Võidujooks mitte kuhugi, väiksema kütusekulu nimel

Peaaegu iga uue sõiduauto esitlusel jagatakse masinat tutvustavaid materjale, mis algavad üsna erineva sõnastusega, aga sisuliselt ühesuguse avaldusega: mootori põhistruktuur on täielikult ümber ehitatud, et viia mootori potentsiaal maksimumini. Kirjutab Uku Tampere.

Selle väljendi taga on kõrgete kütusehindade ja kasvuhoonegaaside tundlikul ajastul kohati lausa meeleheitlikuna näiv püüd erinevate keskkonnareeglitega sammu pidada, seejuures autotootja identiteeti, sõiduki kasutusmugavust ja tarbijasõbralikkust kaotamata.

Samas liiguvad tarbijate ootused sõiduki madalama hinna ja odavama ekspluatatsiooni suunas. Siin peitub paradoks – mida rohkem tehnoloogiat ja nõudeid, seda kallimaks muutub auto tootmine. Mida keerukam on süsteem, seda lühem on kasutusiga ja vastupidavus. Aga seda väiksem on kütusekulu!

Ligikaudu 30 aastat tagasi algas ajastu, mil võidutses „vorsprung durch technik” ehk rohkem tehnoloogiat tegi asju paremaks ja vastupidavamaks. Kuigi tahaks olla sinisilmne, siis tänane vorsprung ehk edasihüpe ja eelis on maailma nõudmistega hakkama saada ilma asja tuksi keeramata.

Et mitte masenduda, leiame ka ühe positiivse nüansi: kaasaegse tehnoloogilise ime ehk võimsa ja suure auto kütusekulunumbrid on (vähemalt paberil) samas klassis kunagiste ökoautode näitajatega.

Keskendudes ainult väikesele kütusekulule ja jättes kõrvale lõivu, mida ökonoomsuse eest lühema kasutusea näol maksta tuleb ning häälestades end „problem shiftingu” lainele, leiame kaasaegsest autost hulgaliselt tehniliselt põnevaid detaile.

Füüsika on väga lahe!

Füüsikas öeldakse, et kui keha liigub mingisuguse jõu mõjul, siis teeb see jõud keha liigutamiseks mehaanilist tööd. Autode puhul saame jõu mootorist, mis omakorda ammutab energiat mootorikütusest.

Valem näitab, et vajaliku mehaanilise töö hulk sõltub liigutamiseks vajalikust jõust ja liigutatavast teepikkusest. Energia kogus sõltub liigutatava objekti massist ja kiiruse ruudust.

Eks neid valemeid ja muutujaid on veel, aga kui mõned peatükid füüsikat, mõtisklusi ja detaile lihtsuse huvides vahelt ära jätta, siis jõuame selleni, et kokkuvõtvalt on kahetonnise reaalse massiga asja liigutamiseks ühesugustes tingimustes vaja suhteliselt ühesugune kogus energiat.

Erinevus kütusekuludes

Praktikas on autode kütusekuludes suuri erinevusi. Siin on palju detaile, aga peamiselt tulevad erinevused sellest, kui efektiivselt üks või teine auto kütusest saadava energia enda liigutamisse oskab suunata. Ülejäägid satuvad reeglina soojusena atmosfääri.

Selge on see, et erinevused liikumise energiavajaduses sõltuvad paljudest pisiasjadest: erinevalt konstrueeritud mootorite ja jõuülekannete hõõrdekadu on erinev, sõidukitel on erinev veeretakistus ja tuuletakistuse koefitsent jms. See ongi inseneride mängumaa.

Et energiavajaduse erinevusi näitlikustada, siis näiteks juhul kui kõik muud näitajad oleksid samad, vajaks Nissan Leafi elektriauto liigutamine läbi õhu vähem energiat, kui kuubikukujulise, aga sama massi ja välismõõtmetega tüki liigutamine, sest Leafi õhutakistus on pisem ja selle võrra vähem jõudu on vaja tema liigutamiseks.

Väikesed imed

Üks värskematest mootoriuuendustest tuksub uue põlvkonna Toyota Camry kapoti all, mida Euroopas saab ametlikult näha alles hilissügisel. Selleks, et hübriidajamiga auto oleks maksimaalselt efektiivne, on insenerid neljasilindrilise ottomootori täiustamise kallal kõvasti vaeva näinud.

„Kõige olulisem uue Camry juures on täielikult ümberehitatud jõuallikas,” ütleb tutvustav materjal. Üks suuremaid tehnoloogilisi võite on Atkinsoni tsükli integreerimine „tavalise mootoriga”. Atkinsoni tsükli eripäraks on muudetud gaasijaotusfaasid. Sellise mootori töötakt on tavalisest pikem, sisselaskeklapp suletakse tavalisest hiljem ja väljalaskeklapp avatakse hiljem.

Võrreldes traditsioonilise neljataktilise sisepõlemismootoriga on tulemuseks kütuse efektiivsem kasutamine keskmistel pööretel. Miinuseks aga ebaefektiivne töö keskmisest erinevatel pööretel, sealhulgas täielik sobimatus kõrgetel mootoripööretel ja väike erivõimsus.

Toyota võttiski Atkinsoni tsüklist saadava efektiivsuse ja traditsioonilise neljataktilise mootori kasutusmugavuse ja miksis need kokku võimsaks ja samal ajal ökonoomseks mootoriks.

Saavutatud efektiivsuse taga ei ole üksnes erinevate tsüklite ühendamine, vaid ka rida muid muudatusi: laiendati klappide nurka, võeti kasutusele pikem kolvikäik. Eelnimetatud koos lasertöödeldud klapipesade ja hästivoolava sisselaskekollektoriga tagavad suurema silindrisse jõudva õhuhulga.

Sellesse suppi lisati veel mitme auguga pihustid ning tulemuseks on parem kütusesegu ja kiirem põlemine. Lisaks toetab muutuva ajastusega klapiajamit pisike elektrimootor, nukkvõlli profiil on uus ning tulemuseks on 2,5 liitrise töömahuga vabalthingav bensiinimootor, mis arendab 131 kw võimsust ja täidab kõige karmimad kaasaegsed heitmenormid.

Et loetelu mitte pooleli jätta, siis on blokikaas samuti uus ja sisaldab endas nüüd ka lahendusi EGR süsteemi jahutamiseks, katalüsaator on uus (ja parem?) ning oluliselt töötati õlipumba kallal. Viimasegi eesmärk on vähendada ennekõike mootori hõõrdekadusid.

Ükski kaasaegne mootor ei suudaks üha karmimaid loodussäästunõudeid täita ilma koostööta määrdeainetega – nii voolab mootori verena uues Camrys ka senisest madalama viskoossusega mootoriõli.

Selle rivi pisemate ja suuremate kohenduste tulemuseks on mootor, mille soojuslik efektiivsus on 41%. See on maailmas kõige kõrgem number masstoodangus olevate bensiinimootorite kategoorias.

Ja mootor ise on ilmekas näide sellest, millises mahus pingutusi peab autotootja tegema, et püsida kaasajal aktsepteeritaval tehnoloogilisel tasemel. Aga kas see on „vorsprung”?

Hõõrdumine, kõigi kütusekulude ema

Eelnev muudatuste nimekiri annab vägevalt mõtlemisainet teel väiksema kütusekulu suunas ning sobib minu meelest ilmestama fakti, et sõiduki kütusekulu mõjutavadki „miljon” faktorit, millest paljud jäävad autokasutaja mõjuväljast väljapoole.

Autotootjad rabelevad ja pigistavad mootoritest välja imelisi kütusekulu ja heitmete numbreid. Kuid tehnoloogilistest arendustest huvitavam küsimus on hoopis see, mida kasutaja saaks teha, et oma sõidukiga ökonoomsemalt liigelda ja pisema kütusekulu suunalises võidujooksus kaasategev olla.

Üks mõte, mille ma Toyota mootori uuenduste müriaadist välja noppisin, on hõõrdumine – nii parema voolavusega kollektor, täpsuse huvides laseriga töödeldud klapipesad, teistsugune nukkvõll kui ka vägevam õlitus täidavad eesmärki vähendada hõõrdekadu.

Muutujad kütusekulu võrrandis on sõiduki mass ja kiirus, aga samamoodi ka tuuletakistus, rehvide veeretakistus, jõuülekande kulud, mootorikütuste kvaliteet, õlide kvaliteet ja värskus ning mitte vähem olulisena tehniline seisukord.

Seega värsked rehvid alla koos õige rõhuga, õigeaegselt tehtud õlivahetused ja värske õli ning hoolitsemine selle eest, et näiteks pidurid ei jääks peale või sildade kokkujooks oleks õige – see kõik peaks olema elementaarne.

Mikrotasandil, mis minu jaoks isiklikult on põnevaim, saame rääkida sellest, et juhi habe ning auto pesematus suurendavad kütusekulu. Üks suurendab auto massi ja pesemata pind on nii palju karedam, et suureneb auto õhutakistus.

Juhi vuntsid kasvatavad päriselt kütusekulu?

Top Geari neljanda hooaja seitsmendas saates loobiti õhku huvitavaid numbreid vuntside mõjust auto kütusekulule. Ilmselgelt ei maksa umbes kahe grammi vuntside sõidutamine viis naela aastas nagu saates naljatati. Aga tegelikult pole see üldse nali – kuna keha liigutamiseks vajalik energia sõltub lähtepositsioonil massist ja kiirusest, siis iga grammi võrra kasvanud mass kasvatab energiavajadust ja kuna energiat saab kütusest, siis ka kütusekulu.

Ka mõne grammi vuntside ning habeme mööda maad ringi sõidutamisest tekkiv lisakütusekulu on välja arvutatav. Tähtis on meelde jätta, et sinu auto kütusekulu sõltub füüsika vaatenurgast peaasjalikult järgmistest faktoritest:

1)            Kiirus – kui kasvatad kiirust, kasvatad liigutamiseks vajaliku energia hulka kiiruse ruudu võrra

2)            Mass – igasugune igaks juhuks autos kaasa sõitev kola ja koorem vajab liigutamiseks lisaenergiat

Seega esimene samm auto kütusekulu timmimisel on vaadata üle liikumiskiirused ning algatuseks tasuks autost kokku korjata erinevatesse laegastesse ja sahtlitesse kogunenud kraam.

Törts päriselulist näidet

Kui möödunud aastal oma hüppava sidruni (Citroën Jumper) ära müüsin ja sealt aegade jooksul kogunenud kraami välja viskasin, sain kokku 22-kilose koti, kus oli asju helkurvestist ja taskunoast kuni igaks juhuks autos olnud vahetuspesuga. Mina üllatusin.

Arvestades, et Jumperi tühimass on ca 2200 kg, siis kasvatab kola auto massi ca ühe protsendi võrra. Täiendav energiavajadus on arvutatav ja ka kütusesse teisaldatav, eksole.

Arvutatav kasvõi seeläbi, et tonni jagu kaupa kasvatas kütusekulu keskmiselt ca 2 liitrit 100 km kohta. Tegelikkusest isegi rohkem, aga olgem arvutustes pigem pessimistlikud. 22 kilogrammi on 2,2% tonnist. Kui tonn kasvatas 2 liitrit, siis 22 kg lisab kütusekulule ca 40 ml / 100 km kohta.

40 milliliitrit on üks pitsitäis. Üks pitsitäis iga läbitud saja kilomeetri kohta on suur klaasitäis Tallinn-Kaunas otsaga ning liitrine pudel Tallinn-Pariis otsaga.

Mina sõitsin Jumperiga 200 000 km ning selle distantsi jooksul saame rääkida juba umbes 80 liitrist kütusest. See on terve paagitäis. Ainult selle eest, et vedasin kaasa 22 kilo suvalist kraami, millest enamikku ei läinud kunagi vaja. Tean, et eelnev mõttekäik ei pretendeeri teaduslikule täpsusele, kuid illustreerima ikka sobib. Illustreerima 7. klassi füüsikat, millele tugineb kogu kütusekulundus.

Sõidustiil, sõidustiil, sõidustiil

Lõpuks jõuame punkti, kus autotootjate ponnistused säästetud milliliitrite pärast ning autoomanike väikesed teod nullib vale kasutus. Füüsika füüsikaks – reaalne kütusekulu sõltub ainult kasutajast, kasutusest ja kasutuskeskkonnast.

Teisisõnu – ka kõige parem hübriidajamiga masin sööb ohtralt kütust, kui juht ei kohanda oma sõidustiili ning ei rakenda õigeid sõiduvõtteid. Ja ka suure töömahuga mootoriga lipulaevmaastur võib olla üllatavalt ökonoomne, kui selle liikumist mõtestatult juhtida.

Olen enda jaoks välja kirjutanud mõned mõtteid, mis kütusekulu mõjutavad ja mida ma viimase miljoni sõidukilomeetri jooksul tähele olen pannud ning praktikas testinud. Toon siinkohal väikese valiku enda mõtetest.

1)            Eesti karedatel teedel on kütusekulu ca neljandik suurem, kui Saksamaa betoonteedel. Sõltumata aastaajast ning ilmast – Eestis lihtsalt kulub rohkem kütust, sest tee on geograafiliste ja tee-ehituslike faktorite tõttu karvasem, seetõttu ka suurema veeretakistusega.

2)            Madalad mootoripöörded ei ole alati ökonoomsed. Liiga madal pöörlemiskiirus koormab mootori üle ning võib tekitada hoopis teistsuguseid probleeme nagu tahmamine ja detonatsioon, mis pikas perspektiivis teevad rohkem kahju, kui väike kütusesääst. Kui seda üldse tekib.

3)            Mootoriõli vahetuse välbad on liiga pikad. Kuigi esindus lubab mootoriõli vahetada välbaga 50 000 km, muutuvad õli määrimisomadused juba isegi neli korda varem nii palju, et kütusekulu kasvab tuntavalt. Ainult linnas elav ja palju tühikäigul töötav auto tahaks õli vahetamist juba varemgi.

4)            Püsikiirushoidja lisab sõltuvalt kasutajast kütusekulu ca pool liitrit saja kilomeetri kohta. Kõige ökonoomsem on püsiv koormus ja stabiilne gaasipedaali asend, mitte püsiv kiirus. Lisaks suudab oskuslik juht ära kasutada pinnavorme ja muud liiklust, et sõit ökonoomsem oleks.

5)            Ennetav sõidustiil. Eriti linnaliikluses on võimalik sõidustiili kohandada selliselt, et üleliigsed kiirendused ja aeglustused jäävad olemata. Kõige rohkem kütust kulutab aga justnimelt kiirendus. Seega iga säästetud kiirendus on otsene kütusesääst.

6)            Kehv rehv mõjutab kütusekulu ca 10 protsenti.

7)            Planeerimine. Liiklus ja ummikud mõjutavad teekonnale kulunud kütuse kogust oluliselt. Kui mõelda kasvõi natukene ette ning asuda teele pool tundi või tunnike hiljem, võib liikluspilt olla muutunud juba sedavõrd palju, et teekond õnnestub läbida hoopis ühtlasemalt sõites ja ilma üleliigsete peatumisteta näiteks ummikus.

8)            Väsimus, ärritus ja kõrvalised tegevused kasvatavad kulu. See läheb tegelikult kategooriasse ennetav sõidustiil, aga on väärt eraldi välja toomist.

Kokkuvõtvalt

Ma ei oska ennustada, kuhu suunas sunnivad üha karmistuvad keskkonnanõuded autotootjaid ning mis täpselt on kogu automaailma üha tugevama pitsitamise ja täpsema timmimise lõpptulem. Veelgi vähem on võimalik ennustada seda, kas näiteks 10 aasta pärast saame üldse autondusest rääkida kujul, mida täna teame. Ja kas meil on üldse mootoribensiini või diiselkütust.