Allison-Scaniallakin saa helposti nollakulutuksen

Wildtrakin kulutus rullaamisen aikana on ollut mielenkiintoinen kysymys, mutta yhtä polttavaa on ollut työautojen kulutus. Töissähän ajan sekä manuaalivaihteisia että automaattivaihteisia kuorma-autoja. Usein pistän hetkellisen kulutuksen näkyviin mittariston infokeskukseen.

Ylipäätään nollakulutus rullaamisen aikana perustuu siihen, että auto menee liike-energialla eteenpäin. Tällöin niin sanotusti tie pyörittää moottoria: pyörien välityksellä voima kulkeutuu voimansiirtoa pitkin päinvastaiseen suuntaan ja pitää moottorin toiminnassa.

Moottorin ohjain katkaisee polttoaineen syöttämisen havaitessaan tämän. Siksi kulutus on nolla. Tietenkin kun kierrosluku painuu liian alhaiseksi, alkaa ohjain syöttää polttoainetta estääkseen moottorin sammumisen. Silloin joko on aika vaihtaa jälleen pienempi vaihde tai sitten ollaan jo lähellä pysähtymistä.

allison r-scania infokeskusMielenkiintoista on voiman liikkuminen tiestä moottoria kohti erilaisissa voimansiirroissa. Manuaalivaihteisissa autoissa tilanne on vielä ymmärrettävä. Niiden koko voimansiirto koostuu akseleista, hammaspyöristä ja toisiaan koskettavista levyistä, jotka voivat ihan hyvin pyöriä toiseenkin suuntaan ja välittää voimaa.

Entä kun vaihteisto on automaattinen ja kytkimen tilalla on momentinmuunnin? Momussa on nestettä, jonka siipipyörät sysäävät liikkeeseen. Työ-Scanioiden automaattivaihteisto on amerikkalainen Allison, ja Allisonin vaihteistossa on momu. Työautojen osalta tilanne on erityinen vieläpä siksi, että kulutus on nolla aina. Tai ei se ehkä olisi erityistä, jos taas Wildtrakissa ei milloin olisi kulutus yli ja milloin tasan nolla.

Voiman kulku momentinmuuntimessa ja automaattiautossa ylipäätään on ollut kuluneen syksyn suuria kysymyksiä. Olen pohtinut niin Wisentin kuin työautojen voimansiirtoa. Fordin asiakaspalvelusta minulle kerrotiin, että voima ei kulkeudu rullattaessa momun läpi, jos tietty kierrosluku ei ylity. En silti ole onnistunut löytämään tilannetta, jossa voima aina kulkeutuisi ja kulutus olisi nolla.

Allison-Scanioiden nollakulutuksen selvittäminen taas sai mielenkiintoisia käänteitä, sillä muutamat tahot arvelivat jo ajotietokoneen valehtelevan. Kulutus ei ole nolla, vaikka kompuutteri niin näyttää. Tämä on kuitenkin vähän liian vainoharhaista. Scanioiden infokeskuksen hetkellinen kulutus tulee luotettavasta paikasta, ruiskutussuuttimilta. Eli lukema kertoo, kuinka paljon milloinkin polttoainetta hupenee tankista sylintereihin.

Kuluneella viikolla pistinkin sähköpostia oikein kunnon asiantuntijalle. Scanian tekniikasta ammatikuljettajia kouluttava kaveri tietää: momu välittää voimaa päinvastaiseen suuntaan aina, kun se on lukkiintuneena. Moottorinohjain ei syötä polttoainetta niin kauan, kuin kierrokset ovat yli 500 kier./min.

Lienee momusta kiinni, tarkoittaako lukkiintuminen lukkokytkintä tai muuta mekaanista lukitusta vai ylipäätään sitä, että öljy välittää voimaa. Jälkimmäisen edellytys on riittävän korkea kierrosluku eli öljyn paine momussa – juuri niin kuin Fordilta kerrottiin. Allison-vaihteistossa jompikumpi aina toteutuu, ja kulutus on nolla käytännössä aina silloin, kun se on manuaaliautossakin.

Sen sijaan Wildtrakin momu asettuukin uuteen valoon. Miksi nollan saaminen on vaikeaa?

Palaan tähän asiaan lähiakoina Wisentin jälkitarkastelussa. KoeWETO Toyota Hiluxistakin on jo hyvässä vauhdissa.

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.

Etuveto, takaveto, neliveto ja Ackermann

Vetotapa vaikuttaa auton käsiteltävyyteen, hintaan, rakenteeseen sekä matkustajien ja tavaran tilaan. Usein auton valmistaja miettii vetotavan ja varsinkin moottorin sijainnin vetäviin pyöriin nähden tarkasti sen mukaan, millaiseen käyttöön auto tulee.

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
Citroën Traction Avant. Kuva on vapaassa käytössä.
Citroën Traction Avant edesauttoi etuvedon suosion lisääntymistä. Vaihteisto sijaitsi etuakselin etupuolella, tasauspyörästö akselin kohdalla ja moottori hieman akselin takapuolella. Kuva on vapaassa käytössä.

Yleistä vetotavoista

Autopuheissa useimmiten puhutaan sujuvasti vain etuvedosta, takavedosta ja nelivedosta erittelemättä tarkemmin voimansiirron rakennetta. Jokaisesta vetotavasta on useita variaatioita, joiden välisinä eroina on lähinnä moottorin sijainti vetäviin pyöriin nähden. Nelivetoisissa autoissa eroja on lisäksi nelivedon tekniikassa.

  • Useimmissa etuvetoisissa autoissa moottori on auton etuosassa pitkittäin tai poikittain. Varsinkin ennen se oli joissain autoissa akselien välissä tai jopa auton takaosassa.
  • Takavetoisistakin autoista suurimmassa osassa moottori sijaitsee auton etuosassa. Varsinkin urheiluautoissa se on kuitenkin keskiosassa, ja muutamassa autossa kone on laitettu taka-akselin taakse.
  • Nelivetoisissa autoissa moottorin yleisin paikka on auton etuosa. Joissakin urheiluautoissa moottori on kuitenkin sijoitettu keskiosaan tai takaosaan.

Etuveto

Etuvetoa voisi kuvailla kompaktiksi perusvetotavaksi. Se soveltuu laajalle yleisölle, ja on ehkä siksi suosituimpia vetotapoja nykyaikana.

Etuvetoisessa autossa etuakselin pyörät vetävät ja taka-akselin pyörät pyörivät vain auton mukana. Moottori voi sijaita auton keskiosassa tai takaosassa, mutta nykyisin ylivoimaisesti useimmiten kone on etuakselin etupuolella pitkittäin tai poikittain. Koska moottori ja vaihteisto ovat aivan etuakselin tasauspyörästön lähellä, on vaihteisto ja tasauspyörästö hammaspyörin kosketuksissa toisiinsa. Näinpä koko voimansiirto muodostaa näppärän, tiiviin paketin auton etuosaan.

SteveBaker at the English language Wikipedia
British Motor Companyn Mini oli mullistuksellinen: etuakselin etupuolelle poikittain sijoitetun moottorin ansiosta matkustajilla ja tavaroilla saatiin rutkasti tilaa. Monessa nykyautossa on sama ratkaisu. Ministä sai myös pick-up-mallin – ei ehkä niin massiivisen jyhkeän kuin tämän päivän pick-upit. Kuvan omistaja on SteveBaker englanninkielisessä Wikipediassa, lisenssi CC-BY-3.0.

Kompaktista voimansiirrosta on paljon hyötyä. Ensinnäkin se on edullisempi, jolloin auto voidaan myydä uutena halvemmalla. Toiseksi auton käytön taloudellisuus paranee: kardaaniakselia eikä taka-akselin voimansiirron osia tarvita, joten auto on kevyempi. Lisäksi voimansiirrossa esiintyy vähemmän polttoaineen kulutusta lisääviä vastuksia. Huoltoa vaativia osiakin on vähemmän. Kolmanneksi voimansiirron osat eivät vie tilaa matkustajilta ja tavaroilta. Toisaalta kompaktius sulkee melkeinpä pois V6:n ja V8:n kaltaiset isot moottorit.

Etuvedon ajo-ominaisuudet eivät ole täysin kiistattomasti hyvät. Voimansiirron massa on etupyörien, eli vetävien pyörien, päällä, jolloin pyörien pito toki paranee. Etuvetoista voikin pitää turvallisempana vaihtoehtona liukkaalla kuin takavetoa – ainakin niin kauan, kun kiihdytykset eivät ole voimakkaita. Jos etuvetoisella autolla kiihdyttää voimakkaasti, painoa siirtyy auton takaosaan. Tällöin etupyörät kevenevät, ja auto saattaa alkaa ohjautua sivulle. Tehokkaissa ja tehokkaisiin kiihdytyksiin suunnitelluissa autoissa on siksi usein takaveto, jotta massa siirtyy kiihdytyksessä vetävien pyörien päälle.

Kiihdytettäessä rajusti etuvetoisella autolla sen ratti saattaa alkaa puoltaa jompaankumpaan suuntaan. Tehokasta etuvetoista autoa ajettaessa autoa voi alkaa vaivata myös aliohjautuminen. Tällöin auto ei käänny niin paljon, kuin ratin tietyssä asennossa sen pitäisi kääntyä. Kun etuvetoiseen autoon kytketään vielä perävaunu – oli auto tehokas tai ei – vähenee etupyörien päällä oleva massa entisestään. Näinpä etuvetoiseen autoon ei välttämättä saa kovin raskasta perävaunua kytkettyä.

Etuvetoisen auton kompaktiuskin saattaa kääntyä kuljettajaa vastaan. Poikittain asennettu moottori rajoittaa etupyörien kääntyvyyttä, minkä seurauksena auton kääntöympyrän halkaisija suurenee. Ylipäätään etuvetoisten autojen renkaatkin joutuvat muita autoja kovemmille: ohjauksen ja jarrutusten välittämisen lisäksi rengasparat joutuvat siirtämään kiihdytykset tien pintaan.

Takaveto

Takavetoa kuvaa ehkäpä parhaiten alttius perän sivuluisuun mutta kätevyys tehokkaissa autoissa. Takaveto oli suosituin vetotapa henkilöautoissa aina 1970-luvulle asti, mutta menetti ykkössijan etuvedolle.

Porsche 911 on monen muu urheiluauton tapaan takavetoinen, koska tehokkaissa kiihdytyksissä painoa siirtyy taka-akselille. Melko omalaatuista 911:ssä on kuitenkin se, että moottori sijaitsee aivan auton takana.

Vedon välittäminen taka-akseliin vaatii osia, jotka saattavat viedä tilaa matkustamosta ja tavaratilasta. Samoin takavetoisella autolla on massaa enemmän. Toisaalta voiman taakse siirtävät osat tuovat painoa, ja usein moottorikin sijaitsee keskiosassa tai takana. Näinpä vetävien pyörien päällä on suuri massa, mikä parantaa pitoa liukkaalla. Kiihdytyksissäkin massaa siirtyy entisestään taakse vetävien pyörien päälle.

Takavetoinen auto alkaa herkästi yliohjautua. Tällöin auto kääntyykin enemmän, kuin sen tietyssä ratin asennossa pitäisi. Tätä esiintyy varsinkin lumessa, jäässä ja hiekassa. Lava-autot ovat liukkailla pinnoilla erityisen innokkaita viskailemaan perää, kun niissä on kaksiveto kytkettynä.

Takavetoiset saattavat maksaa enemmän kuin samankaltaiset etuvetoiset autot, koska osia on enemmän. Toisaalta koska voimansiirron osat eivät ole niin tiiviissä paketissa, niitä on helpompi huoltaa. Osat myös sitten ovat kalliimpia, mikä saattaa lisätä uuden auton hintaa.

Neliveto

Neliveto on kallis mutta varma. Se tunnetaan off-road-ajossa välttämättömänä apuvälineenä mutta myös liukkaiden maanteiden taltuttajana. Nelivedossa yksinkertaisesti neljä pyörää vetää, vaikka useimmiten ei läheskään koko ajan.

Kykyä edetä nelivedolla on tietysti melkein tuplasti enemmän kuin etuvedolla tai takavedolla. Nelivetoisella autolla pystyy varmemmin kiihdyttämään ja etenemään liukkaalla pinnalla, koska vetäviä pyöriä on enemmän. Lisäksi jos voimansiirron tasauspyörästöihin kuuluu luistonrajoittimia tai lukkoja tai jos tietokone jakaa voimaa älykkäästi, on kiihdytyksen ykkössijan saaminen vielä varmempaa. Tien pinnan ja renkaiden välistä pitoahan neliveto ei kuitenkaan lisää, eli jos pitoa ei renkaiden alla ole, voi auto karata käsistä.

Toisaalta varsinkin neljän pyörän vetäessä jatkuvasti varmuus alkaa tietyissä olosuhteissa olla jo rasite: kun liukkaalla tiellä neliveto on järkevämpi kuin kaksiveto, kuivalla tiellä tilanne on päinvastainen. Neljä vetävää pyörää on turhan paljon, ja ylimääräiset pyörät vain lisäävät voimansiirron vastuksia ja sitä kautta polttoaineen kulutusta. Osat myös rasittuvat turhaan. Älykäs neliveto tietenkin korjaa tämän ongelman, sillä se jakaa voimaa pyöriin olosuhteiden mukaan.

Audi-Q5-public-domain
Audi Q5:ssa on tietokoneen kontrolloima neliveto, ja moottori sijaitsee Audin tapaan edessä pitkittäin. Kuva on vapaassa käytössä.

Ackermann

Alla olevassa kuvassa on kuva auton pyöristä kaartamassa vasempaan. Kunkin pyörän voidaan ajatella piirtävän alustaan ympyrän. Vihreät viivat kuvaavat ympyröiden säteitä.

Ackermann-ympyran-ajoPyörän 1 kulma on suurempi kuin pyörän 2 kulma, minkä seurauksena pyörien säteet kohtaavat samassa pisteessä. Jos pyörien kulmat olisivat yhtä suuret, joutuisi sisempi pyörä luisumaan sivusuunnassa. Ackermann-ohjauksessa sisempi pyörä kääntyy siis aina enemmän kuin ulompi. Rudolf Ackermann patentoi ratkaisun vuonna 1818 hevosten vetämiä vankkureita varten, mutta sittemmin ratkaisun mukainen ohjaus on ollut varsin suosittu autoissa.

Autoissa ohjaus on toteutettu siten, että raidetanko on lyhyempi kuin pyörien välinen etäisyys. Periaate selviää oheisesta videosta:

Yllä olevasta kuvasta selviää toinenkin käännöksissä esiintyvä oikku. Kunkin pyörän muodostaman ympyrän säde poikkeaa muiden pyörien ympyröiden säteestä. Toisin sanoen pyörät kulkevat eri mittaisen matkan samassa ajassa, eli ne pyörivät eri nopeudella. Pyörä 3 pyörii hitaimmin ja pyörä 2 taas nopeimmin. Lisäksi etuakselin pyörät pyörivät nopeammin kuin taka-akselin pyörät.

Tasauspyörästön ansiosta saman akselin pyörät pääsevät pyörimään eri nopeudella. Nelivetoisissa autoissa ongelmallista on kuitenkin sekin, että etu- ja taka-akseli pyörivät eri nopeudella. Tästä syystä nelivetoon usein kuuluu akselien välinen tasauspyörästökin. Jos tasauspyörästöä ei ole, rasittuu voimansiirto aina kaarrettaessa pitävällä alustalla.