MoottoriWiki
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. Polttoaineina voidaan käyttää myös kaasuja kuten nestekaasua, vetyä, biokaasua, puukaasua tai maakaasua. Palamisen aikana moottorissa muodostuu palamistuotteita, jotka poistuvat moottorista.
Polttomoottorin toiminta perustuu Carnot'n kiertoprosessiin, missä moottorin tila kiertää paine-tilavuuskoordinaatistossa suljettua sykliä, jolloin osa polttoaineen sisältämästä kemiallisesta energiasta muuttuu mekaaniseksi energiaksi. Syklin sisäänjäävä pinta-ala kuvaa moottorin hyödyntämää energiaa, ja se voidaan laskea rataintegraalilla.
Polttomoottoreita käytetään mm. useimmissa autoissa ja yleisilmailun lentokoneissa. Toimivan lentokoneen rakentamisen teki mahdolliseksi tuottamaansa tehoon nähden kevyt polttomoottori.
Sisällysluettelo |
Mäntämoottori
Mäntämoottoreissa polttoaineen palamisen synnyttämä paine muutetaan sylintereissä liikkuvien mäntien avulla mekaaniseksi energiaksi. Sylinterien sijoittelun mukaan moottoria kutsutaan (suoraksi) rivimoottoriksi, V-moottoriksi, vastaiskumoottoriksi tai tähtimoottoriksi.
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. 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. Kiertokangen liikkeen avulla mäntä imee uutta polttoaineseosta sylinteriin.
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 pumppaushäviöitä 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.
Puolidieselmoottori
Puolidieselmoottori eroaa dieselmoottorista sytytyksen osalta: sytytyslämpötilaa ei saavuteta puristamalla ilma-kaasuseos adiabaattisella puristuksella syttymislämpötilan yläpuolelle, vaan sytytys tapahtuu käyttäen apuna kuumaa moottorin osaa, joka pysyy moottorin käydessä seoksen syttymispisteen yläpuolella. Puolidieselmoottoreita ovat mm. pienoismalleissa käytetty hehkutulppamoottori sekä kuulamoottori. Puolidieselmoottorin etuna on sen flexifuel-kyky, eli polttoaineena voidaan käyttää lähes mitä tahansa palavaa nestettä tai jauhetta. Haittapuolena on sen huono teho-painosuhde.
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 erimittaiset iskut eri tahdeille.
Bourkemoottori
- Pääartikkeli: Bourkemoottori
Tämä moottori on nelitahtinen mäntämoottori, jonka vastakkaiset männät on kiinnitetty suoraan toisiinsa. Kampiakselin kampi liikkuu hahlossa, jota männät liikuttavat varsien välityksellä.
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 automalleissaan RX-7 ja 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.
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.
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.
