MIKSI? Alusta ja iskunvaimennus -mitä, miksi ja mitä sitten? M-PRO-RACING AST-SUOMI COPYRIGHT

Transkriptio

1 MIKSI? Alusta ja iskunvaimennus -mitä, miksi ja mitä sitten? COPYRIGHT M-PRO-RACING AST-SUOMI

2 ALUSTATIETOA Esipuhe Tässä jutussa käsittelemme ajoneuvon ajettavuusaihetta alustan ja ennenkaikkea iskunvaimennuksen osalta. Allaoleviin mielipiteisiin kiteytyy allekirjoittaneiden omakohtainen kymmenien tuhansien testi-ja kilpakilometrien tieto Suomessa ja euroopassa, sekä alusta-asioiden huippuammattilaisten kanssa tehty työ. Spekulointi ja käytännön työ varikkopilttuissa ympäri eurooppaa useiden tunnustettujen huippumiesten kanssa ja erityisesti keskustelut AST:n perustajan, yli neljäkymmentä vuotta alalla vaikuttaneen, Piet Kreeftin kanssa ovat antaneet meille tietopohjan, jonka mielellämme jaamme asiakkaidemme ja harrastajien kanssa. Piet Kreeft vastasi jo neljäkymmentä vuotta sitten silloisen työnantajansa puolesta Ferrarin F1-teamin iskunvaimentimista. Myöhemmin hän on voittanut Emerson Fittipaldin kanssa mm Indy 500-kisan. Moninkertaisen motocrossin maailmanmestarin Eric Geboersin kanssa hän työskenteli vuosikausia jne. Joten hänen mielipiteillään on varmasti painoarvoa. HYVÄ ALUSTA = HYVÄ KOKONAISUUS Auton, tai muun jousituksen varassa liikkuvan laitteen käytökseen vaikuttaa lukuisa joukko erilaisia asioita, joiden muodostama kokonaisuus vaikuttaa laitteen ajettavuuteen ja käytökseen eri ajotilanteissa ja olosuhteissa. Renkaat, jouset, iskunvaimentimet, vakaajat, pyörankulmat, kulmapainot, painopiste, aerodynamiikka, olosuhteet, ajotyyli, ynnä muut asiat vaikuttavat ajettavuuteen ja toisiinsa. Kun saat neuvoja ajoneuvosi ajettavuusongelmiin, niin suhtaudu niihin aina kriittisesti ja vertaa kuulemaasi omaan tilanteeseesi. Mitä vakuuttavammin joku neuvo tulee, ilman, että tilanteeseesi on perinpohjaisesti paneuduttu, sitä kriittisempi kannatta olla. Varsinkin internetin ihmeellisessä maailmassa on vaikea välillä hahmottaa toden ja tarun rajaa. Varsinkin näissä iskunvaimenninasioissa ymmärrys saatta toisinaan olla aika ohutta ja perustua uskomuksiin, joilla ei ole juurikaan tekemistä totuuden kanssa. Maalaisjärjen käyttö, sekä järjestelmällinen testaaminen ja erilaisten asioiden omakohtainen kokeilu tuo parannuksia ja antaa myös paljon lisäsisältöä harrastukseen. Pääsääntönä on, että vain hyvä kokonaisuus, ilman heikkoa lenkkiä voi muodostaa hyvän ajettavuuden. Useimmiten paras ajettavuus, Formula ykkösistä katuautoon, on hyvä, eri tekijöiden kompromissi. Keep it simple ja perusasiat kuntoon, on ehkä paras neuvo minkä voi antaa. Ennen kuin myös muut asiat on kunnossa, on iskunvaimentimiin turha satsata määräänsä enempää. Laadukas, toimiva alusta, ilman liian montaa säätönupikkaa on monessa tapauksessa kokonaisuuden kannalta paras ratkaisu. Harvalla harrastajalla ja aika harvalla ammattilaisellakaan, on niin paljon aikaa,että pystyisi käyttämään kaikki asiat hyväkseen mitä nykyaikainen iskunvaimenninteknologia tarjoaa.

3 ISKUNVAIMENTIMEN TEHTÄVÄ Iskunvaimennin on heilahduksen vaimennin, shock absorber. Eli sen perustehtävä on vaimentaa jousen liikettä. On hyvä myös muistaa ja eritellä toisistaan jousen tehtävä ja iskunvaimentimen tehtävä. Simppelisti ilmaisten, jousi kantaa ja iskunvaimennin vaimentaa sen liikettää ennenkaikkea ylös, mutta myös alaspäin. Tästä syystä myös iskunvaimentimen ja jousen pitää olla yhteensopivat. Tämä lähtökohta asettaa myös varsin kyseenalaiseksi ns madallusjousien jälkiasennuksen, ilman että myös vaimennin vaihdetaan. Kun kulunut, jopa epäkuntoinen, vaimennin saa parikseen erilailla toimivan jousen mihin iskunvaimennin on alunperin suunniteltu, voivat seuraukset olla katastrofaaliset. Tässä yhteydessä pitäydymme vain iskunvaimentimien toimintaan ja pyrimme siinäkin pitämään asiat yksinkertaisena. VAIMENNINTYYPIT - TWINTUBE JA MONOTUBE Kun jätetään huomiotta kaikkein eksoottisimmat vaimenninratkaisut, niin voidaan todeta, että kaikki käytössä olevat vaimentimet ovat öljytäytteisiä ja ne voidaan jakaa kahteen pääkategoriaan. Twintube-, sekä Monotube rakenteisiin. TWINTUBE Twin tube vaimennin, jossa on kaksi sisäkkäistä putkea ja jonka sisemmässä osassa on mäntä, on ylivoimaisesti yleisimmin käytetty rakenne tuotantoautoissa. Suurin syy tähän on sen yksinkertaisempi rakenne ja huomattavasti pienempi valmistuskustannus. Peruskäyttötarkoituksensa takia ei tässä jutussa siihen sen enempää kajota, vaikkakin twintube vaimentimia myös rajoitettuun kilpakäyttöön tarjotaankin. KAASU MONOTUBE Kilpa-ja erikoisautoissa käytetään lähes poikkeuksetta kaasumonotube rakennetta. Siinä mäntä liikkuu yhden pääsylinterin sisällä. Tässä rakenteessa männän halkaisija on suuri ja sen avulla saavutetaan parempi virtausten hallittavuus ja säädettävyys, sekä suurempi öljytilavuus. Virtausta hallitaan pääasiallisesti niin sanotuilla shimmilevyillä, sekä männässä olevilla reiíllä. Männän molemmin puolin on pakka erikokoisia shimmilevyvjä. Yläpuolella olevat vaikuttavat sisäänvaimennukseen (bump) ja alapuoliset ulosjouston vaimennukseen (rebound). Lisäksi vaimentimissa voi olla säädettäviä venttiileitä, joilla voidaan vaikuttaa vaimennustehoon ja ominaisuuksiin, eli männän liikkeeseen eri nopeuksilla. Shimmilevyjen korkea laatu on välttämätön, jotta saavutetaan hyvä mekaaninen kestävyys, sekä aina tarkasti oikea koko ja ominaisuudet. Lisäksi monotube-vaimentimessa on erillinen kaasusäiliö, joka on eristetty öljytilasta kelluvalla/liikkuvalla männällä (floating piston). Kaasun, yleisimmin typpi, tarkoitus on paineistaa pääsylinterin öljytila.

4 Myös öljyn laadulla ja määrällä on huomattava merkitys vaimentimen toimintaan. Niin kuin jarruissa, myös vaimentimessa liike-energia muuttuu lämmöksi. Lämpötila nousee vaimentimen sisällä nopeasti ja saattaa kisaolosuhteissa kohota yli sadankin asteen. Tällöin on tärkeää, että öljy on laadukasta ja sen viskositeetti pysyy koko ajan mahdollisimman samana. Monotube vaimentimissa yksinkertainen sylinteriseinä myös haihduttaa lämpöä paremmin kuin esimerkiksi twintube-rakenne. Lisäksi mahdolliset lisäsäiliöt auttavat lämmön poistossa. Lämpötila täytyy myös ottaa huomioon vaimentimen dynamometriajossa. Ammatitason dynamometreissä, kuten meidän Roehrig-dynossa on kiinteä lämpötila-anturi, joka voidaan esiasettaa halutulle testausarvolle. KAASUN TEHTÄVÄ Korkeapaineista typpikaasua, AST:n vaimentimissa 12 bar, tai 16 bar mallista riippuen, käytetään pääasiassa parista syystä. Öljytilan paineistus yli 10 barin paineeseen estää öljyn kuplimista, joka taas aiheuttaa männän kavitointia ja häiritsee muuta suunniteltua, hallittua vaimennustapahtumaa. Toiseksi männänvarren ulos ja sisään liikkuminen sylinteristä suurentaa ja pienentää öljyntilavuutta. Tämän muutoksen kompensoi kelluva välimäntä, jonka alapuolella oleva kaasu on paineistettu. Typpeä, hapen sijaan, käytetään pääsääntöisesti sen vuoksi, että se ei sisällä kosteutta, joka saattaa taas aiheuttaa ongelmia toimintaan, sekä kestävyyteen. Kaasusäiliön paineen nosto vaikuttaa hieman samaan tapaan kuin jäykentäisi jousta, sillä paine pyrkii työntämään mäntää ulospäin. Paineen lisäys vaikuttaa myös jonkin verran ajoneuvon korkeuteen, joten lisättessä painetta täytyy myös ajokorkeus säätää uudelleen. Paineen muutokset vaikuttavat myös nelivaakamittauksen tuloksen. Säiliön paineen nosto siis vaikuttaa sisäänvaimennusta jäykistäen ja ajettaessa tuntuu että rebound vaimennus vähenee, koska koko säätöalue muuttuu jäykempään suuntaan. Tämä on selvästi havaittavissa dynamometrissä.( Dynografiikka sivulla 7). Kaasupaineen avulla tehdyn jäykkyyssäädön hallinta sisään- ja ulosvaimennuksessa on siis vähintäänkin hyvin vaikeaa. Ilmajousitusjärjestelmien ollessa aivan eri asia. Roehrigin iskunvaimmennin dynamometrissä voidaan kaasupaineen vaikutus poistaa, jotta eri paineet eivät sotke saatuja mittaustuloksia. Jotta iskunvaimentimen vaimennusvastusta voidaan säätää hallitusti molempiin suuntiin (bumb/rebound) on se tehtävä shimmilevyillä, männän reityksillä, sekä muilla säätöventtiileillä, joiden säätö voidaan myös tuoda sylinterin ulkopuolelle. MONOTUBE RAKENTEEN EDUT vs TWINTUBE -suurempi mäntä/tarkempi säätö -kevyempi rakenne -luovuttaa lämpöä paremmin, suurempi öljymäärä -voidaan asentaa myös ylösalaisin ja vähentää tietyissä applikaatioissa jousittamatonta massaa (formulat ja muut työntötankojousitukset), tai esim rallissa parantaa kestävyyttä. Monotube ratkaisun haittapuolena on selkeästi korkeammat valmistuskustannukset ja siitä johtuva kalliimpi hinta, twintube vaimentimeen verrattuna.

5 Iskunvaimentimien kehitystyö on tuomassa varmasti jo aivan lähitulevaisuudessa myös muita menetelmiä vaimennustapahtuman säätämiseksi. Erilaisia öljyn magneettisuuteen ja sähkönjohtavuuteen yms pohjautuvia menetelmiä tutkitaan paljon. Uusi tekniikka mikroprosessoreineen ja muine apuvälineineen tuo myös uusia mahdollisuuksia. SISÄÄN- JA ULOSTULOVAIMENNUS, (BUMP JA REBOUND) Iskunvaimennin työskentelee edestakaisella liikkeellä vaimentaen jousen liikettä. Jousen painuessa kasaan menee vaimentimen mäntä sisäänpäin (bump) ja jousen tullessa ulos mäntä liikkuu ulospäin(rebound). Sisäänjoustossa jousi ottaa suuremman osan voimasta, kun taas ulosjoustossa iskunvaimennin vaikuttaa enemmän. Näin ollen yksisäätöisessä vaimentimessa lähes poikkeuksetta säätö vaikuttaa ulostulovaimennukseen. Yleensä vaimennusteho ulospäin (rebound) on myös lähtökohtaisesti säädetty suuremmaksi, kuin sisään mennessä (bump). Näiden kahden voiman välinen suhde kuitenkin myös muuttuu, kun liikkeen nopeus vaihtelee. Mitä suurempi on männän nopeus, sitä suurempi voima sen liikkeeseen tarvitaan ja kun bumb/rebound-suhde on jo lähtökohtaisesti eri, niin eri nopeuksilla myös tämä suhde muuttuu eri tavalla. Näitä tapahtumia simuloidaan dynamometrillä ja sen avulla voidaan määritellä alustavasti haluttu vaimennusteho. Tästä lisää kohdassa dynamometri. Joissain tapauksissa voi sama säätö vaikuttaa kokonaisvaimennuksen säätämiseen. Tästä hyvä esimerkki on AST:n uusi Competition Rally-vaimennin, jossa yhdellä säätönupikalla säädetään sekä sisään, että ulostulovaimennusta. Kun jousivakiot ja iskarin shimmitys ja muu rakenne ovat oikeat, sekä säätöalue laaja, saadaan tehtyä erittäin toimiva ja helppokäyttöinen vaimennus. Kun tämä osa-alue on helposti hallittavissa, on helpompi paneutua muihin yhtä tärkeisiin asioihin, kuten renkaat, pyöräkulmat, vakaajat yms. Tärkeintä, eli ajamista unohtamatta. Rata-ajossa rebound-säätö riittää hyvinkin pitkälle, kun muistetaan taas, että hyvä ajettavuus on kaikkien alustan osatekijöiden summa. HIDAS JA NOPEA ALUE (low shaft speed ja high shaft speed) Hidas liikealue on iskunvaimennuksen kannalta tärkein alue. Silloin kori reagoi pyörään ja tapahtuu painonsiirtoa, jonka kuljettaja havaitsee. Painonsiirtymä vaikuttaa suoraan auton balanssiin eri ajotapahtumissa, kuten jarrutus, kiihdytys, kaarteeseen sisään ajo, ulostulo yms. Juuri tällä iskunvaimentimen hitaalla liikealueella voidaan erilaisilla ulos-ja sisäänvaimennuksen säädöilla vaikuttaa ajoneuvon käytökseen eniten. Nopea alue, jolloin kori ei reagoi pyörän liikkeeseen, on iskunvaimentimen toiminnan kannalta vähämerkityksellisempi. Iskunvaimennuksen nopealla alueella ollaan esim silloin kun ylitetään esim radalla kanttaria, tai ajetaan isoon reikään, tai terävään pattiin. Liike on niin nopea, että kuljettaja ei pysty reagoimaan iskunvaimentimen liikkeeseen. Siinä vaiheessa kun paukahtaa, liike on jo itseasiassa ohi ja on palattu taas iskunvaimentimen työalueelle, eli hitaalle alueelle. Edelleen korostettakoon, että em tapahtumisssa tärkeä rooli on myös jousilla, sekä kallistuksenvakaajilla ja niiden toimintaa ei pidä sekoittaa iskunvaimennuksen perustehtävään eli heilahdusliikkeen vaimentamiseen.

6 MIKSI TARVITAAN SÄÄDETTÄVÄ VAIMENNIN Säädettävä iskunvaimennus tarvitaan lähinnä muuttuvia olosuhteita varten. Tyypillisin asia radalla on sade/kuiva. Rallissa tietyypin muutos, nopea asvaltti, soratie, tai pehmeä metsäautotie. Samat asiat pätevät myös muissa ajoneuvoissa. Tärkeä tekijä on myös kuljettajan ajotyyli, renkaat ym. Iskunvaimentimen säädöillä voidaan nopeasti vaikuttaa auton käytökseen kaarreajon erivaiheissa. Laaja säätöalue riittää kattamaan myös muutoksia eri jousivakioiden käytöönotossa. Suuremmat jousimuutokset vaativat todennäköisesti myös vaimentimien muutoksen. Myös kuljettajat jotka haluavat ajaa autollaan, tai moottoripyörällään, silloin tällöin myös radalla voivat säädettävien vaimentimien kanssa muuttaa ajoneuvonsa ominaisuuksia helposti tarpeen mukaan. MIHIN TARVITAAN LISÄSÄILIÖITÄ Lisäsäiliöiden tarve vaimentimissa aiheuttaa runsaasti keskusteluja, kun kilpaveikot istuvat puhumaan alusta-asioista. Niiden tarpeellisuudesta harrastuskäytössä voi olla monta mieltä ja kannattaakin tarkkaan miettiä mikä on lopputuloksen kannalta tärkeintä. Toivottavasti jotain apua löytyy myös tämän jutun avulla. Lisäsäiliöt ovat aikanaan tulleet, niinkuin monet muutkin asiat Formula 1-maailmasta. Niiden kehittelyn pääsyy on ollut ensisijaisesti tilan ja painon säästö, sekä jäähdytys lisänä tullut lisäsäätöjen mahdollisuus ja muut edut. Iskunvaimentimen pääsylinteri voidaan tehdä pienemmäksi, kun lisäöljy/kaasusäiliö, sijoitetaan letkun päähän muualle. Myös niin sanottu piggy bag, jossa säiliö on vaimentimen kyljessä ajaa saman asian. Rakenne lisää myös öljyn, sekä kaasusäiliön tilavuutta, joka auttaa jäähtymistä, sekä tarkentaa männän liikkeen ohjailua. Lisäsäiliöt voidaan myös sijoittaa paikkaan, jossa ilmavirta jäähdyttää niitä paremmin. Piggybag Lisäsäiliö

7 ISKUNVAIMENNIN DYNAMOMETRI Iskunvaimennin dynamometri on yhtä tärkeä työkalu vaimentimien kehitys-, muutosja huoltotöissä, kuin tehodynamometri moottorin virityksissä. Dynamometrin avulla saadaan tietää ulostulo-ja sisäänvaimennuksen vaatima voima suhteutettuna männän liikenopeuteen. Tämän avulla voidaan jo etukäteen hakea sopivaa shimmi/säätöpakettia käytännön testausta varten. Lisäksi nähdään, että vaimennin toimii halutusti, ovatko saman akselin vaimentimet samanlaisia keskenään. Kuinka paljon säätönaksut vaikuttavat ja vaikuttavatko samalla tavalla. Eli onko vasemman etuiskarin naksu kuusi sama kuin oikean, tai kuinka suuri ero on kunkin naksun ero seuraavaan. Nämä todellakin voivat vaihdella huomattavasti, jopa tunnettujen laatuvaimentien kohdalla. Lisäksi jo aiemmin mainittu lämpötila saattaa aiheuttaa muutoksia toiminnassa. Sanomattakin on selvää, että käytännön maastossa tehtävä säätötyö on aika arvelua, jos ei perusasetelma ole tiedossa. Lisäksi huollon, tai muutostyön jälkeen voidaan helposti havaita mitä on tehty. Meillä on käytössä uusin Roehrig-dynamometri. Roehrigin dynoja käyttää valtaosa maailman iskunvaimennin valmistajista ja johtavista kilpatiimeistä. Alla esimerkkinä satunnainen dynamometrin voima vs nopeus grafiikka kuva. Yläpuolella sisäänjousto, eli bump-käyrä, alapuolella ulosjousto eli rebound.

8 Alla olevassa taulukossa kaasusäiliön paineennoston vaikutus välillä 7-17 bar. Kuten grafiikasta huomataan siirtyy koko vaimennusalue ylöspäin, eli jäykemmäksi jolloin seurauksena on reboundin suhteellinen vähentyminen.