- Vaihteisto siirtää voiman moottorista pyörille ja säätää vääntöä sekä nopeutta
- Mahdollistaa peruutuksen ja paikallaan pysymisen moottorin ollessa käynnissä
- Välityssuhteet ja hammaspyörät määrittävät voiman ja nopeuden kullekin välitykselle
- Vaihteen sisäinen rakenne koostuu pääakselista ja toissijaisesta akselista erikokoisilla hammaspyörillä
Vaihteisto on ajoneuvon keskeisimpiä osia, ja se vastaa tehon siirtämisestä moottorista pyörille tehokkaasti. Jotta voimme ymmärtää sen roolin, voimme ajatella polkupyörän periaatetta – kun poljet mäkeä raskaasti pienillä välityssuhteilla, tai tasaisella pinnalla suuremmilla välityssuhteilla.
Käytön ajokokeessa kysymys “Mikä on vaihteiston rooli?” on yleinen, ja seuraavat vastaukset ovat oikein: se siirtää voiman pyörille, mahdollistaa peruutuksen ilman että moottorin pyörimisnopeutta käännetään vastaan sekä mahdollistaa paikallaan pysymisen moottorin ollessa käynnissä.
Voimansiirtojärjestelmä ja vaihteiston rooli
Voimansiirto käyttää vaihteistoa muuntaakseen moottorin tuottaman voiman pyörien kierroksiksi, jotta ajoneuvo voidaan liikuttaa. Prosessi alkaa polttoaineesta säiliöstä, jota polttoainepumppu siirtää ja ruiskutetaan sylintereihin ruiskuttimien kautta.
Moottori sekoittaa polttoaineen ulkoilman kanssa ilmanottojärjestelmän kautta, ja kipinä (tai puristus dieselillä) saa aikaan pienen räjähdyksen, joka saa männän liikkeelle. Jokainen mäntä on kiinnitetty kampiakseliin, jonka muoto on erityisen, ja se muuttaa voiman pyörimisliikkeeksi.
Volantti – metallinen massa, joka ottaa tämän pyörimisliikkeen ja siirtää sen vaihteistoon kytkimen kautta (kytkinlevy).
Ero voimansiirron ja vaihteiston välillä
On tärkeää selventää, että voimansiirto ei rajoitu pelkästään vaihteistoon. Vaihteisto on osa laajempaa järjestelmää, johon kuuluvat kytkin, diferiaalit, kardaani ja planeettavaihteet. Kaikki nämä osat toimivat yhdessä varmistaen voiman tehokkaan siirron.
Toimintaperiaate ja vaihteiston komponentit
Koko moottorin teho kulkee vaihteiston läpi ennen pyörien saavuttamista, riippumatta vetotavasta – neliveto, etuveto, takavet tai AWD. Vaihteiston perustavoite on hallita pyörille siirrettävää nopeutta ja vääntöä, mahdollistaen sopeutumisen liikenteen olosuhteisiin.
Sisäinen rakenne
Vaihdejärjestelmässä on tyypillisesti kaksi pääakselia:
- Pääakseli – vastaanottaa energian (pyörimisliike) volantilta
- Toissijainen akseli – siirtää käsitellyn voiman pyörille
Nämä kaksi akselia ovat varustettu erikokoisilla hammaspyörillä, jotka luovat kullekin välityssuhteelle spesifiset suhteet.
Välityssuhteet ja hammaspyörien toiminta
Vaihteiston on sopeuduttava kahteen eri vaatimukseen:
- Pienet nopeudet – tarvitaan enemmän vääntöä (esim. ensimmäinen vaihde, kun lähdetään liikkeelle)
- Korkeat nopeudet – inertia on jo olemassa, ei tarvita yhtä suurta vääntöä liikkeen jatkamiseen
Esimerkiksi 1. vaihteen pinion pääakselilla (noin 35 hammasta) kytkeytyy paljon suurempaan pinioon toissijaisella akselilla (55 hammasta), tarjoten noin 3,5:1 suhteen.
Selitys suhteelle: Kun pääakselin pinion pyörii 3,5 kertaa, toissijaisen akselin pinioona pyörii vain kerran, mikä tuottaa suuremman ulosteväännön. Näin ollen vaihteistosta pyöriöön saadaan 3,5 kertaa pienempi nopeus mutta paljon suurempi vääntö.
Vaihteiden vaihto ja pinioiden välinen vuorovaikutus
Vaihteiston vipu ohjaa yhtä tai useampaa vivua, jotka siirtävät piniooneja ennalta määritellyn, valmistajan asettaman konfiguraation mukaan kutakin vaihdetta varten. Siirryttäessä ylemmille välityssuhteille pinioonit ovat yhä lähempänä toisiaan kooltaan ja hammastensa määrältään, mikä mahdollistaa sulavan siirtymisen ja lineaarisen kiihtyvyyden.
Kun suhde laskee alle 1:1, toissijaisen akselin pinioona pyörii nopeammin kuin pääakselin, tarjoten paremman kiihdytyksen ja vakaasti matkanopeuden ylläpitämisen, mikä vaikuttaa myönteisesti kulutukseen.
Nopeusvaihteiden vaikutus polttoaineenkulutukseen
Vaihteen ja polttoaineenkulutuksen välinen yhteys on suora. Voimanlähteenä olevan voiman määrä vaikuttaa polttoaineenkulutukseen: moottorin vääntö määrittelee sekä suorituskyvyn että kulutuksen.
1,5 tonnin auton liikkuttaminen paikasta vaatii enemmän tehoa (vääntöä) kuin sen ylläpitäminen vakaalla 130 km/h nopeudella moottorin ollessa tasaisesti käynnissä. Tämän vuoksi suurin kulutus esiintyy kaupunkiliikenteessä, jossa käytämme suuria välityksiä liikkeellelähtöön ja kiihdytykseen.
Oletuksia tehon ja kulutuksen suhteen
On olemassa vääriä käsityksiä suurten tehojen autoista. Esimerkiksi 1,8-litrainen 220 CP turbo-bensiini voi kuluttaa yhtä paljon kuin 3,0-litrainen biturbo-bensiini 500 CP, kun molemmat moottorit hakkevat samaa ajoa. Ero piilee käyttötilanteessa ja hetkellisten vaatimusten erityispiirteissä.
Käytännön esimerkki välityssuhteista
Jotta ymmärrystä voisi havainnollistaa, tässä tyypillinen esimerkki 6-vaihteisen vaihteiston välityssuhteista:
- Vaihde 1: 3,78:1
- Vaihde 2: 2,12:1
- Vaihde 3: 1,36:1
- Vaihde 4: 0,97:1
- Vaihde 5: 0,77:1
- Vaihde 6: 0,65:1
- Peruutusvaihde: 3,25:1
Huomaat, että peruutusvaihde on melkein sama suhde kuin vaihteesta 1, koska meidän on lähdettävä liikkeelle paikasta ja siksi tarvitsemme suuremman väännön.
Nykyaikaiset vaihteistotyypit
On useita nimityksiä ja tyyppejä, erityisesti automaattivaihteistojen osalta:
- Sekvenssivaihteistot
- Hydramaatit (vanhempien automaattien ryhmä)
- DSG (Direct Shift Gearbox) – erittäin suosittu VW-konsernissa
- CVT (jatkuvan välityssuhteen vaihteisto) – suosittu Toyotalla
- Momentinmuuntajalla varustetut vaihteistot
- Robottivaihteistot
Kustannukset ja huoltoerot
Kaikilla vaihteistoilla on sama perusrooli – siirtää teho moottorista pyöriin – mutta kustannukset ja ominaisuudet vaihtelevat. Automaattivaihteistot ovat yleensä kalliimpia kuin manuaalivaihteistot, johtuen komponenttien monimutkaisuudesta.
Modernit automaattivaihteistot tuovat lisäominaisuuksia:
- Kaksi kytkintä, jotka toimivat suoraan öljyn sisällä
- Mecatronic (ei manual-vaihteistoissa)
- Vääntömomentin muunnin (ainut automaateissa)
- Edistyneet elektroniset ohjausjärjestelmät
Vaihteiston huolto
Huoltokustannukset vaihtelevat koe- ja mallikohtaisesti. Oli vaihteisto manuaali tai automaatti, on tärkeää muistaa, että vaihteiston öljy on vaihdettava säännöllisesti.
