Kytkimet ja momentinmuunnin

Kytkimen tehtävä on katkaista voiman kulku moottorista vaihteistoon ja sovittaa moottorin kampiakselin pyörimisnopeus vaihteiston pyörimisnopeuden kanssa. Tällöin vaihteiden vaihtaminen onnistuu ja auto voidaan pysäyttää ja saada liikkeelle ilman nykäyksiä. Kaikkien kytkimien tarkoitus on sama, mutta niiden rakenteissa on eroa. Automaattivaihteisissa autoissa toisaalta ei perinteisesti ole lainkaan kytkintä vaan momentinmuunnin.

Voimansiirtoa käsittelevän juttusarjan osat

  1. Voimansiirron rakenne
  2. Etuveto, takaveto, neliveto ja Ackermann
  3. Välityssuhteet
  4. Kytkimet ja momentinmuunnin
  5. Vaihteistot
  6. Akselit
  7. Tasauspyörästöt

Yleistä kytkimistä

Tavanomaisesti auton voimansiirto on katkoton, eli myös kytkin on kiinni. Näin on myös vaihteen ollessa vapaalla. Vasta kun kuljettaja painaa kytkinpolkimen pohjaan, irtoaa kytkin ja voimansiirto katkeaa. Jos voimansiirtoa ei voisi katkaista, kulkeutuisi moottorista voimaa auton pyöriin kaikissa tilanteissa. Esimerkiksi jarrutettaessa moottori todennäköisesti lopulta sammuisi.

Ilman kytkintä moottorin kampiakseli pitäisi liittää vaihteistoon suoraan. Kun auto on pysähdyksissä, ei vaihteiston osat pyöri lainkaan mutta kampiakseli pyörii esimerkiksi 800 kierrosta minuutissa. Näin suuri ero pyörimisessä tietäisi varsin nykäisevää lopputulosta, jos kampiakselia ja vaihteistoa alkaisi liittää ilman kytkintä. Kytkin siis tasoittaa pyörimisnopeuksien eron, koska kytkin kytkeytyy kampiakseliin vähitellen.

Kytkintehostin

Mopojen kytkintä käytetään ohjaustangossa olevalla kahvalla. Kuljettaja liikuttaa kahvaa kädellään, ja liike välittyy vaijerilla kytkimeen. Mopon kytkimen kuljettaja siis irrottaa ja kytkee täysin lihastensa voimalla. Tilanne voi olla sama moottoripyörissä, mutta isojen pyörien järjestelmään kuuluu hydraulinen tehostin. Tehostin siis moninkertaistaa kuljettajan käden tuottaman liikkeen, jotta kytkimen käyttäminen vaivattomasti olisi mahdollista.

Myös henkilöautojen ja kevyiden kuorma-autojen kytkimissä on hydraulinen tehostin. Ero kaksipyöräisiin on tosin se, että kuljettaja käyttää kytkintä jalalla. Kytkinpoljinta painettaessa tehostimen pääsylinterin mäntä liikkuu niin, että hydraulinesteen paine tehostimen putkissa kasvaa. Tämä saa kytkinkotelossa olevan työsylinterin liikuttamaan kytkimen holkkia.

Toisessa ääripäässä ovat raskaat ajoneuvot. Niiden kytkimien tehostimet toimivat paineilmalla. Usein itse asiassa kuljettajan tuottamaa voimaa tehostaa hydraulinen järjestelmä, joka taas ohjaa paineilmalla toimivaa tehostinta.

Yksilevykytkin

Tavanomaisin auton kytkin on yksilevykytkin. Se on kiinni moottorin vauhtipyörässä. Vauhtipyörähän pyörii kampiakselin mukana, ja kampiakselin pyörimään ovat saaneet moottorin männät. Tarkalleen ottaen kytkin koostuu kotelosta ja sen sisällä olevista levyistä. Levyjen keskipisteessä on vaihteistoon menevä akseli, joka välittää voiman kytkimestä eteenpäin. Kotelossa on vielä jousi kytkimen irrottamiseksi ja kytkemiseksi.

Alla olevassa kuvassa on kytkin ilman irrottavia osia. Voiman kulkemisen kannalta merkittävintä on se, mitä tapahtuu moottorin vauhtipyörän ja kytkimen yhden levyn, kytkinlevyn, välillä. Kytkinlevy kun on irti vauhtipyörästä, ei voima kulje vaihteistoon.Kytkinlevy irti-kiinniKytkinlevy on kiinteästi kiinni akselissa, joka menee vaihteistoon. Kytkinlevyn pyöriessä pyörii siis vaihteistokin ja voima pääsee kulkemaan eteenpäin. Toisaalta kotelo taas pyörii kiinteästi kampiakselin mukana. Kun kytkinlevy on irti vauhtipyörästä, vauhtipyörä ja kotelo jatkavat pyörimistään, mutta niiden pyöriminen ei vaikuta kytkinlevyyn eikä vaihteistoon menevän akseliin.

Kotelossa on toinenkin levy, ja sen tehtävä on painaa kytkinlevy vauhtipyörää vasten sekä kiskaista levy irti vauhtipyörästä. Kytkinpoljinta painaessaan kuljettaja saa siis painelevyn liikkumaan.Peruskytkimen toimintaVasemmanpuoleisessa kuvassa kytkinlevy on kiinni vauhtipyörässä. Koska vaihteiston akseli pyörii kiinteästi kytkinlevyn mukana, kulkee voima siis vauhtipyörästä vaihteistoon.

Kun kuljettaja painaa kytkinpoljinta, siirtyy holkki kohti vauhtipyörää ja painaa jousta. Jousi taittuu kuperaksi, jolloin sen ulkoreuna siirtää painelevyä vauhtipyörästä poispäin. Tällöin kytkinlevykin irtoaa vauhtipyörästä ja vaihteiston akseli lakkaa pyörimästä vauhtipyörän mukana.

Levyjousen sijaan käytössä voi olla kierrejousia. Tällöin periaate on lähes sama. Jouset eivät kuitenkaan ole yleisiä, koska rakenne on monimutkaisempi ja jousien painaminen vaatii enemmän voimaa.

Monilevykytkin

Tavallisen kytkimen raja tulee siinä vaiheessa vastaan, kun vääntö on niin suuri, että kytkinlevy ei voi välittää voimaa hajoamatta. Esimerkiksi kuorma-autoissa vääntö voi hyvin olla tuhansia newtonmetrejä.

Tästä syystä on kytkimiä, joissa on useita kytkinlevyjä. Suurin vääntö, jonka kytkinlevyt voivat välittää, riippuu kytkinlevyn pintojen lukumäärästä. Mitä enemmän siis on kytkinlevyjä, sitä enemmän on pintoja ja sitä suuremman väännön kytkin voi välittää.

Toisaalta mitä enemmän levyjä on, sitä pienempiä ne voivat olla. Siksi monilevykytkin on hyödyllinen esimerkiksi moottoripyörässä, koska moottoripyörään ei mahdu suurta kytkintä.

Rakenteeltaan monilevykytkin ei sinänsä eroa tavallisesta kytkimestä, mutta levyjä on toki enemmän. Jokaisen levyn välissä on painelevy. Painelevyt voivat liukua yhdystankoa pitkin, kun taas kytkinlevyt voivat liukua vaihteistoon menevää akselia pitkin. Kuljettajan painaessa kytkinpoljinta levyt siis liukuvat tangoilla niin, että ne irtoavat toisistaan. Vastaavasti kuljettajan nostaessa poljinta levyt liukuvat toisiinsa kiinni.

monilevykytkimen rakenneMonilevykytkin on märkä tai kuiva. Märän kytkimen kotelossa on moottorin öljyä. Öljy jäähdyttää kytkintä ja tekee toiminnasta hiljaisempaa. Öljy tosin lisäksi vähentää kitkaa, joten märkä kytkin ei voi välittää yhtä suurta vääntöä kuin kuiva. Näinpä märässä kytkimessä pitäisi olla levyjä enemmän tai niiden olisi oltava suurempia. Vaihtoehtonahan on jättää öljy pois eli tehdä kytkimestä kuiva, mutta tällainen kytkin kuumenee helposti ja on äänekkäämpi.

Kaksoiskytkin

Kaksoiskytkimessä on kaksi kytkintä sisäkkäin. Vaihdetta vaihdettaessa voiman kulku ei täysin katkea missään vaiheessa eikä vääntö pienene merkittävästi. Aiheesta on lisää seuraavassa osassa.

Momentinmuunnin

Momentinmuunnin on täysin erilainen kuin kytkin. Se ei ensinnäkään irrota mitään voimansiirron osia. Toiseksi sen toiminta perustuu öljyyn eikä mekaanisiin osiin. Näinpä auton voi pysäyttää siitä huolimatta, että moottori on käynnissä. Momentinmuuntimia käytetään hyvin paljon automaattivaihteistoissa, vaikka vaihtoehtona on kaksoiskytkin.

Momentinmuunnin välittää sitä enemmän vääntöä, mitä korkeammat kierrokset moottorissa on. Esimerkiksi auton jarruttaminen jarrupoljinta painamalla olisi paljon vaivalloisempaa, jos samaan aikaan kuljettaja nostelisi kaasupolkimella kierroksia vaikkapa 1 700:ään. Toisaalta kun kuljettaja alkaa kiihdyttää, momentinmuunnin jopa 2–3-kertaistaa väännön ja näin tehostaa auton kiihtymistä.

Suurissa nopeuksissa vaihteisto pyörii lähes samaa nopeutta kuin kampiakseli. Koska nopeus ei ole täysin sama, osa energiasta menee hukkaan. Siksi momentinmuuntimessa on usein lukkokytkin, joka kytkeytyy joko kaikissa nopeuksissa tai vain suurissa nopeuksissa.

Muualla 4WETOA-saitilla käsittelen tarkemmin momentinmuuntimen toimintaa sekä sen kestävyyttä.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.