaa päästötasoa. Kun autolla oli ajettu 125 000 km, alkuperäinen katalysaattori vaihdettiin Kemira Oy:n katalysaattoriin, joka mitattiin kahdesti, uutena ja 25 000 km ajettuna. Kemiran katalysaattori pienensi päästöjä merkittävästi, valmistajan ilmoittaman päästöarvot alittuivat selvästi ja auto täytti jopa pohjoismaisen maakaasubussiprojektin asettamat päästötavoitteet. Nestekaasuauto vastasi sille asetettuja odotuksia ja jopa ylitti ne. Sekä kuljettajat että matkustajat olivat tyytyväisiä hiljaiseen, värinättömään ja hajuttomaan autoon. Autossa ei esiintynyt vakavia vikoja tai vaurioita. Toisaalta lukuisat pikkuviat heikensivät auton luotettavuutta. Auton käyttäjä ei kuitenkaan näe esteitä nestekaasukäyttöisten autojen yleistymiselle.

Raskaiden ajoneuvojen pakokaasupäästöt rajoitetaan 1990-luvulla tasolle, joka on vaikea saavuttaa perinteisellä dieseltekniikalla. Eri puolilla maailmaa on käynnissä useita kehityshankkeita ja käyttökokeita. Tutkimus painottuu dieselmoottoreiden päästöjen vähentämisen lisäksi vaihtoehtoisten polttoaineiden käyttöön raskaassa kalustossa, lähinnä kaupunkiliikenteen linja-autoissa. Julkaisussa kerrotaan maa- ja nestekaasun käyttömahdollisnuksista ja -kokemuksista raskaan kaluston polttoaineena pääosin kirjallisuustietojen perusteella, mutta pieneltä osin myös kokeisiin nojautuen. Maa- ja nestekaasu ovat hyviä ottomoottoripolttoaineita. Nestekaasuista tulee Suomen ilmastossa kysymykseen vain propaani. Ajoneuvoissa kaasuja käytetään lähes pelkästään kipinäsylytteisissä moottoreissa. Suurissa paikallismoottoreissa kaasuja voidaan käyttää myös dieselmoottorin pääpolttoaineena. Suurimmat ongelmat ovat pienehkö energiatiheys ja korkea varastointipaine. Polttoainesäiliöt ovat paineastioita ja vievät paljon tilaa. Ahtamattomista kaasumoottoreista saatava teho jää vastaavan ahdetun dieselin arvoista, mutta ylittää ahtamattoman dieselin arvot. Raskaan kaluston kipinäsytytteiset moottorit perustuvat lähes poikkeuksetta dieselmoottoreihin. Muunnos vaatii yksinkertaisimmillaan puristussuhteen alentamisen sekä sytytysjärjestelmän ja kaasunsyötön rakentamisen. Kaasumoottoreissa tarvittavia komponentteja on saatavissa runsaasti. Dieselmoottorista muunnetun ottomoottorin vaihto ajoneuvoon on helppoa, koska muutokset rajoittuvat moottoriin. Puhtaimmat pakokaasut saadaan kolmitoimikatalysaattorilla varustetulla kaasumoottorilla. Laihaseosmoottoreillakin voidaan saada erittäin puhtaat pakokaasut dieseliin verrattuna. Kaasumoottoreiden pakokaasuissa on erittäin vähän partikkeleita, mutta esimerkiksi stoikiometrisellä seossuhteella toimivassa moottorissa kaasumaisia saastekomponentteja on paljon, jos pakokaasuja ei puhdisteta katalyyttisesti. Kolmitoimikatalysaattorilla varustetussa moottorissa maa- ja nestekaasu ovat pakokaasujen puhtauden kannalta samanarvoisia polttoaineita.

Kylmäkäyttö lisää huomattavasti autojen ja koneiden energiankulutusta ja kulumista. Valtion teknillisessä tutkimuskeskuksessa (VTT) tutkitaan kylmäkäyttöä. Tutkimuksen päätavoitteita ovat energiankäytön tehostaminen ja kylmäkäytön aiheuttamien haittojen vähentäminen. Julkaisussa esitellään kylmäkäytön tutkimuslaitteiston ominaisuudet sekä ensimmäisten moottorikoesarjojen tulokset. Yksi päätehtävä oli moottorien kylmäkäytön laboratoriomenetelmien kehittäminen ja kehitettyjen menetelmien testaaminen. Kylmäkäytön tutkimuslaitteiston keskeiset osat ovat tehokkaalla kylmäkoneistolla varustettu kylmähuone ja kylmähuoneen ulkopuolelle asennettu prosessoriohjaus moottoridynamometri. Laitteisto mahdollistaa moottorien kuormittamisen kylmässä - 35 °C:n lämpötilaan saakka. Kokeita tehtiin tavanomaisella henkilöauton bensiinimoottorilla ja traktoreissa käytettävällä suoraruiskudieselmoottorilla. Koelämpötilat olivat +20, 0, -10, -20, -25 ja -30 °C. Kokeiden kestoaika oli 30 minuuttia. Moottoreita käytettiin sekä vakiokuormituksella että syklimäisellä kuormituksella. Moottorin käynnistymiseen liittyviä tapahtumia, moottorin lämpenemistä, polttoaineenkulutusta ja pakokaasusaosteita tutkittiin. Koelämpötilan lisäksi muuttujia olivat mm. moottoriöljynlaatu ja lämmittimien käyttö. Molemmissa moottoreissa polttoaineenkulutus nousi 10 - 15 %, kun koelämpötila laski +20:sta -30 °C:seen. Lohkolämmittimen käyttö säesti polttoainetta keskimäärin 5 %. Moottöriöljyn laatu ei vaikuttanut merkittävästi moottorien polttoaineenkulutukseen. Sekä koelämpötila että öljyn laatu vaikuttavat voimakkaasti voitelun käynnistymiseen moottorin eri osissa. Tutkimuksen tuloksena on käytettävissä laitteisto ja tutkimusmenetelmät, joiden avulla voidaan riittävällä tarkkuudella arvioida esimerkiksi erityyppisten moottorien, polttoaineiden tai voiteluaineiden toimivuutta kylmässä.

Käsitellään kulkuneuvoissa käytettävien moottoreiden eriasteisia korvaavien polttoaineiden käyttöratkaisuja. Käsittely jakautuu kolmeen ryhmään sen mukaan, käytetäänkö yhtä prosessiin soveltuvaa polttoainetta, kahta polttoainetta rinnan vai onko moottoriin tehty suurehkoja muutostöitä korvaavan polttoaineen käytön optimoimiseksi. Mitä suurempia muutostöitä moottoriin on tehty, sitä helpommin yleensä saavutetaan hyvät tulokset tietyn korvaavan polttoaineen käytössä moottorin toimivuuden ja hyötysuhteen osalta. Esimerkiksi puhdasta alkoholia käytettäessä saadaan kaksoispolttoainejärjestelmällä paremmat kylmäkäyttö- ja kulumistulokset. Tätäkin parempaan hyötysuhteeseen päästään ruiskuttamalla alkoholi suoraan palotilaan dieselmoottorin puristussuhteella ja sytyttämällä se kipinän avulla. Tällainen ratkaisu luo myös autoille hyvän monipolttoainevalmiuden. Varsinaisia monipolttomoottoreita on kehitetty dieselmoottoria alemmalla puristussuhteella, mutta suoraruiskutuksella ja kipinäsytytyksellä. Nämä ns. hybridimoottorit voivat toimia laajan tislausalueen omaavilla hiilivetypolttoaineilla sekä alkoholeilla vähäisin säätömuutoksin, hyvällä hyötysuhteella ja ottomoottoreita paremmin kylmäkäynnistys- ja kylmäkäyttöominaisuuksin. Moottoreiden sarjavalmistusta ei vielä ole aloitettu. Monipolttoainemoottoreiksi voidaan myös luokitella jatkuvalla liekillä polttoainetta polttavat kaasuturbiinit ja stirling-moottorit. Eri polttoaineiden (nestemäiset ja kaasumaiset) käyttö vaatii vähäisiä muutoksia, ja moottoreiden pakokaasupäästö- ja hyötysuhdeominaisuudet ovat tutkimusten perusteella hyvät. Näidenkään moottoreiden autokäyttöön tarkoitetut versiot eivät vielä ole varsinaisessa sarjavalmistuksessa. Kirjallisuudesta kävi ilmi selvä puute kylmissä oloissa tehdyistä tutkimuksista.

Tutkimuksessa tarkastellaan bensiiniautojen pakokaasupäästöjen nykyistä tasoa, käytettävissä olevia keinoja päästöjen pienentämiseksi, nykyistä mittaustekniikkaa ja mittaustulosten vertailukelpoisuutta sekä kehitysnäkymiä Euroopassa sekä säännösten että tekniikan osalta. Palamistuotteissa on aina pieniä määriä ei-toivottuja aineita, kuten hiilimonoksidia, palamattomia hiilivetyjä ja typen oksideja. Näiden aineiden pitoisuuksiin vaikuttavat mm. moottorin rakenne ja kuormitus, samoin polttoaineen ja ilman seossuhde. Esimerkiksi ajettaessa rikkaalla seoksella kylmäkäynnistyksen jälkeen pakokaasujen CO- ja HC-pitoisuudet ovat moninkertaiset normaaliin tilanteeseen verrattuna. Korkea palamislämpötila lisää typen oksidien määrää. Pakokaasupäästöt autoa kohti ovat vähentyneet moottoritilavuuden (pakokaasujen määrän) pienentyessä ja polttoainetalouden parantuessa. Katalyyttinen puhdistus on nykyisin tehokkain puhdistusmenetelmä. Uusinta tekniikkaa edustaa ns. kolmitiekatalysaattori, jossa tapahtuu sekä hapetus- että pelkistysreaktioita. Katalysaattori oheislaitteineen on suhteellisen kallis ja lisää polttoaineen kulutusta 10 - 15 %. Moottorin- ja autonvalmistajat toivovatkin pystyvänsä kehittämään tulevaisuudessa erittäin laihalla seoksella toimivia moottoreita, jotka tuottavat varsin puhtaita pakokaasuja. Mittausmenetelmän ja -laitteiden samankaltaisuus on ehdoton edellytys eri mittaustulosten vertailukelpoisuudelle. Siksi testimenetelmässä määrätään tarkasti sekä ajosykli että mittalaitteet. Lyijyttömän bensiinin käyttöönotto mahdollistaa katalyyttisen pakokaasunpuhdistuksen ja vähentää pakokaasupäästöjä lyijy-yhdisteiden osalta. Tämän hetken tietojen mukaan lyijytön bensiini otetaan kävttöön EEC:n piirissä vuonna 1989.

Kirjallisuustutkimuksessa selvitetään pölymäisten kiinteiden polttoaineiden käyttöä moottoripolttoaineena. Nykyiset nestemäisillä polttoaineilla toimivat moottorit vaativat suuria ja kalliita muutoksia selviytyäkseen kiinteiden polttoaineiden aiheuttamista vaikeuksista. Kiinteät hiukkaset lisäävät kulumisnopeutta moottorissa, polttoaineen syöttöjärjestelmässä ja kaikkialla, missä hiukkaset joutuvat kosketuksiin liikkuvien pintojen kanssa. Kulumisnopeus on ollut kiinteitä polttoaineita käytettäessä jopa 100-kertainen nestemäisiin polttoaineisiin verrattuna. Moottorityyppinä suuremmat keskinopeat tai hitaat dieselmoottorit näyttävät täyttävän parhaiten moottoreille asetettavat vaatimukset. Sveitsiläisen Sulzer-moottoritehtaan kokeet hitaalla ristikappale-moottorilla ovat toistaiseksi lupaavimmat moottorikokeet. Sulzerin kokeissa on polttoaineena ollut hiili-vesiliete, jossa hiilen osuus on ollut 50 - 70 paino-%. Palaminen on ollut melko täydellistä, mutta kuluminen ja polttoainelietteen kallis hinta näyttävät ratkaisemattomilta ongelmilta. Moottoreiden kehitystyö on aivan alussa eikä kiinteää polttoainetta käyttävää moottoria tehdä lähitulevaisuudessa sarjavalmistuksessa. Pölymäinen polttoaine on tulevaisuudessa jonkin kiinteän polttoaineen pölyn ja nesteen seos, jolloin käsittelyongelmat ovat huomattavasti pienemmät kuin pelkkää pölyä käytettäessä. Pölyjen valmistaminen nykytekniikoita käyttäen tuhlaa runsaasti energiaa. Useat moottorikokeet on tehty hiililietteillä, joissa hiilihiukkasen koko on ollut alle 30 um. Tällaisen pölyn valmistaminen ei ole tällä hetkellä taloudellisesti mielekästä.