Gaasimootor

Gaasimootor on sisepõlemismootor, mis kasutab gaaskütust, st kasutab kütusena vedelgaasi (propaani ja butaani segu) või maagaasi (metaan). Gaasimootor töötab Otto tsükli põhimõttel, soojust viiakse töötava keha juurde konstantse ruumala juures. Sama tsükliga töötavate bensiinimootoritega võrreldes on surveaste kõrgem (umbes 17). Asi on selles, et kasutatavatel gaasidel on suurem oktaanarv kui bensiinil.

Ajalugu

Lenoir

Lenoiri gaasimootor aastast 1860

19. sajandil tehti gaasimootoritega palju katsetusi, kuid esimese praktilise gaasimootori ehitas Belgia insener Étienne Lenoir 1860. aastal. Kahjuks oli Lenoiri ehitatud gaasimootoril kaks probleemi: suur kütusekulu ja väike võimsus.

Otto ja Langeni gaasimootor aastast 1867

Otto ja Langen

Lenoiri tehtud tööd täiendas Saksa insener Nikolaus August Otto, kes leiutas hiljem esimese neljataktilise sisepõlemismootori, et põletada kütust võimalikult tõhusalt kolvikambris. 1864. aasta augustis kohtus Otto Eugen Langeni, kes vaatas üle Otto välja töötatud idee ning nähes selles suurt potentsiaali, asutas ta kuu peale kohtumist maailma esimese mootoritehase NA Otto & Cie, Kölnis. 1867. aastal patentis Otto oma täiendatud disaini ning sai samal aastal selle eest Pariisi maailmanäitusel peaauhinna. See vabalthingav mootor toimis tänu sellele, et gaasi ja õhu segu juhiti püstisesse silindrisse. Kui kolb oli tõusnud umbes 20 cm, süütas väljaspool kolbi põlev gaasileek gaasi ja õhu segu põlema ning plahvatusest tulnud jõud pani kolbi liikuma, tekitades selle alla vaakumi, mis tõmbas silindrisse uut kütusesegu peale. Selle mootori eelis võrreldes sellel ajal levinud aurumootorile oli võimalus gaasimootorit igal hetkel käivitada ja peatada. See tuli kasuks perioodilistel töödel nagu näiteks veolaeva peale- ja mahalaadimisel ja seeriatootmine.

Neljataktiline mootor

Vabalthingav gaasimootor asendati omakorda Otto neljataktilise mootoriga. Üleminek neljataktilistele mootoritele toimus kiirelt, viimased vabalthingavad mootorid valmistati 1877. aastal. Umbes 1898. aastal hakati tootma neljataktilisi diiselmootoreid ja 1900. aastate esimesel kümnendil hakati kasutama ka neljataktilisi bensiinimootoreid.

Crossley tehases valmistatud kolme hobujõuga vabalthingav mootor Ansoni mootorimuuseumis

Crossley

Ühendkuningriigis asus kõige tuntum gaasimootorite tootja, milleks oli Manchester Crossley. See firma sai 1869. aastal Ühendkuningriigilt ja muult maailmalt (väljaarvatud Saksamaalt) õiguse patenteerida Otto ja Langdeni uue gaasiga töötava vablthingava mootori. 1876. aastal sai Crossley õiguse patenteerida ka veelgi võimekama Otto neljataktilise mootori.

Tangye

Manchesteri piirkonda oli rajatud ka teisi mootoritehaseid. Üks neist oli Birninghami lähedal asuv Tangye, mis 1881. aastal müüs pma esimese gaasimootori, millel oli 1 hobujõud. 1890. aastal alustas firma ka neljataktiliste gaasimootorite tootmis.

Säilitamine

Inglismaal Stockporti lähedal Poyntonis asub Ansoni motorimuuseum, kus on suur kollektsioon mootoritest ning muuseumis saab näha ka mitut töötavat gaasimootorit, nende hulgas ka Crossley valmistatud maailma suurimat vabalthingavat mootorit.

Gaasimootori rakendamine

1930ndatel ja 1940ndatel kasutati bensiini nappuse tõttu laialdaselt gaasigeneraatorautosid ehk puidugaasiautosid. Autole paigaldati puugaasigeneraator, puuklotsidest toodeti generaatorigaasi. Et nii saadud gaasi (vingugaas ja divesinik) põlemissoojus on väike, siis niisuguseid mootoreid enam ei kasutata. Gaasimootorid on seeriatootmises põhiliselt eriotstarbeks.

Transpordis kasutatakse traditsioonilistest bensiinimootoritest ümberseadmestatud mootoreid. Hiljuti on Euroopas välja töötatud ka traditsiooniliste diiselmootorite ümberseadmestamise tehnoloogia. Et diiselmootoritel on kõrgem surveaste, on nad bensiinimootoritest sobivamad. Ent kuna gaas ei sütti nagu diislikütus, siis rõhu tõusu puhuks silindris survetaktil tuleb diislile kas lisada süütesüsteem (nagu bensiinimootoritel) või kasutada kütuse ja õhu segus "süüteannuses" diislikütust (30–50% kogu kütusest). Gaasi kasutamine diiselmootorites kogub populaarsust ning tõotab lähiaastatel laialdaselt levida, kusjuures kasutatakse nii spetsiaalseid gaasimootoreid kui ka gaasidiiselmootoreid.

Sõidukite sisepõlemismootorite ümberehitamine gaasimootoriteks annab autoomanikele olulist kokkuhoidu, sest gaaskütus on odavam.

Metaani ja propaani kasutamine

Kuna maagaas (metaan) on alati olnud puhas, ökonoomne ja kergesti kättesaadav kütus, on tööstuslikud mootorid disainitud kasutama just gaasi mitte bensiini. Kuigi gaasimootori süsinikuheite suurus ei erine väga bensiinimootori süsinikuheitest, toodavad nad töötades vähem keeruka ehitusega süsivesinike saastet ning gaasimootoritega esineb vähem mootorisiseseid probleeme. Üks näide on vedelgaasil töötavad mootorid, mida rakendarakse tihti harklaadurite puhul.

Tehnilised üksikasjad

Gaasimootor erineb bensiinimootorist süsteemi poolest, mille abil segatakse kütus ja õhk. Bensiinimootorid kasutavad karburaatorit või kütusepumpa, gaasimootoris viiakse kütus õhuvooluni Venturi efekti abil. Varasemate gaasimootorite puhul kasutati kolme klapi süsteemi koos eraldi sisselaske- ja õhuklappidega.

Gaasimootori peamine nõrkus võrreldes diiselmootoriga on väljalaskesüsteem. Nimelt on gaasimootori heitgaasid palju kuumemad ning see tegur piirab mootori võimsust. Väiksematel diiselmootoritel on üldjuhul suurem võimsus kui hiigelsuurtel gaasimootoritel.

Energiabilanss

Soojuslik kasutegur

Gaasimootoritel, mis kasutavad kütuseks maagaasi, on soojuslik kasutegur umbes 35–45%. Parimad gaasimootorid suudavad saavutada soojuslikuks kasuteguriks pisut rohkem kui 48%. suuremad mootorid on efektiivsemad kui väiksemad. Biogaasil töötavad gaasimootorid on üldiselt väiksema efektiivsusega. Jenbacheri J624 mootor on maailma esimene metaanil töötav 24-silindriline gaasimootor, mis on suure efektiivsusega.

Gaasikulu arvutamine

Valem näitab gaasivoolu, kui gaasimootor töötab normaaltingimustes täiskoormusel.

$Q={\frac {P}{\eta }}\cdot {\frac {1}{LHV_{gas}}}$

• Q on gaasivool normaaltingimustes
• P on mootorivõimsus
• η on mehaaniline kasutegur
• LHV on gaasi madal kütteväärtus