Jutut

Moottoriveneilyn syntyvaiheet: Polttomoottorin patentointi vuonna 1876

Kun moottoritehtailijat Nikolaus Otto ja Eugen Langen patentoivat edellisen ideoihin perustuvan nelitahtisen polttomoottorin vuonna 1876, se oli ratkaiseva läpimurto moottoriveneen historiassa. Uudenlaista nelitahtista alettiin kutsua keksijänsä mukaan ottomoottoriksi.

22.12.2018

KirjoittajaMatti Murto

KuvaajaTimo Utter

Nikolaus Otto jätti koulunkäynnin sikseen 16-vuotiaana ja elätti itsensä aluksi kauppa-apulaisena ja myöhemmin kiertelevänä myyntimiehenä. Kauppamatkoillaan hän tutustui belgialaisen Etienne Lenoirin kehittämiin versioihin kaasumoottorista, nykyaikaisen polttomoottorin edeltäjästä. Tekniikasta kiinnostuneena hän oivalsi niiden mahdollisuudet.

Otto tutustui vuonna 1864 perusteellisen teknisen koulutuksen saaneeseen Eugen Langeniin, ja jo kuukauden kuluttua tapaamisesta he olivat yhdessä perustamassa kaasumoottoreita valmistavaa moottoritehdasta. Valmistajia oli muitakin, mutta Otto ja Langen saavuttivat mainetta laadulla ja teholla. Pariisin maailmannäyttelystä tuli Grand Prix.

Kaasumoottori oli kaksitahtimoottori, joka kävi kivihiilestä valmistetulla kaupunkikaasulla. Se oli kokoon ja meluun nähden kovin heikkotehoinen ja kulutti runsain määrin kaasua. Rakenne oli sukua höyrykoneelle: mäntä imi sylinteriin kaasun ja ilman seosta. Kun sitä oli riittävästi, seos sytytettiin joko kipinällä tai nopeasti sulkeutuvasta sytytysaukosta bunsen-tyyppisen kaasupolttimen pilottiliekillä. Samassa paineessa ulkoilman kanssa oleva seos räjähti, ja mäntä sai lisää vauhtia. Takaisin palatessaan se tyhjensi sylinterin, joten moottori tarvitsi ”hengittääkseen” vain yhden venttiilin, josta kaasut virtasivat luistin ohjaamina sisään tai ulos samoin kuin höyrykoneessa.

Moottoreilla oli taipumus ylikuumentua, ja ne vaativat suuret määrät jäähdytysvettä. Tuon ajan voiteluöljyt eivät niissä lämpötiloissa toimineet, ja koneet leikkasivat usein kiinni. Otton oivallus oli soveltaa termodynamiikan lakeja, joiden mukaan teho paranee ratkaisevasti, jos kaasuseos puristetaan kokoon ennen sen sytyttämistä, ja kehittää moottori, jossa oivallus voidaan hyödyntää. Tämä oli ymmärretty aikaisemminkin, ja muun muassa ranskalainen Alphonse Beau de Rochas oli 16 vuotta aiemmin patentoinut nelitahtimoottorin, jossa kaasut puristetaan kokoon ennen työtahtia. Patentti unohtui, koska moottoreita ei koskaan valmistettu, mutta sen perusteella Otton patentti purettiin vuonna 1884. Tämä vapautti muut valmistajat mukaan uudenlaisen moottorin kehittämiseen. De Rochas ei patentoimaansa moottoria koskaan myöhemminkään rakentanut.

Kehittäjiin kuuluivat muun muassa kumppanukset Gottlieb Daimler ja Wilhelm Maybach. Molemmat olivat Nikolaus Otton silloin puoliksi omistaman moottoritehtaan palveluksessa ja saivat seurata läheltä uuden nelitahtisen syntyä. Tehdas valmisti paikallismoottoreita mutta näkemyserot parivaljakon ja Otton välillä kiristyivät niin, että Daimler sai potkut vuonna 1880. Hän puhui Maybachin mukaansa ja he perustivat oman tehtaan. He halusivat valmistaa moottoreita kulkuneuvojen voimanlähteiksi, jolloin ongelma oli löytää kaupunkikaasua käytännöllisempi ratkaisu polttoaineeksi. Pitkään harkittuaan he valitsivat petrolin.

Petroli on tuon ajan ratkaisu valaistuspulmiin, ja sitä käytettiin pääasiassa öljylampuissa. Kemistit olivat keksineet tislata sitä maaöljystä, josta saatiin myös voiteluöljyä ja bensiiniä. Viimemainittu oli apteekkitavaraa ja sitä käytettiin puhdistukseen. Maaöljyä pumpattiin maanpäällisistä esiintymistä. Valopetrolille oli kehitetty jonkinlaiset laatuvaatimukset, sillä aluksi liian herkästi haihtuvat tisleet aiheuttivat öljylamppujen räjähdyksiä ja sytyttivät tulipaloja. Liian heikosti haihtuvat tisleet taas paloivat huonosti ja savuttaen.

Karl Benz oli Daimlerin ja Maybachin teknisesti lahjakas aikalainen, joka työskenteli pitkälti samoin päämäärin mutta parivaljakon töitä tuntematta, vaikka asuikin melko lähellä. Hänen mielenkiintonsa suuntautui kaksitahtisiin moottoreihin, joille hän sai patentin vuonna 1879. Benzin näkemyksen mukaan samasta koosta kaksitahtisella saa kaksin verroin tehoa nelitahtiseen verrattuna ja keveys on liikkuvassa kalustossa etu. Benz patentoi myös kehittämänsä polttoainejärjestelmän, oman kaasuttimensa, akusta virtaa ottavan sytytysjärjestelmän ja eräänlaisen sytytystulpan.

Daimler ja Maybach panivat toimeksi: maailman ensimmäinen moottoripyörä syntyi vuonna 1885. Sen moottori oli satakuutioinen, pieni tiheäkäyntinen yksihevosvoimainen. Tiheäkäyntisyys tarkoitti tässä tapauksessa 600:aa kierrosta minuutissa, kun yleensä polttomoottoreiden kierrosluvut olivat 120–180 kierrosta minuutissa. Kierrosluvun nosto merkitsi lisää tehoa.

Daimlerin ja Maybachin kolmas moottori oli 1,1-hevosvoimainen ja tilavuudeltaan 462 cm3. Sylinteri oli pystyssä ja kierroksia oli 800 minuutissa. Se oli sitkeä, pitkäiskuinen moottori, jonka sylinterin halkaisija oli 70 mm ja iskun pituus 120 mm. Hehkuputkisytyksen sijasta siinä oli paristokäyttöinen sytytysjärjestelmä ja Maybachin kehittämä ja patentoima nykyaikaisen kaasuttimen äiti, jossa esilämmitetty petroli imetään sylinteriin virtaavan ilman sekaan virtauksen synnyttämän alipaineen avulla. Suutin ja moottorin lämpö hajottavat polttoaineen sumumaisen pieniksi ja helposti syttyviksi pisaroiksi.

Tämä oli maailman ensimmäisen moottoriveneen polttomoottori. Se asennettiin vuonna 1886 pieneen 4,5 metriä pitkään veneeseen, jonka nimi oli kotijoen mukaan ”Neckar”. Nopeudeksi mitattiin 11 kilometriä tunnissa eli 6 solmua.

Lähde: Moottoriveneilijän käsikirja, 2012, Matti Murto ja Timo Utter

X