Onko Laverdoissa puoliadiabaattinen polttoprosessi?

[JouniSFC1000]

Nyt tulee hurjaa pohdintaa. Toivottavasti tämä ei mene aivan yksinpuheluksi. Kirjoitan tähän viestiketjuun mitä olen itse järkeillyt viimeaikoina. Puhutaan Laverdan polttoprosessista. Aloitetaan johdattelevaan sävyyn.

Nämä kolme ekaa varmaan kaikki varttuneemmat Laverdistit tietävät:

1. Francesco Laverdalla oli ilmeisesti maisterin tutkinto fysiikassa ja gradutyö oli mahdollisesti tehty termodynamiikasta.
2. Laverdojen polttoprosessi perustuu näihin tutkimuksiin
3. Moottoreissa on usein ns. puolipallon muotoiset kallopalotilat

[JouniSFC1000]

Ja sitten...

4. 50-luvulla oli melko yleinen tutkimussuuntaus kehittää "adiabaattisia" moottoreita.

Adiabaattinen prosessi on sellainen teoreettinen prosessi josta ei karkaa lämpöenergiaa laisinkaan ulos. Tällaista prosessia voidaan yrittää osittan jäljitellä, mutta tokikaan tähän teoreettiseen tilaan ei ole mahdollista käytännössä päästä. Käytännössä tällaista moottoria voidaan yrittää jäljitellä esimerkiksi valmistamalla koko moottori lähes lämpöä johtamattomista materiaaleista.

Yksi englanninkielinen linkki adiabaattisista moottoreista:
https://www.digitaltrends.com/cars/adia ... he-planet/
Linkissä tällaista keraamista moottoria tutki mm. USAn armeija 70-luvulla. Moottorit olivat järjettömän kalliita, päästöt hurjat ja suurin osa niistä rikkoutui melko nopeasti eli ko. koemoottorit eivät olleet luotettavia. Polttoaineen kulutus oli pieni ja teho suuri.

Netistä löytyy aika paljonkin tietoa esim. hakemalla Googlesta "adiabatic engines".
Jonkinlainen "puoliadiabaattinen" ratkaisu voidaan tehdä jos vain osittain vähennetään lämmön johtumista ulos palotilasta ja/tai sylinteristä. Näin olisi ehkä mahdollista tehdä käytännöllisempi moottori.

5. Carnot'n kierto

Carnot'n kierto on teoreettinen malli eräänlaiselle ideaaliselle lämpövoimakoneelle.
Mikään käytännön lämpövoimakone ei vastaa Carnot'n kiertoa.
Carnot'n kierrosta löytyy nykyään arvioni mukaan ihan paikkansapitävä artikkeli Wikipediastakin:
https://fi.wikipedia.org/wiki/Carnot%E2%80%99n_kierto

Otetaas Carnot-hyötysuhteen kaava:

η = 1 - Tc / Th , jossa η (Kreikkalainen eeta) on hyötysuhde, Tc alempi lämpötila ja Th ylempi lämpötila.

Yleensä korkeampi ylälämpötila Th tarkoittaa myös korkeampaa hyötysuhdetta, koska jakolaskun nimittäjä saa suuremman arvon.

[JouniSFC1000]

Entäs sitten?

6. Lämmön vähäisempi päästäminen ulos polttoprosessista ja korkeampi hyötysuhde tarkoittavat sitä että suurempi osa polttoaineen energiasta muuttuisi mäntää alas painavaksi voimaksi eikä hukkalämmöksi. On huomion arvoista että tämä hyötysuhde ei ole kuitenkaan koko moottorin hyötysuhde, vaan itse polttoprosessin hyötysuhde. Käytännön lopputulokseen vaikuttaa moni muukin asia.

7. Puolipallon muotoinen palotilan tarkoituksena on, että se mahdollistaa hyvin rikkaan seoksen polttamisen kun moottoria ajetaan suurella täytöksellä kuten täysikaasulla. Osakaasulla esim. harjapalotilat polttavat paremmin. Puolipallomaisella palotilan muodolla tavoitellaan mahdollisimman suurta suurinta tehoa.

Yhdistetään kaksi edellistä:

Yksi esimerkki "puoliadiabaattisesta" toteutuksesta on vaikkapa kallopalotila oikein mitoitettuna.
Keskeisenä muuttujana suunnittelussa on esim. ko. kallon materiaali, paksuus ja jäähdytyksen toteutus. Jokseen vastaava voidaan toteuttaa esim. Laverdan kaksitahtisissa paksulla sylinteriputkella ja kannen valulla. Kallottomissa nelitahtisissa esim. kannen valu voi olla paksumpi.

Lopputuloksena saadaan siis suurempi maksimiteho kuin monella ns. tavanomaisemmalla toteutuksella. Ei paljon ihmetytä miten Laverda voitti vaikkapa 50-luvun pikkupyörillä suuremmalla moottoriteholla kuin moni muu. Jossakin Franceson suunnittelemassa nelitahtisella mopossa oli polttoaineenkulutus 1,25 litraa / 100km. Esitän että tämä on osa selitystä. Kovin pientä kulutusta monissa Massimon ajan pyörissä ei ole, mutta niitä ei ole lähtöisesti suunniteltu polttoainepiheiksi, eikä niissä ole vakiona esim. alipaine-ennakkoa. Tätähän on Suomessa kokeiltu ja saatu polttoaineenkulutus reilusti laskemaan.

Tässä siis seoksen palolämpötila nousee. Se ei välttämättä tarkoita että vaikkapa ilmajäähdytteisen moottorin jäähdytysrivat kävisivät sen kuumempina kuin monessa tavanomaisemmassa moottorissa, koska lämpöenergiaahan siirtyy vähemmän moottorista ulos. Palotilan, sylinteriseinämien, männän, pakokaasujen ja mahdollisesti ainakin joidenkin ventiilikoneiston osien lämpötila lähtökohtaisesti nousee.

[JouniSFC1000]

Ja vielä...

Sanotaan vaan että kyseessä on puoliadiabaattinen kipinäsytytteinen bensiinimoottori.
Mitä teknisiä haasteita yllä olevasta lihavoidusta tekstistä pitäisi seurata?
Luetellaan alle. Kuulostaako tutulta?

-Männän sulamislämpötilan ja käyntilämpötilan erotus on pienempi. --> Helposti saa männän sulamaan väärillä säädöillä.

-Sytytystulpista voi saada elektrodit helposti sulamaan jos säädöt on hieman pielessä.
Kaasun lämpötila tulppaa vasten on suurempi.
Oma havaintoni on myös ettei jotkut tulpat joissa on erikoismateriaaleista tehdyt elektrodit kestä yhtään Laverdassa, vaan ne sulaa samantien. Jotkut tulpat voivat myöskin poiketa keskielektrodin lämmönsiirroltaan siten, että keskielektrodi sulaa oikeista säädöistä huolimatta.
Jotkut tulpat on mahdollista säätää kestämään, mutta tällöin seos ei ole itse moottorin maksimitehon
kannalta optimissa.

-Helpommin lämpöhalkeamia jos ei pala juuri oikein -> herkkyysanalyysi -> Säädöt oltava aivan kohdallaan.

-Valurautakallo kestää paremmin väärin palavaa seosta kuin paljas alumiini. Ehkä syy miksi kallottomiin triplen palotiloihin tulee kovin helposti lämpöhalkeamia. Eli ko. valurauta ei ole niin herkkä lämpöhalkeamille kuin ko. alumiini.

-Erityisesti viritetyissä moottoreissa saa polttaa aika rikkaalla seokselle, säädöt oikein,
tulppa olla oikea, jne., ettei palo- ja käyntilämpötilat karkaa, nakuta tms.

-Yksi monista syistä miksi huono öljy toimii varsin huonosti Laverdoissa. Esim. öljyä voi mennä liikaa venttiiliohjureista moottoriin, vaikka olisikin melko timmit ohjurit. Lisäksi sylinteriseinämien voitelu on haastellisempaa kuumemmissa lämpötiloissa. Toki moni muukin haaste liittyy voiteluongelmiin, kuten ilmajäähdytys, joissain kohti liian suuret pintapaineet, jne.

-Monissa Laverdan kaksitahtikoneissa on huono luotettavuus mm. öljy palaa kuumilla sylinteriseinämillä joten voiteluvaurioita saa helposti aikaan esim. huonolla 2T öljyllä. Esim. LB125. Jotkut ILOCista sanoo ettei lähes yksikään Laverdan itsensä tekemä 2T-konemalli ole ollut kovinkaan luotettava. Lienee puoliadiabaattinen prosessi huono 2T-koneeseen, mm. litrateho suurempi ja voitelu heikko.

[JouniSFC1000]

Laitetaan lopuksi englanninkielisiä linkkejä koskien adiabaattisia ja puoliadiabaattisia moottoreita:

Tässä esim. lasketaan tietokoneella puoliadiabaattista moottoripyörän moottoria, jossa on 0,5mm kerros keraamia lisätty sylinteriseinämiin:
https://www.researchgate.net/publicatio ... ic_engines

Tämä on lähinnä dieseleistä:
http://nopr.niscair.res.in/bitstream/12 ... 49-255.pdf

[JouniSFC1000]

Ja pakokaasut haisee erilaiselta kuin monessa muussa moottorissa. Muistanko oikein että typen oksideja tulee enemmän jos palaa kuumalla liekillä?

[cape]

Ei, se on diabolic polttoprosessi!

[cape]

No joo, vitsit sikseen. En vaan malttanut…

Mutta, mitenkään ottamatta kantaa Jounin ajatuksiin (kun en niistä mitään ymmärrä), hienointa tuossa jutussa on se, että taas nähdään kuinka rikas ja monipuolinen tämä meidän harrastus on. Joillekin riittää kun ”kuolaa” Laverda kuvia/videoita. Jotkut keräilevät niitä tallit täyteen. Joillekin on tärkeää hienosti entisöity näyttelykappale. Jouni pureutuu tekniikkaan pieteetillä ja tieteellisellä tarkkuudella. Ja sitten on tietysti meitä onnettomia, jotka yrittävät selvitä perushuolloista ja keskittyvät kesäisiin ajeluihin. Kaikki hienoja tapoja harrastaa!

Enää kolme kuukautta ja voidaan taas pähkäillä yhdessä!!

[italosound]

Moro
Kannen lämpötilasta ja öljystä tuli mieleen että takavuosina tripleistä meni nostajan kuppeja, nykyisin ei juuri ollenkaan. Mitä Jouni olet mieltä mäntien ja palotilojen maalaamisesta eristemaalilla? Sitähän nykyään harrastetaan remppojen yhteydessä, lienee jotain keraamista pinnoitetta. Johonkin se lämpö menee, mutta tuleeko jokin yksittäinen kohde liialle lämpökuormalle, vai oletaanko että se tulee vain putkesta pihalle?
Martti

[JouniSFC1000]

Vastaan kohta paremmin.

Lisään tässä välissä Helsingin Sanomien linkin adiabaattisesta moottorista:
https://www.hs.fi/autot/art-2000006139109.html
(Huom. artikkeli viittaa viestiketjussa olevaan ekaan linkkiin.)

Tuon voi lukea HS:n tunnuksella. Kolmen kuukauden välein saa kaksi viikkoa ilmaista lukuaikaa
jos kirjautuu sisään. Luin tuon joskus, muistaakseni tästä HS:n artikkelista puuttui maininta
ettei tämä tekniikka liene kovinkaan soveltuva nykyisiin päästömääräyksiin.

-Jouni