Asko Ikävalko RAPORTTI 1(6) k , TP02S-D EVTEK

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Asko Ikävalko RAPORTTI 1(6) k , TP02S-D EVTEK"

Teemu Pekka Lehtonen
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Asko Ikävalko RAPORTTI 1(6) k , TP02S-D EVTEK Asko Kippo Automaatiotekniikka EVTEK AUTOMAATTIVAIHTEISTO Tiivistelmä Vaihteisto on auton tärkein osa moottorin ja korin rinnalla. Tässä raportissani esittelen lyhyesti automaattivaihteiston ja sen sisältämien planeettavaihteistojen ja momentinmuuntimen toimintaa. Automaattivaihteiston toiminta Aluksi luulin, että aiheesta löytyy tietoa vaikka millä mitalla, mutta ehkä automaattivaihteisto on kuitenkin sen verran vanha keksintö, että sen toimintaperiaatetta pidetään jonkinlaisena itsestäänselvyytenä. Selasin Tekniikan Maailma -lehtiä lähes 30 vuotta taaksepäin, eikä niistä löytynyt ainuttakaan kunnolista artikkelia nimenomaan tavallisesta automaattivaihteistosta. Myöskään internetistä ei materiaalia meinannut löytyä suomeksi eikä englanniksi, paitsi yksi sivusto (lähde 1), jossa selostettiin automaattivaihteiston sisältämiä osia ja niiden käyttötarkoituksia. Perinteinen automaattivaihteisto koostuu momentinmuuntimesta, kahdesta planeettavaihteesta sekä monipuolisesta hydrauliikkapiiristä, joka kytkee vaihteet päälle. Nykyään hydrauliikkaa on jonkin verran korvattu elektroniikalla, mutta edelleen hydrauliset männät suorittavat vaihteen kytkemisen. Momentinmuunnin Vaihdelaatikossa lähimpänä moottoria on momentinmuunnin, joka tekee saman tehtävän kuin kytkin perinteisessä vaihteistossa, eli mahdollistaa moottorin pyörimisen tyhjäkäynnillä silloinkin kun pyörät eivät pyöri. Momentinmuunnin koostuu moottorin akselin mukana pyörivästä pumpusta ja turbiinista (joka pyörittää vaihdelaatikkoa) sekä staattorista, joka ohjaa hydrauliikkanesteen liikettä momentinmuuntimen sisällä.

Automaattivaihteiston toiminta Aluksi luulin, että aiheesta löytyy tietoa vaikka millä mitalla, mutta ehkä automaattivaihteisto on kuitenkin sen verran vanha keksintö, että sen toimintaperiaatetta

2 Asko Ikävalko RAPORTTI 2(6) Moottorin pyöriessä hydrauliikkaneste sinkoutuu pumpun keskeltä sen reunoja kohti ja edelleen pumpun (ks. kuva 1) siipien kautta turbiinin (ks. kuva 2) siiville. Turbiinin siiville osuva neste pyrkii pyörittämään turbiinia samaan suuntaan pumpun kanssa, eli vaihdelaatikkoon kohdistuu vääntömomentti. Mitä kovemmilla kierroksilla pumppu (moottorin kampiakseli) pyörii, sitä suurempi vääntömomentti vaihdelaatikkoon turbiinin akselia pitkin kohdistuu. Kuva 1. Momentinmuuntimen pumppu-osa. Kuva 2. Momentinmuuntimen turbiini-osa.

Turbiinin siiville osuva neste pyrkii pyörittämään turbiinia samaan suuntaan pumpun kanssa, eli vaihdelaatikkoon kohdistuu vääntömomentti.

3 Asko Ikävalko RAPORTTI 3(6) Staattorin tehtävä on ohjata hydrauliikkaneste turbiinilta takaisin pumpulle, niin että moottoritehoa kuluu mahdollisimman vähän hukkaan. Momentinmuuntimen turbiini pyörii yleensä n. 97 % kierrosnopeudella verrattuna pumppuun. Jotta luku olisi optimaalinen 100 %, on nykyisiin momentinmuuntimiin lisätty lukitusmekanismi, joka lukitsee pumpun ja turbiinin toisiinsa silloin, kun auto on kiihtynyt matkanopeuteensa ja turbiini on saavuttanut lähes saman kierrosnopeuden, kuin pumppu. Momentinmuuntimen lukitus mahdollistaa automaattivaihteistolla yhtä pienen bensiininkulutuksen, mikä vastaavalla käsivaihteisella autolla saavutettaisiin. Planeettavaihteet Planeettavaihde koostuu nimensä mukaisesti planeetoista, auringosta, planeetoiden kannattimesta ja renkaasta. Vaihde toimii niin, että auringoksi nimetty hammasratas sijaitsee keskellä ja sen ympärillä ovat planeetat. Aurinko pyörittää kaikkia kolmea planeettaa samanaikaisesti, planeetat puolestaan pyörittävät niiden ulkopuolella olevaa rengasta (ks. kuva 3). Kuva 3. Planeettavaihde. Aurinko pyörittää akselia 1, planeetoiden kannatin akselia 2 ja rengas akselia 3. Pitämällä kulloinkin yhtä akselia paikallaan ja käyttämällä jäljelle jääneistä toista ulosottona ja toista sisääntulona, saadaan yhdellä planeettavaihteella muodostettua kolme erilaista välityssuhdetta ilman, että rattaita tarvitsee irroittaa toisistaan.

Jotta luku olisi optimaalinen 100 %, on nykyisiin momentinmuuntimiin lisätty lukitusmekanismi, joka lukitsee pumpun ja turbiinin toisiinsa silloin, kun auto on kiihtynyt matkanopeuteensa ja turbiini

4 Asko Ikävalko RAPORTTI 4(6) Välityssuhteista Käytännön automaattivaihteistoissa on yhden planeettavaihteen sijasta kaksi, kytkinlevyjen avulla toisiinsa yhdistettyä planeettavaihdetta. Näin ollen saadaan yhteensä kuusi eri välityssuhdetta. Kaikki muut, paitsi toinen vaihde käyttävät yhden kuudesta vaihdelaatikon tarjoamasta välityssuhteesta. Toinen vaihde käyttää kaksi erillistä välityssuhdetta, jotka yhdistämällä saadaan sopiva välityssuhde ensimmäisen ja kolmannen vaihteen väliin. Näin ollen kahdella planeettavaihteella toimiva automaattivaihteisto tarjoaa neljä vaihdetta eteenpäin ja yhden taaksepäin, eli viisi erilaista välityssuhdetta. Kolmas vaihde on yleensä välityssuhteeltaan 1:1 ja neljäs vaihde ns. ylivaihde. Kytkeminen Vaihteen kytkemiseksi päälle, täytyy kaksi planeettavaihdetta kytkeä toisiinsa sopivalla tavalla, minkä lisäksi yksi planeettavaihteen osa kytketään moottorille ja yksi pyörille menevälle akselille. Kytkemiseen käytetään käsivaihteisista autoista tuttuja kytkinlevyjä, joita ohjaavat hydrauliset männät sekä puristushihnoja, joita niinikään ohjataan mäntien avulla. Puristushihnat on valmistettu teräksestä ja kiedottu planeettavaihteiston komponenttien ympärille. Männän kiristäessä puristushihnaa, saadaan haluttu planeettavaihteen osa pysymään paikoillaan, jolloin kaksi pyörimään jäävää osaa muodostavat tietyn välityssuhteen. Kytkimiä käytetään samaan tarkoitukseen, kuin puristushihnoja, eli kytkemään planeettavaihteistojen osia toisiinsa kiinni tai vaihdelaatikon runkoon paikoilleen. Hydrauliikka Perinteisen automaattivaihteiston hydrauliikka toimii sen älynä, kun nykyään suurimmassa osassa autoista älykkyys on toteutettu elektroniikan avulla. Kuitenkin, pelkällä hydrauliikallakin toteutettu älykkyys on melko monipuolinen. Hydrauliikka saa käyttövoimansa vaihdelaatikon mukana pyörivältä pumpulta ja sillä ohjataan kytkinten ja puristushihnojen toimintaa kulloisenkin ajotilanteen ja vaihteenvalitsimen asennon perusteella. Olennainen osa hydrauliikkapiiriä on ns. governor-venttiili, joka tunnistaa auton nopeuden vaihdelaatikosta ulos tulevalta vetoakselilta ja lisää painetta vaihdelaatikon hydrauliikkapiiriin auton nopeuden kasvaessa.

Toinen vaihde käyttää kaksi erillistä välityssuhdetta, jotka yhdistämällä saadaan sopiva välityssuhde ensimmäisen ja kolmannen vaihteen väliin.

5 Asko Ikävalko RAPORTTI 5(6) Toinen tärkeä anturi sijaitsee auton kaasuttimessa/polttoaineensyöttöjärjestelmässä, joka tunnistaa kaasupolkimen asennon ja lisää omalta osaltaan painetta hydrauliikkapiiriin kaasupoljinta painettaessa. Governor-venttiililtä ja kaasupolkimen asennon tunnistavalta venttiililtä tulevat paineet tavallaan kilpailevat keskenään siitä, milloin vaihdetaan isommalle vaihteelle kiihdytystilanteessa. Jos kaasua painetaan vain vähän, ei nopeudenkaan tarvitse olla kovin suuri vaihtamisen tapahtumiseksi. Toisaalta, jos kaasua painetaan raskaasti, täytyy nopeuden kiihtyä suuremmaksi kunnes vaihdelaatikko valitsee seuraavan vaihteen. Hydraulinen vaihdelaatikko osaa yllämainittujen antureiden ansiosta myös vaihtaa pienemmälle vaihteelle, kun ohitukseen lähdettäessä painetaan kaasupoljin pohjaan suhteellisen pienessä nopeudessa. Lisäksi, jos vaihteenvalitsimesta valitaan liian pieni vaihde, ei vaihteisto kytke vaihdetta päälle, kunnes nopeus on laskenut kyseiselle vaihteelle sopivaksi. Elektroniikka Myös älykästä elektroniikkaa sisältävissä vaihdelaatikoissa kytkimiä ja puristushihnoja käytetään edelleen hydraulisten mäntien avulla, mutta mäntiä ohjataan ohjataan elektronisilla venttiileillä, mekaanisten paineohjautuvien venttiilien sijasta. Elektronisissa vaihteistoissa on governor-venttiilin ja kaasupolkimen asennon tunnistavan venttiilin lisäksi useita muita antureita, joilta saatujen tietojen perusteella vaihteisto käyttäytyy. Vaihteisto voi kerätä tietoa mm. moottorin kierrosnopeudesta, pakokaasuarvoista, jarrupolkimen asennosta, ABS-jarrujärjestelmästä ja luistonestojärjestelmästä. Kerättyjen tietojen avulla elektronisesti ohjattu automaattivaihteisto mahdollistaa useita erilaisia ajo-ohjelmia, jopa niin, että vaihteisto oppii kuljettajan ajotavat ja muuttaa ajoohjelmaansa kuljettajan ajotapojen mukaiseksi. Lisäksi vaihteisto voi auttaa ABS-järjestelmää tehtävässään, esimerkiksi vaihtamalla isommalle vaihteelle silloin, kun jarrutetaan liukkaalla alustalla.

Governor-venttiililtä ja kaasupolkimen asennon tunnistavalta venttiililtä tulevat paineet tavallaan kilpailevat keskenään siitä, milloin vaihdetaan isommalle vaihteelle kiihdytystilanteessa.

6 Asko Ikävalko RAPORTTI 6(6) LÄHTEET 1 WWW-sivu: How stuff works, KUVAT Asko Ikävalko

Samankaltaiset tiedostot

Portaaton vaihteisto yleisesti. Ajotavat / asetukset. Ajaminen eri työtehtävissä

1 2 Hydrauliikka PowerShift vaihteisto 3 Portaaton vaihteisto yleisesti 4 Ajotavat / asetukset 5 Ajaminen eri työtehtävissä Perinteinen hydrauliikka - Kiinteätilavuuksinen hammaspyöräpumppu Pumpun tuotto