Näin toimii momentinmuunnin

Momentinmuunnin on automaattivaihteistoon kuuluva osa, ja se on kytkimen paikalla moottorin ja vaihteiston välillä. Momuja ei käytetä manuaalisissa vaihteistoissa, mutta automaattisessa voisi olla esimerkiksi kaksoiskytkin, tai vaihteisto voisi olla constantly variable.

momu-osat-kaikkiNykyaikainen momentinmuunnin koostuu viidestä osasta. Etukansi on pultattu moottorin vauhtipyörään ja pyörii sen mukana. Etukannessa on kiinni takakansi, ja takakannessa on siivekkeet. Takakansikin pyörii moottorin mukana, koska se on kiinni etukannessa.

Etukannen sisällä siitä irrallaan on turbiini. Turbiinissa on siivekkeet. Turbiinin ja etukannen seinän välissä on lukkokytkin.

Viides osa on turbiinin ja takakannen väliin sijoittuva staattori. Se pyörii irrallaan muista momentinmuuntimen osista. Siitä lähtee kiinteä akseli automaattivaihteiston öljypumppuun, ja akselin sisällä on pienempi akseli. Se taas kulkee turbiinista vaihteistoon ja on vaihteiston pääakseli. Toisin sanoen turbiini on lopulta osa, joka pyörittää vaihteistoa.

Momentinmuuntimen hienous onkin nimenomaan ratkaisussa, jolla moottori saadaan pyörittämään turbiinia. Koska moottori jo kiinteästi pyörittää takakantta, pitää siis takakannen ja turbiinin välissä saada voima kulkemaan. Voimaapa kuljettaa öljy, tuo sitkeä ja luikas neste. Kyllä – luikas, ei liukas.

Jo kaksi momentinmuuntimen viidestä osasta saa öljyn siirtämään voimaa ja periaatteessa auton liikkumaan. Kun moottori pyörittää takakantta, sen siivekkeet lennättävät öljyä pyörimisliikkeeseen. Öljy törmää vastapuolella olevan turbiinin siivekkeisiin ja saa turbiinin pyörimään. Samalla turbiinin siivekkeet lennättävät öljyn takaisin kohti takakantta.

EricTheCarGuy on keksinyt, että ilmiön voi havainnollistaa kotona asettamalla kaksi tuuletinta vastakkain. Vaikka vain toisen tuulettimen kytkee virtalähteeseen ja laittaa pyörimään, alkaa toinenkin tuuletin pyöriä.

Tosin toinen tuuletin ei pyöri yhtä nopeasti. Samoin ei pyöri turbiini kovin tehokkaasti eikä yhtä nopeasti kuin takakansi. Se on ongelmallista silloin, kun auto on paikallaan ja sen massa vastustaa liikkeelle lähtemistä. Kuvitelkaa nyt jonkin 2-tonnisen pick-upin saaminen liikkeelle lennättämällä öljyä yhdessä sen voimansiirron kohdassa oleviin siivekkeisiin. Puhumattakaan 25-tonnisesta kuorma-autosta.

momu-staattorin-periaateTästä syystä takakannen ja turbiinin välissä on staattori. Staattorissa on yksisuuntainen kytkin, joka estää staattoria pyörimästä toiseen suuntaan. Tällöin se ei alakaan pyöriä öljyn törmätessä siihen vaan muuttaa öljyn suuntaa. Öljyn palatessa takaisin takakannen siivekkeisiin sen suunta on sama kuin takakannen, ja tällöin öljy pyörittää takakantta yhä voimakkaammin. Vääntö kasvaa, ja auto lähtee liikkeelle.

Toisaalta auton lähdettyä liikkeelle staattori alkaa pyöriä öljyn mukana, jolloin se ei turhaan vastusta öljyn virtausta momussa.

Kun autolla on useita kymmeniä kilometrejä tunnissa nopeutta, momentinmuuntimessa alkaa esiintyä energian katoa. Turbiini ei pyöri yhtä nopeasti kuin moottorin pyörittämä takakansi, ja liikettä muuttuu lämmöksi. Momun ylikuumeneminenkin voisi olla jo uhkana. Tästä syystä etukannen ja turbiinin välissä on lukkokytkin. Öljyn paineen ollessa riittävän korkea se lukitsee kytkimen etukantta vasten. Tällöin sekä etu- ja takakansi että turbiini pyörivät yhtenä kokonaisuutena, jolloin momu on huomattavasti tehokkaampi.

90-lukulaisen opetusvideon piirteitä vahvasti henkivän englanninkielisen videon avulla voi vielä tarkastella momentinmuuntimen sijaintia voimansiirrossa sekä toimintaa:

Lisäksi olen aikaisemmassa kirjoituksessa käsitellyt momentinmuuntimen kestävyyttä, ja Wildtrakin jälkiarviossa kiroan nestekytkimen vaikutusta polttoaineen kulutukseen.

Ylimmäisen kuvan omistaa Markus Schweiss ja kuvaa saa käyttää lisenssin CC BY-SA 3.0 mukaan.

Momentinmuunnin on sitkeä mutta rajansa silläkin

Seuraavassa pick-upissani on automaattivaihteisto. Olen kyllästynyt vaihdekepin ja kytkimen ränkläämiseen. Kuorma-autotkin alkavat yhä enemmän olla automaattisia! Ei siirtymisen työautosta oman auton rattiin pitäisi tuntua hypyltä ajassa taaksepäin.

Automaattisen vaihteiston en myöskään näe mitenkään vaarantavan off-road-ajoa. Itse asiassa se voi jopa mukavoittaa sitä. Ainakin kuormien kuskaamisesta tulee miellyttävämpää. Tietsikka ei myöskään ole yhtä laiska vaihtamaan kuin minä.

Tosin minulle ei kelpaa mikä tahansa automaattivaihteisto, sillä vaihteistossa on oltava momentinmuunnin. Se on kytkimen tilalla moottorin ja vaihteiston välissä oleva osa. Se ei siirrä voimaa kiinteiden osien kautta, sillä väännön välittäjänä on öljy. Neste on oivallinen materiaali välittämään valtavan suuriakin voimia. Niiden voimien suuruutta pikkupojan tavoin hämmästelen isojen työkoneiden ja laitteiden äärellä.

Onneksi uudistuneessa Rangerissa momentinmuunnin on. Jos kyseisen osan sijaan Ford olisi päätynyt esimerkiksi kaksoiskytkimeen, olisi Ford Ranger -suhteeni saattanut horjua. Nyt kun olen katsonut Hämmentävän, oikein Ilmiömäisen Ihmeellisen videon 160-tonnisen höyryjunan vetämisestä Ausseissa Rangerilla, on suhde luotettava kuin Oy Ford Ab:n asiakaspalvelu.

Vaikka Foortti enemmän haluaa pörhennellä EU-pick-upinsa tehoilla, kertoo sen julkaisema video jotain momentinmuuntimen öljyn välittämien voimien suuruudesta. Lisäksi se kertoo momentinmuuntimen ominaisuuksista suhteessa toisiaan koskettaviin metalleihin. Yritäpä tätä kytkimen ja kaasun kanssa. Voisi vähän haista palaneelle.

Kytkimen yksi ongelma nimenomaan on tarve luistattaa sitä ihan normaalissakin ajossa. Kun kuormitusta on lava-autolle ei mitenkään hämmentävä määrä, ja jos maaston muotokin sattuu olemaan ikävä, niin kytkintä on luistatettava oikein kunnolla. Kytkinlevy kuluu, kuluu ja kuluu.

Kun autossa on momentinmuunnin, kuskin tarvitsee vain nostaa jalka jarrulta ja painaa kevyesti kaasua. Öljy alkaa siirtää väännön moottorista pyöriin, eikä mitkään levyt luista toisiaan vasten. Itse asiassa samalla öljy hieman kasvattaa vääntöä – eikä vain hieman, sillä väännöstä voi tulla kaksinkertainen.

Momentinmuuntimellakin on silti rajansa. Eihän se ole mitään ihmeainetta, vaan metallia ja, niin, sitä öljyä.

Ja onhan momentinmuuntimissakin itse asiassa useimmiten kytkin. Kyse on lukkokytkimestä: Kun auton on saanut kunnolla vauhtiin, momentinmuuntimessa alkaa esiintyä energian katoa. Energiaa karkaa lämmöksi sen sijaan, että se liikuttaisi autoa. Lukkokytkin ratkaisee tämän ongelman, sillä se saa momentinmuuntimen yhtenäiseksi osaksi. Siis siihen kuuluvat osat pyörivät yhtä nopeasti toistensa mukana.

Toki lukkokytkin on nimenomaan kytkin, eli siinä on kytkimen heikkoudet. Kytkin voi luistaa, eli se lukitu kunnolla. Se voi luistaa lukittumisen jälkeenkin. Toisaalta kytkin voi jäädä lukittuneeksi. Tällöin vaihde jää niin sanotusti päälle pysäytettäessäkin ja moottori todennäköisesti tukahtuu eli sammuu väkisin.

Staattoripyöräkin on arka osa. Sen tehtävä on käytännössä saada öljyn välittämä vääntö sen verran suureksi, että auton voi saada edes liikkeelle. Kovat kierrokset ja iso auton massa voivat rikkoa staattoripyörän yksisuuntaisen kytkimen, jolloin staattoripyörä ei voi hoitaa tehtäväänsä. Auto ei lähde liikkeelle. Toisaalta staattoripyörä voi hajota niin, että se jää hoitamaan tehtäväänsä, vaikka auto olisi jo hyvässä vauhdissa. Tällöin se lisää vastusta ja aiheuttaa momentinmuuntimen kuumenemista.

Staattoripyörän tai muiden momentinmuuntimeen kuuluvien samankaltaisten osien siivekkeet voivat hajota. Siipien muotoilulla on todella paljon merkitystä öljyn liikuttamisessa järkevällä tavalla. Momentinmuuntimen kotelokin voi oikein kovassa rasituksessa antaa periksi. Yhtä lailla tiivisteet ovat rajallisia osia – samoin kuin itse öljy. Koska sama öljy kiertää niin momentinmuuntisessa kuin vaihteistossa, vahinko pääsee helposti leviämään vaihteistoonkin.

Kaikista vioista seuraa muutoksia automaattisen vaihteiston toiminnassa. Vaihteet saattavat vaihtua oudon korkeissa kierroksissa tai eivät vaihdu ollenkaan. Parhaimmillaan auto ei lähde liikkeelle lainkaan. Vaihteiston ja moottorin ympäriltä voi löytyä öljykatastrofi, ja ajettaessa saattaa kuulua kolinaa tai vihellystä.

Uusien Rangereiden momentinmuuntimet ovat vielä testissä. Auto on tullut vasta 2012, ja kovin monella auto tuskin edes jatkuvasti on vetämässä esimerkiksi yli viiden tonnin massaa. Monet tuskin myöskään huudattavat moottoria tai kiihdyttelevät drag-hengessä, vaikka Limited ja Wildtrak tarjoavatkin 3,2 litraa ja 200 hooveetä.

Normaalissa pick-upin käytössä momentinmuuntimen tulisi pysyä ehjänä. Pitää noudattaa valmistajan ohjeita ja silleen. Höyryveturien vetämiseen Rangereita, eikä muitakaan pick-upeja, ei ole suunniteltu.

Ps. Momentinmuunninta en ole vielä käsitellyt kovin tarkasti, joten palaan asiaan myöhemmin syksyn aikana. Silloin selviää lukkokytkin, staattoripyörä ynnä muut osat.

Kuvan omistaa 天然ガス ja sitä saa käyttää lisenssin CC-BY-3.0 mukaisesti.