Ahdetun pyörän käyttämää ahtopainetta pitää voida säätää. Muutoin mekaaninen ahdin tukehtuisi liian suureen ahtopaineeseen. Ylenpalttinen paine rasittaa ja yleensä myös hajottaa paikkoja. Tarpeeton ahtaminen kuluttaa myös voimaa. Ahtopaineen säätöjärjestelmästä pitää tehdä automaattinen, itseään säätelevä järjestelmä.
Tässä kuvataan järjestelmää, jossa mekaaninen ahdin ottaa suodattimen läpi ulkoilmaa ja painepuolen putkisto johtaa sen ilmaläpälle. Polttoaine ruiskutetaan ilmaläpän jälkeen vasta lähellä imuventtiiliä imukanavaan. Ahdin siis käsittelee pelkkää ilmaa.
Ylimääräinen jo kerran ahdettu ja valmiiksi suodatettu ilma ohjataan paineensäätöventtiilillä takaisin ahtimen ilmanottopuolelle ulkoilmaan puhaltamisen sijaan. Suuremman puhaltamisen kanssa tämä järjesty parhaimmillaan putsaa ilmansuodatinta ja tekee ilman paluukierrosta hiljaisemman.
Ahtopaineen säätöjärjestelmässä ei ole elektroniikkaa eikä juurikaan muita liikkuvia osia kuin paineensäätöventtiilin mäntä. Letkuja sitä vastoin on hiukan enemmän.
Lähestytään ahtopaineen säätöä kolmen esimerkkitapauksen kautta.
Maksimipaineen määrittely
Mekaanisella ahtimella ilman tuotto kasvaa kierrosluvun kasvaessa. Moottori kykenee kuitenkin käyttämään vain tietyn maksimimäärän tarjottua ilmaa. Tätä suuremman paineen käyttäminen on turhaa ja hajottaa paikat.
Tämän takia ahdin tulee mitoittaa sopivaksi koneen kokoon nähden. Katukäyttöön ahtimen maksimituotoksi riittää yleensä noin 3x moottorin koko yhtä moottorin kierrosta kohden. Tähän vaikuttaa siis paitsi ahtimen virtaustilavuus niin myös käytetty välityssuhde kampiakseliin nähden.
Paineen säätämiseen käytetään paineensäätöventtiiliä. Paineensäätöventtiilejä on sekä sähköisiä että mekaanisia, joko kalvolla tai jousella varustettuja. Esimerkkipyörässämme on mekaanisella jousella varustettu paineensäätöventtiili.
Paineensäätöventtiilin jousikuormitettu mäntä liikkuu ahtopaineen pakottamana ja avaa kanavan takaisin ahtimen imupuolelle. Tämä jousivakion määrittelemä paine on pyörän ahtojärjestelmän maksimipaine.
Jousi valitaan sen mukaan, kuinka kova maksimi ahtopaineelle halutaan. Jousi voi olla myös progressiivinen jolloin paineen sallitaan vuotaa varsin helposti mutta rajoitetusti.
Kaasun kääntö kiinni kesken täyden ahdon
Liikenteessä tulee usein tilanteita, joissa kaasu käännetään kiinni suurilla kierroksilla ajaessa. Ahtimen painejärjestelmän kannalta tapaus on hankala koska kaasuläpän mennessä yhtäkkiä kiinni moottorin kierrokset eivät laske ja mekaaninen ahdin pumppaa ilmaa täpöllä. Tätä ilmanpainetta ei kuitenkaan nyt tarvita, vaan siitä tulee ongelma: voimaa kuluu hukkaan ja jos paine kasvaa liian suureksi jokin paikka hajoaa.
Samanaikaisesti kaasuläpän ja imuventtiilin välisessä imusarjassa muodostuu voimakas, yleensä noin 0,5 baarin alipaine koska läppä estää ahdetun ilman pääsyn tähän tilaan ja moottori imee ilmaa kuitenkin normaalisti.
Tässä tulee mukaan aiemmin mainittu letkusto. Imusarjassa venttiilin ja kaasuläpän välissä on ilmanippa jossa on kiinni letku. Letkun toinen pää on paineensäätöventtiilin männän jousen puolella. Imusarjan alipaine siis imee paineensäätöventtiilin mäntää auki samalla kun ahdin tuottaa painetta saman männän toiselle puolelle. Tätä jatkuu kunnes kunnes paine-ero tasaantuu. | 
Paineensäätöventtiili. Itse ahdin vasemmalla, ohjausletku lähtee venttiilin päästä oikealle.
Paineensäätöventtiilin eri vahvuisia vaihtojousia.
Boschin paineensäätöventtiileitä. Nämä ovat umpimallisia eikä näitä voi säätää jousta vaihtamalla.
Imusarjasta lähtevä paineen ohjausletku keskellä. |
Yllättävä pidon menetys ja sutiminenKuvitellaan tilanne jossa kiihdytetään pitävällä pinnalla osakaasulla ja kovalla ahtopaineella. Yllättäen tuleekin liukas kohta tiessä: vaikka öljyinen kaivonkansi tai keväinen ja hiekkainen risteys.
Takarengas pyörähtää tyhjää ja moottori pyrkii kovemmille kierroksille jolloin paine-ero ilmaläpän eri puolilla kasvaa: paineensäätöventtiili edellisessä kohdassa kerrotun takaisinkytkennän kautta avautuu hieman ja pudottaa ahtopainetta ja siten teho putoaa. Ei suoranainen luistonesto mutta toimii lähes täyskaasuasentoon asti.
Tästä voi joskus seurata myös mielenkiintoinen tilanne; Jos lähtee kiihdyttämään liukkaalta pinnalta ja kesken kiihdytyksen äkkiä kohtaa kuivan, pitävän asfaltin tulee niin sanotusti ’huisaakeli’ kiihdytys jossa ranteet venyy. Kokenut ahdinpyöränkuski ei tällaisesta hätkähdä vaan osaa jopa odottaa tilannetta.
Lyhyesti polttoaineen paineen säätämisestäAhtopaineen vaihdellessa syntyisi ristiriitaa jos polttoaineen painetta ei säädeltäisi. Polttoainesuuttimesta ei tulisi pihaustakaan bensaa jos imukaulassa valitsisi polttoaineen painetta suurempi paine. Polttoaineen paine pitää siis jatkuvasti pitää ruiskutuksen vaatiman paineen verran imukaulassa valitsevan paineen yläpuolella. Esimerkkipyörässä on jostain twinibemarista nussitut Boshin 303cc/min suuttimet jotka kaipaavat noin 3 bar ylipainetta toimiakseen oikein.
Tähän tarvitaan polttoaineen paineensäädin joka soveltuu ahtimen kanssa käytettäväksi sekä polttoainepumppu joka pystyy tuottamaan yhteensä aiotun maksimipaineen + ruiskutuksen vaatiman paineen verran.
Tuosta aiemmin mainitusta paineensäätimen letkusta on haara myös polttoaineen paineensäätimelle. Imusarjan paineenmuutokset saadaan näin otettua huomioon myös bensanpaineessa. Näin ei tarvita tarpeettoman pitkiä suuttimen aukioloaikoja joka voisi vioittaa suuttimia ja itse ruiskutuksen säätäminen käy helposti.
Polttoaineen paineensäädin bensatankin ja imusarjan välissä.
Ilmanpaine on meren tasalla noin 1 bar. Ahtamattoman moottorin imukaulassa on normaalisti reilu, noin 0,5 – 0,6 baarin alipaine. Vain kaasuläppä täysin auki saattaa ahtamattoman moottorin imukaulassa hetkellisesti vallita ilmanpaine, joka on lähellä normaalia painetta.
Erilaisten ilmanohjaustötteröiden ja ram-systeemien kanssa tätä voidaan parantaa kovempia nopeuksia varten, mutta silloinkaan ei päästä juuri normaalipaineen yläpuolelle.
Ahtimen kanssa asia muuttuu. Imukaulassa, eli esimerkkipyörässä läppärungon ja imuventtiilien välissä on tyhjäkäynnillä ahtamattoman moottorin kanssa samankaltainen reiluhko alipaine. Mutta heti kun läppää avataan eli käännetään kaasukahvaa paine kaulassa kasvaa nopeasti aina säädettyyn maksimipaineeseen asti. Jotta asia olisi sekava monet ahtopainemittarit näyttävät normaalissa 1bar paineessa nollaa. Tämän takia ahtajat puhuvatkin esimerkiksi 0,2 ahdosta joka siis tarkoittaa 0,2 yli ilmakehän normaalipaineen, tai vastaavasti 1,4 ahtoa, joka siis tarkoittaa oikeasti 2,4 baarin painetta imukanavassa.
Yhteenveto paineen säädöstä esimerkkipyörässäImusarjan paine ohjaa paineensäätöventtiiliä, polttoaineen painetta ja elektronista ruiskutusta.
Ahtopainetta voi säätää säätöventtiilin jousen tyyppiä ja jäykkyyttä muuttamalla.
Ahtimen reagointia voi muuttaa kuristamalla paineensäätöventtiilille menevän letkun virtausta kuristimella, ja/tai lisäämällä letkuun paisuntakammio. Esimerkkipyörässä on molemmat, kuristimena toimii mig-hitsauskoneen lankasuutin joka sopivasti mahtui letkuun, ja painekammiona hyllystä löytynyt wanha bensansuodatin.
Ahtimen kierroslukua ja siten tuottoa voi myös muuttaa vaihtamalla välityksiä. Tämä on hankalin tie koska esimerkkipyörässä ahdin on sijoitettu moottorin ja vaihteiston väliin ja ahtimen välitys on rakennettu kiinteäksi osaksi ensiövetoa.
Painetieto jota pyörän elektroninen ruiskutusjärjestelmä hyödyntää, otetaan samasta paikasta imusarjaa kuin tieto paineensäätimillekin. Samassa letkussa on muuten vielä ahtopaineen mittari joka on kiinteästi asennettu bensatankin päälle.
Ahtopainetta voi mitata kahdesta eri kohtaa: 1) heti ahtimen jälkeen jolloin saadaan isoja ja nopeasti muuttuvia lukemia tai 2) kaasuläpän jälkeen imusarjasta jolloin saadaan tasaisempia ja hieman pienempiä lukemia. Ensimmäisellä voidaan todeta paineensäätöventtiilin toimintaa mutta jälkimmäinen on se todellinen, moottorin toimintaan vaikuttava tehollinen ahtopaine. Todellinen ahtopainehan on siellä männän päällä palotilassa mutta sitä on moottorin käynnin aikana maallikon vaikea mitata.
Teksti ja kuvat:
Santtu Ahonen ja Matti 'motomatti' Tahlo. Juttu julkaistiin MMAF:n jäsenkirjeessä 3/2011.
UUTISIA
