Moottorin ohjausjärjestelmistä ja anturoinnista lyhyesti

Nykyaikaisessa moottorissa ei voi enää selkeästi erottaa sytytys- ja ruiskutusjärjestelmän toimintoja. Tämä asiantila on omiaan hämmentämään ja mystifioimaan kyseisten järjestelmien toimintoja. On ”mustia laatikoita” joihin menee ranteen paksuinen nippu johtoja ja antureita joiden sisältöä ei pysty näkemään. Ymmärtäminen vaatii usein vielä alan opintoja.

Tämän lisäksi on valmistajan intresseissä integroida järjestelmä osaksi moottoripyörää niin, että yhden osan korvaaminen tai vaihtaminen ei ole mahdollista ilman valmistajan apua tai toimittamia komponentteja. Emme tässä artikkelissa puutu näiden järjestelmien rakenteeseen vaan kuvaamme yleisemmin tyypillisimpiä toimintoja.

Nykyaikainen moottorinohjausjärjestelmä on yleensä tehty siten, että sitä voi hallita erillisellä tietokoneella. Usein tämä hallintaoikeus on vain merkkihuollolla tai valmistajalla ja vaatii merkkikohtaiset liitännät ja joskus jopa erillisen ’musta laatikko’–tietokoneen.

Näihin tehtaiden omiin järjestelmiin on harvalla oikeus kajota. Useasti niin kuitenkin tehdään kiertoteitse muokkaamalla järjestelmän anturitietoja tai järjestelmästä lähteviä tietoja. Sytytysantureita lukuun ottamatta anturisignaalit ovat useimmiten analogisia jolloin toimintaan voi vaikuttaa niitä ohjaamaan tarkoitetun tai käyttämän jännitteen säätämisellä. Tai joskus jopa irrottamalla vain yksi johdin. Tunnetuimpia tämän tyypin virisysteemeitä lienee Power Commander.

Elektroniikan, ohjelmistokehityksen ja moottorien harrastajat ovat luoneet myös omat, avoimeen raudan ja lähdekoodiin kehitykseen perustuvat järjestelmänsä. Näiden avulla on mahdollista korvata sytytys- tai ruiskujärjestelmä, tai molemmat, kokonaan itse rakennetuilla komponenteilla. Tunnetuin tämän tyyppinen järjestelmä lienee MegaSquirt ja sen lukuisat eri versiot.

Tässä artikkelissa esimerkkimallina käsitellään moottoripyörää, jossa sytytys on tehtaan alkuperäinen anturointiaan myöten mutta polttoaineen ruiskutus on kokonaan itse rakennettu ja pohjaa MegaSquirt Bowling & Gippo 1:een.

Rakentelualustana on tyypillinen amerikkalaisvalmisteinen ilmajäähdytteinen V2 moottori. Pääpiirteittään homma on sama riippumatta syliterien asennosta tai määrästä. Yhtenä kantavana teemana on ollut tehdä ohjausjärjestelmä edullisista yleisesti saatavilla olevista standardikomponenteista. Tarvittavien komponenttien yhteenlaskettu kustannus jää muutamaan sataseen.

Jossain toisessa jutussa joskus toiste katsellaan itse aivolaatikon eli sen MegaSquirt-boksin toimintoja. Seuraavissa kappaleissa kuvataan MegaSquirtin tarvitsemia antureita, niiden sijoittelua ja muita pohdittavia kohtia. Samassa sivutaan muutamia pyörän alkuperäisiä komponentteja.




Kylmäkäynnistys tarvitsee moottorin lämpötila-anturin

Koska kylmäkäynnistettäessä tarvitaan rikastusta pitää tietää mikä on kulloinenkin moottorin lämpötila. Kylmälle moottorille kun pitää tarjota pahimmillaan moninkertainen polttoainemäärä niin, että se suostuu käynnistymään. Lämmennyt moottori taasen käy hyvinkin vähällä polttoaineella jolloin järjestelmän pitää kytkeytyä sopivalla kohtaa pois.

Anturin paikalla on merkitystä. Se ei saa kuumeta niin kovasti ja äkisti, että se antaa vääränlaista signaalia vaikka palamistapahtuma ei olekaan vielä täydellinen. Toisaalta päinvastainen tapahtuma aiheuttaa tarpeetonta kulutusta.

Tässä tapauksessa autotarvikeliikkeestä muutamalla eurolla ostettu Volkswagenin öljyn lämpötila-anturi päätyi hoitamaan tehtäväänsä takasylinterin pakoputken juuressa siten, että anturin kärki nojaa sylinterikannen valuun. Ruiskutusjärjestelmän ohjelmassa on rikastustaulukko jota säädetään aluksi arvaamalla ja kokemuksen kertyessä sivistyneesti arvaamalla. Moottorin saavuttaessa toimintalämpötilansa ei lämpötila-anturin antamia tietoja enää noteerata.

Ennen käyttöönottoa anturin voi myös kalibroida. Tämä helpottaa säätämistä merkittävästi koska silloin saadaan tietokoneen näytölle järkeenkäypiä lämpötilalukemia. Järjestelmä toimii aivan yhtä hyvin ilman kalibrointia mutta silloin tietokoneen ruudulla näkyvä lämpötila-asteikko saattaa olla ihan mitä tahansa, vaikka -200c:stä +13c asteeseen.

Kalibrointi onnistuu helposti yleismittarin ja vedenkeittimen kanssa. Ensin mitataan anturin vastus huoneenlämmössä, ja merkataan tieto ylös. Sitten kiehautetaan teevesi, lasketaan anturi sinne ja mitataan vastus 100c lämmössä. Lopuksi nämä lukemat kirjataan MegaSquirtin konffaustietoihin ja nyt lämpötilat ruudulla ovat myös motoristin ymmärrettävässä muodossa.

Ilmanpaineen ja lämpötilan vaikutus

Yksi moottorin toiminnan oleellisimpia parametreja on polttoaineen ja ilman oikea sekoitussuhde. Ilman tiheys vaikuttaa tähän oleellisesti. Tilanne vielä korostuu, jos käytetään vaikka ahdinta. Ilman tiheyden tietäminen on siis ensiarvoisen tärkeää kun pyritään saamaan moottorille taloudellisin tai tehokkain toiminta. Tämä tieto saadaan mittaamalla imuilman paine ja lämpötila.

Imuilman lämpötilan anturi

Vapaasti hengittävän moottorin saama ilmanpaine on noin yksi ilmakehä vain silloin kun moottori ei käy. Käynnistyttyään se ryhtyy pumpun tavoin siirtämään ilmaa ja ulkoilman paine ei ehdi täyttämään imukanavaa sitä myöden kuin ilmaa kuluisi. Vaparin kanssa imusarjaan syntyy siis alipaine. Tätä painetta mitataan ja kun tiedetään muutama vakio, kuten puristustilavuus, kierrosluku ja imuilman lämpötila, voi järjestelmä laskea kyseisen ilman tiheyden sekä sen perusteella otollisimman ruiskutusmäärän.

Esimerkkilaitteessamme on ahdin jolloin ulkoilmanpaine on toissijainen mutta ilman tiheyden mittaus on yhtä tärkeää.

Ilmanpaineanturina (Map-anturi) tässä tapauksessa käytetään elektroniikkaliikkeestä ohjausyksikön rakennussarjan hankinnan yhteydessä ostettua ilmanpaineanturia. Tämä Map-anturi kykenee mittaamaan sekä ali- että ylipainetta.

Paineanturille tieto kulkee kumiletkua myöden kuristimen ja tasauskammion läpi. Kuristin on mig-hitsaussuutin letkun sisällä ja tasauskammio autotarvikeliikkeestä saatava parin euron polttoainesuodatin. Kuristinta ja tasausta tarvitaan koska Mapin herkkyys aiheuttaa muutoin liian suurta signaalivaihtelua ja sen tulkinta vaatisi tarpeettomasti laskentatehoa.

Kuulemani mukaan tämä 'hystereesi' on nimenomaan isojen v-moottorien ongelma. Pienempien ja/tai nelisylintristen käynti on tasaisempaa ja rajua painevaihtelua on vähemmän jolloin säätäminenkin on helpompaa.

Imuilman lämpötila-anturi on perinteinen vastuksen muutokseen perustuva ntc-vastus. Lämpötila siis muuttaa anturin vastusta jolloin mitattava jännite muuttuu. Tällainen anturi on ostettavissa elektroniikkaliikkeestä alle euron hintaan. Imuilman lämpötila-anturi täytyy kalibroida koska muuten ilman tiheyden laskenta menee pieleen. Kalibrointi tehdään samalla tavalla kuin edellä kuvattiin moottorin lämpötila-anturin kanssa.

Koska esimerkkipyörässä on ahdin ja ahtaminen tuottaa myös lämpöä niin imuilman lämpötilaa mitataan esimerkkipyörässä vasta ilman ahtamisen jälkeen. Anturi onkin sijoitettu putkeen ahtimen ja läppärungon väliin.

Tehon annostelun seuranta kaasun asennon tunnistimella

Koska rakentaja ja työn tilaaja ovat paitsi köyhiä niin myös vanhoillisia ajatustavoiltaan ei ryhdytty rakentamaan sähköistä kaasukahvaa eikä muitakaan fly-by-wire-järjestelmiä. Tässä kohtaa luotimme perinteiseen kaasuvaijeriin. Ruiskutusyksikön täytyy kuitenkin tietää missä asennossa imukanavassa piilevä ilmaläppä on. Kyseessä ei siis ole ”kaasuläppä” koska sen ohi ei kulje seosta, vaikka onhan se ilmakin kaasu.

TPS eli kaasuläpän asentotunnistun läppärungon kyljessä

Läpän asentotiedon välittämiseksi on läpän akselin päähän asennettu lineaarinen kiertopotentiometri. Autotarvikeliikkeestä muutaman kympin ostos. Englanninkielisissä laitoksissa ja ohjelmistoissa tällä on hieno nimi ja lyhenne; Throttle Position Sensor eli TPS.

Potentiometrin perusasento on se jossa moottori käy tyhjäkäyntiä. Toinen asento on se jossa ilmaläppä on kanavaan nähden vaakatasossa eli maksimiasennossa täysin auki. Näiden ääriarvojen tiedot syötetään ohjausohjelmaan ja sen jälkeen ruiskutuksen ohjaus ymmärtää myös kaikki väliasennot johtuen juuri tuosta lineaarisuudesta. Toisin sanoen kaasun asentotunnistimen vastuksen läpi kulkevan jännitteen arvo kasvaa tasaisesti kun kahvaa kierretään.

Pakokaasun ominaisuuksien hyväksikäyttö moottorinohjauksessa

Ylivoimaisesti tutkituin tuote jota polttomoottori tuottaa, on pakokaasu. Motoristit keskittyisivät mieluummin tehon tutkimiseen mutta tässäkin tavoitteessa kannattaa ensin tutkia niitä kaasuja.

Lambda takapytyn putkessa. Huomaa myös moottorin lämpötilan anturi pakuputken juuressa

Pakokaasujen tutkiminen perustuu lämpökemiaan ja siihen käytetään ns. Lambda- eli jäännöshappianturia. Anturi tarvitsee toimiakseen melko korkean lämpötilan ja niitä on sekä esilämmitettyjä että moottorin pakokaasujen lämmöllä toimivia. Antureita on myös ns. laajakaistaisena että kapeakaistaisena.

Kapeakaista-lambda havaitsee jäännöshapen eri tasot vain hyvin kapealla alueella. Sen kanssa säätäminen saattaa aluksi olla hankalaa, ainakin ennen kuin moottorin säädöt ovat edes oikealla hehtaarilla. Toisaalta kapeakaistaisten antureiden hinnat ovat muutamissa kympeissä kun taas laajakaista-lambdat maksavat jo useita satasia kappale, ja siihen vielä erillinen laajakaistan ohjauselektroniikka päälle. Esimerkkipyörässämme on kapeakaistaiset, lämmitettävät ja noin 60,- euroa / kappale maksavat lambdat kummassakin pakoputkessa.

Jos palaminen on epätäydellistä niin pakokaasun joukossa on myös palamatonta happea. Tätä hapen määrää lambda siis väijyy. Anturi on sijoitettu pakokanavaan 15 - 20 cm päähän pakoventtiilistä. Näin anturi pysyy parhaiten toimintalämpöisenä. Lambda-anturiin syötetään vakioitu jännite jonka muutoksia ruiskutusjärjestelmä tarkkailee ja säätää ruiskutussuuttimien aukioloaikaa (eli polttoainemäärää) ennalta asetettujen rajojen puitteissa.

Tätä lambdan antamaan ohjaustietoon perustuvaa järjestelmää kutsutaan suljetuksi järjestelmäksi (closed-loop). Näin suoritettuna tämä takaisinkytkentä takaa, että polttoaineen ja ilman sisältämän hapen suhde palotapahtumassa on halutulla tasolla eikä esimerkiksi liian laiha jolloin on moottorivaurion vaara. Yleensäkin tästä järjestelmästä on hyötyä polttoainetalouden suhteen ja se helpottaa tarkkoihin säätöihin pääsemistä.

Esimerkkipyörässä closed-loop toiminto ei ole käytössä koska näyttää vahvasti siltä, että ensimmäisen sukupolven MegaSquirtin aivot menevät solmuun näin monimutkaisesta laskennasta. Vakavasti, vasta uudemmissa MS-bokseissa on mahdollista määritellä seurattavien syklien lukumäärää ennen säätötoimenpiteitä.

Isossa V-moottorissa on sen verran erilaisia värähtelyjä ja tilojen muutoksia jokaisella ruiskutussyklillä, että closed-loop ei toimi jollei mukaan oteta reilusti useampia ruiskutuskierroksia. Esimerkkipyörässä tätä puutetta on kierretty siten, että closed-loop säätämistä on harjoitettu MS:ää ohjaavan tietokoneen kanssa ajellessa. Käyttämässämme TunerStudio –ohjelmistossa mm. tätä syklien määrää voi säätää, ja läppärissä on eri laskentatehot kuin muutaman euron laskentapiirissä joka toimii MegaSquirtin aivoina. Näin pyörään saatiin haettua toimiva bensakartta muutaman päivän työllä.

Ruiskutuksen oikea-aikaisuus

Alunperin otimme ruiskutuksen ajoitusignaalin pyörän omasta systytysjärjestelmästä ja puolan ohjaussignaalista. Tästä seurasi ruiskun ajoituksen ja kierrosluvun seuraamisen kannalta kuitenkin ongelma: Käytössämme ollut MegaSquirt boksi ei osannut laskea 45-asteen V-twinin kierroslukua oikein. Kierrosluku näytti ikäänkuin hyppelevän muutaman hertzin taajuudella ja muutaman sadan kierroksen amplitudilla edestakaisin. Tämä tietenkin sotki kierroslukutiedon lukemista joten päätimme korvata pyörän omaan anturointiin perustuvan kampiakselin asennon ja kierrosluvun seurannan uudella digitaalisella anturilla.

Kampiakselin asentotunnistin ruiskutuksen ajoitusta varten alempana, pyörän oma sytytyksen anturi päällä.

Anturien business-puoli ja pyörijän teippaus.

Tämä järjestelmän ainoa digitaalinen anturi on sijoitettu samaan koteloon alkuperäisen sytytysanturin kanssa. Kyseessä on infrapunasädettä hyväkseen käyttävä opto-haarukka-anturi. Haarukka-nimike kertoo, että säde kulkee haarukan sakarasta toiseen ja pyörijässä oleva aukko kiertäessään päästää säteen kulkemaan sakarasta toiseen.

Näin saadaan tarkka signaali joka vahvistetaan ja toimitetaan sähköpulssina ruiskutuksen ohjausyksikköön. Ajoitusteknisesti anturin sijainnilla pyörijän kehällä ei ole merkitystä, koska ajoitusta voidaan muuttaa sähköisessä muodossa ja on mahdollista luoda molemmille suuttimille erillinen ajoitus.

Koska pyörän oma sytytyksen anturi perustuu magneettisuuden vaihteluun ja tämä uusi anturi pohjaa optiikkaan niin toinen pyörijän aukoista peitettiin alumiiniteipillä. Näin kummatkin anturit toimivat kuten on toivottu ja ne saatiin ympättyä samaan tilaan. Aluteippiviritys tarkoitti samalla sitä, että pyörä piti MegaSquirtin kaavoissa muuttaa yksipyttyiseksi jotta boksi laskisi kaikki muut tarpeelliset toimenpiteet oikein.

Tämän komponentin hinta oli jälleen muutamissa euroissa, ja työt päälle. Palikat saatiin elektroniikkaliikkeen hyllyltä haetuista kikkareista ja se on koottu Nurmijärven pelle-pelottoman eli Repen toimesta ja itse tekemien piirustusten mukaan. Komponentit eivät siis ole mitenkään omituisia tai edes harvinaisia vaan kenen tahansa ostettavissa. Niiden toimintakin on melko perinteistä.

Komponentin asennusvaiheessa tuli muuten uutta oppia. Otimme tälle uudelle digioptiselle anturille, joka oli kolvattu 12v jännitteelle, virran ryöstämällä viereiseltä sytytyksen magneettianturilta. Päivä ja toinenkin siinä sitten pyörittiin ja ihmeteltiin mikä on, kun ei toimi eikä starttaa uuden anturin kanssa. Lopulta soitimme kappaleen kolvanneelle Repelle joka noin minuutissa, puhelimessa etäkysellen selvitti, että se pyörän alkuperäinen sytkän anturi käykin 5v jännitteellä. Että sellaistakin tulee tietää.

Loppukanootti

Tässä järjestelmässä on merkittävää vain se, että se kykenee käsittelemään melkoista määrää muuttujia pienessä ajassa. Loogisesti. Kodinkoneissa, kuten vaikka automaattipesukoneessa, on nykyään saman tyyppisiä ohjausjärjestelmiä ja anturointeja. Jos kykenet lukemaan tämän artikkelin internetistä kykenet myös todennäköisesti käyttämään edellä kuvatun säätöjärjestelmän hallintajärjestelmää. Rohkeasti vain kokeilemaan. Apuja vaikka MMAF:n taululta.

---

Teksti ja kuvat: Santtu 'Luupilotti' Ahonen ja Matti 'motomatti' Tahlo. Juttu julkaistiin MMAF:n jäsenkirjeessä 3/2011 kesä-heinäkuun vaihteessa.

Enska poikki - Rekkakyytiä tarjolla taas

Päätin pilvisen lomapäivän kunniaksi käydä toimistolla hoitelemassa muutaman keskeneräisen työjutun. ADHD kulki mukavasti kunnes keskellä Länsiväylää, siinä Lauttasaaren kohdalla ensiövedon hihna napsahti poikki.

Tuo enskavetohan on tässä pyörässä nyt sitten jättänyt mut tielle neljä tai viisi kertaa. Aina lähes samasta syystä, vaikka tämä onkin nyt tälle hihnaversiolle eka kerta.

Nyt en vielä päässyt tarkastelemaan tarkempaa katkeamisen syytä. Onhan toki mahdollista, että sinne on uinut väliin vaikka kivi. Hihna näyttää olevan enskan sisällä joten aukaisu illemmalla paljastaa sitten syyllisen. Itse veikkaan katkeamisen syyksi hammasjakoa. Pian selvinnee, tarkempi raportti syistä tulossa myöhemmin.

Taisi olla itse aiheutettua pahanilman manaamista kun vasta muutama päivä sitten pyytelin Jannelta hihnan speksejä vähän niinkuin 'varmuuden vuoksi', jos sellaisen joutuu joskus tilaamaan. Niinpä niin.

Olin seisonut tien varressa vasta muutaman minuutin kun sain kanssamotoristilta puhelun jossa  ensin kyseltiin, että 'oletko se sinä joka tuulettaa kainaloita Länsiväylän varrella ja tarvitsetko apua?'! Ja tästä puhelusta meni vain viitisen minuuttia kun taksiautoileva motoristi pysähtyi kyselemään avun tarvetta. Perinteet ovat näemmä voimissaan, tämä oli todella hienoa huomata. Kiitos ja kilikello kummallekin.

Onneksi otin jo muutamia vuosia sitten Autoliiton Turva -palvelun joka takaa hinauksen myös vanhoille ja rakennetuille ajoneuvoille. Turva-palvelun hinta on noin 50,- (Autoliiton jäsenmaksun päälle) kun taas pelkkä tämäkin hinaus olisi ollut toista sataa euroa. Saa nähdä kuinka kauan Autoliitto tarjoaa palvelua myös rakennetuille ajoneuvoille?

Ja onneksi tallissa on Faijan pyörä millä voin jatkaa ajelua. Ja se Kupla. Ja pitää kai mainita, että tilasin itselleni myös Harrison -polkupyörän, se tosin tulee vasta ensi kuussa...

Toimintaohjeet Juhannukseksi

Näin Juhannuksena saattaa tallissa ahertaminen olla haastavaa.

Tässäpä helpottava ohje hommien eteenpäin viemiseksi.

Ahdetun ruiskutusmoottorin paineensäätöjärjestelmä

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

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.

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.

Yllättävä pidon menetys ja sutiminen

Kuvitellaan 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 säätämisestä

Polttoaineen paineensäädin bensatankin ja imusarjan välissä.

Ahtopaineen 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.

Ilmainpaineesta ja alan jargonista lyhyesti

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 esimerkkipyörässä

Imusarjan 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 'Luupilotti' Ahonen ja Matti 'motomatti' Tahlo. Juttu julkaistaan MMAF:n jäsenkirjeessä 3/2011 kesä-heinäkuun vaihteessa.

Paluu moottoripyöräilyn juurille

Kaksipyöräisten rakentelun rintamalla polkupyörät ovat ainoa sääntelystä suhteellisen vapaa jäljellä oleva alue. Ja kun kylähulluille antaa vapaat kädet niin syntyy kaikenlaista mielenkiintoista. Tällainen mielenkiintoinen hanke on Harri Honkasen perustama Harrison, joka valmistaa alunalkaenkin moottorivetoiseksi suunniteltuja, hyvin retrohenkisiä polkupyöriä Helsingissä.

Sähkövetoisia polkupyöriä on tullut markkinoille viime vuosina paljon mutta ne ovat kaikki näyttävät (rumilta) polkupyöriltä joiden tarakalle on lisätty akkupakki. Harrison on valinnut toisen tien ja panostanut tyyliin ja toimivuuteen nimenomaan sähköisen polkupyörän tarpeiden kannalta.

Toistaiseksi Harrisonin bongaaminen pyöräteiltä on harvinaista sillä tänä vuonna aloittanut yritys saa vielä ajokauden kuluessa valmiiksi kuusi pyörää. Harkitsen itse seitsemännen hankkimista hyvin vakavasti.

Pääsin koeajamaan kahta protyyppiä joiden sarjanumerot olivat 0000 sekä 0001. Ensimmäinen prototyyppi ei ehkä täytä tehojensa puolesta lain kirjainta, ainakaan aivan tarkkaan. Sensijaan toisessa on pykälien mukaan sorvatut tehot niin, että pyörätieltä tavattu rysä ei aiheuta ongelmia lompakkoon tai matkan jatkumisen suhteen. Ei sillä, että kukaan olisi koko maassa ikinä, koskaan tai milloinkaan kuullut tekniikkaratsiasta pyörätiellä...

Harrisonin runko on tukeva, rungon puolesta pyörässä voisi olla vaikka kW –luokan moottori. Tästä huolimatta pyörä on kevyt niin, että sitä voi helposti nostella esimerkiksi kynnysten yli. Lainmukainen 250 Wattia auttaa kiihdytyksessä ja teho riittää myös nopeuden ylläpitämiseen, jopa pienessä ylämäessä.

Akkupaketti on pyörän kallein yksittäinen osa ja se on uusinta LiFePO4 –tekniikkaa. Valittu akkupaketti mahdollistaa pitkän käyttöiän ja ajoajan. Akuissa ei myöskään ole lämpötilan tuomia tehoeroja tai muistiongelmia. Harri kertoi ajaneensa yhdellä latauksella noin 70km. Perussetti riittää siis hyvin myös kaupunkialueen työmatkailuun.

Sähkömoottori ei ole ajaessa täysin äänetön ja moottorin sirinään tottumiseen menee hetki. Polkupyörän jarrut riittävät mainiosti, ainakin näillä renkailla ja nopeuksilla. Myös ajoasento toimii hyvin, mikä ei ole yllättävää koska jokainen pyörä valmistetaan asiakkaan mittojen ja toiveiden mukaan.

Jokainen Harrison on siis uniikki yksittäiskappale. Samalla tavalla lähti moottoripyörien valmistus liikkeelle alan alkuvuosina. Lähtökohdista johtuen Harrisonin hinnoittelu perustuu asiakkaan haluamien komponenttien kustannuksiin. Halvimmillaan Harrisonin saa karvan alle kolmella tonnilla. Tehojen noustessa tarvitaan lisää akkuja sekä parempia jarru- ja vaihdekomponentteja. Pelkkä takanapa jarruineen ja vaihteistoineen saattaa kustantaa reilut puolitoista tuhatta joten yläpäässä ei liene mitään hintakattoa.

Tilauslistaa Harrisonilla on jo sen verran, että tälle vuodelle ei montaa lisäpyörää enään mahdu. Jos haluat Harrisonin omaan talliisi ensi kesäksi niin löydät lisätietoa osoitteesta http://harrison-bikes.com/

Ässäkulman normipäivä

Ace Corner -sopimuksen allekirjoitustilaisuus MP11-messuilla helmikuussa

Lahden moottoripyörämuseo ja Ace Corner avasi ovensa perjantaina kesäkuun 10 päivä. Kyseessä on merkkitapaus joka ansaitsee uutisen kolmesta syystä. Ensinnäkin, tämä on Suomen ensimmäinen ja toistaiseksi ainoa pelkästään moottoripyöriin erikoistunut museo. Toisekseen, Lahden Ace Corner on ainoa maailmankuulun Lontoon Ace Cafe tavaramerkin kantaja Englannin ulkopuolella. Kolmanneksi, moottoriharrastajien hengailupaikkoja on todella harvassa. Museon ja kahvilan takana häärää mies, joka on näin tehnyt moottoripyöräilyn ja ajoneuvojen harrastuksen kulttuurin eteen paljon suuremman asian kuin äkkiseltään arvaisi.



Kahvila-Museo sijaitsee Lahden pohjoispuolella, Mukkulan kaupunginosassa Vesijärven rannalla. Alue on telakka- ja teollisuusaluetta. Kahvilan edessä on reilusti tilaa bändien lavoille ja tietenkin ajoneuvoille. Aurinkokin mahtuu hyvin porottamaan länteen antavalle terassille näin kesällä aina myöhäiseen iltaan asti.



Juttelin kahvilassa ja museossa koko hankkeen moottorin Riku Roudon kanssa.
- Nyt kun homma on saatu pystyyn niin olisi lomalle tarvetta, sen verran tässä on mennyt paukkuja, tarinoi Riku ja läväyttää päälle jälleen tunnetun korvasta-korvaan hymynsä.
Kerrottakoon samantien niille jotka eivät Lahden skeneä tunne, että Riku pyörittää Lahdessa isohkoa moottoripyöräalan yritystä nimeltään RikuMotor. Siis tämän museo- ja kahvilahomman lisäksi.



Museon puolella on pyöriä hämmästyttävän paljon. Otanta kattaa käytännössä hyvin vapaan Suomen moottoripyörähistorian. Riku kertoi myös, että rekvisiittaa on vielä paljon laittamatta esiin ja että pyöriä riittää vielä useammankin teemanäyttelyn tarpeiksi. Museossa voi siis käydä useammankin kerran.



Avajaisviikonloppuna parkkipaikka ja läheiset tiet olivat tupaten täynnä toinen toistaan hienompia rakennettuja autoja. Jos nyt autoista sopii tällä palstalla puhua. Prätkiäkin oli sattunut paikalle joitakin kymmeniä. Tila kuin huutaa jokailtaista ride-in näyttelyä rakennetuille ajoneuvoille ja moottoripyörille ja jos kelit jatkuvat tällaisena sellainen sinne varmaankin muodostuu. Kannattaa siis käydä kurkkaamassa mesta.

Koeajoja ja paineventtiilin uusia jousia

Ahtopaineen tuottamisen ja ylläpidon kanssa tuntuu olevan pientä ongelmaa. Ahdot ei nouse kunnolla, alavääntö kateissa ja ahtoputken paine seilaa omituisen epäloogisesti. Ongelman lähteen selvittämiseksi olen tehnyt koeajoja erilaisin varustein ja yhdistelmin joista tässä lisää.

Paineensäätöventtiilin eri vahvuisia vaihtojousia.

Boschin erivahvuisia paineensäätöventtiileitä. Nämä ovat umpimallisia eikä näitä voi säätää jousta vaihtamalla.

Veikkasin ongelman lähteeksi paineensäätöventtiiliä. Se on jousikuormitteinen Bilteman malli ja käytössä oli jo jäykin tallista löytynyt jousi. Tässä tulikin apuun ahtajatoveri jolla sattui olemaan tallissa muutama toimeton Boschin paineensäätöventtiili. Näillä pääsin kokeilemaan jäykempää ratkaisua.

Onneksi venttiili on tässä uudessa rakenneratkaisussa helpossa paikassa joten sen vaihtaminen lainaventtiiliin oli nopea 5 minuutin homma. Edellisellä ahtokierroksella paineensäätöventtiili oli vielä paikassa, johon pääseminen edellytti puolen pyörän purkamista. Nyt venttiili on viisaammin heti ahtimen perässä, pohjapanssarin takana.

Uusi venttiili osoitti diagnoosin oikeaksi. Ainakin osittain. Ahtoputken lukemat muuttuivat tolkullisiksi ja alavääntöäkin oli jo hiukan. Tosin näistäkin venttiileistä kumpikin on vielä liian löysä.



Biltemassa käynti kertoi, että kaupan hyllystä tullessaan venttiilin mukana on myös järeämpiä jousia. Mittailin jousia 2kg painolla ja tönärilla, toiseksi jäykin kiinni ja uusi koeajo: Nyt toimii jo hyvin, alavääntö  rupeaa löytymään ja painepuolen ahtopainemittarikin heräsi oikeasti henkiin. Maksimiahtoa ei kuitenkaan tullut lisää.

Läppärunko ja painepuolen pallikka kädessä. Rungon päällä vanhassa suuttimen reiässä alipaineletkun liitin, oikealla kaasuvaijereiden paikat ja rungon vasemmassa (eli menosuunnassa etu-) reunassa TPS-sensori. Kadonneen pultin reikä juuri peukalon alla. Pyöreä lätkä ajalta jolloin mulla oli koeajossa kaksi läppärunkoa vierekkäin.

Asiaa pähkäillessä tuli myös koeponnistettua painepuolen palikat. Simppelisti latasin kompressorilla ilmaa imuilman lämpötila-anturin reikään. Imuputkistosta löytyikin yksi 4mm reikä josta pultti oli kadonnut tahi unohtunut kasaamisvaiheessa. Näin pienellä reiällä ei liene suurta vaikutusta toimintaan mutta tulipahan sekin kuntoon samalla.

Vielä on testaamatta se jäykin jousi, sekä sellainen koe jossa suljen alipaineventtiilin ohjauksen irti järjestelmästä. Varsinkin jälkimäinen testi kertoo totuuden siitä, riittääkö ahtimen nykypotku tarpeisiini. Näes jouduimme viime talven muutoksissa hihnavedolle pudottamaan ahtimen kierroksia hiukan joten siellä sattaa vielä luurata yksi ongelma. Jos tämä osoittautuu lopulta 'viaksi' niin ensi talvena pitää jälleen miettiä ahtimen vetoon jotain uutta kikkaa, vaikka pientä ylennysvaihdetta.

Ei pääse pitkästymään näissä hommissa.

Pikkuviragon sairaskertomus - Apua ja neuvoja?

Laittelin viime kesänä pikkuviragoamme vaimolle ajokuntoon kun pyörässä ilmeni vika. Pyörä ottaa omin nokkineen kierroksia, ja ajaessa kun kaasun kääntää kiinni niin kone jatkaa laukkaa vielä ainakin muutaman sekunnin ajan. Tätä ennen pyörä on seissyt noin kuusi vuotta. Minua viisaammat lähteet tulkitsivat ongelman johtuvan joko tukkinaisesta kaasarista tai ilmavuodosta imusarjassa.

Pitkän seisonnan takia irroitin pyörästä viime talvena kaasuttimen ja pesaisin sen tuossa jo kuuluisassa ultraäänipesurissa, siellä ei siis enään pitäisi olla tukoksia. Samalla tuli uusittua muutamia tiivisteitä kaasariin. Viragossa on alipainekaasari ja luistin painekalvo on takuulla ehjä. Uutta bensaa ja testi: Ongelma jatkuu. Siis imuvuotoa metsästämään.

Eetteripruiskeet imusarjaan vahvistivat epäilyn vuodosta imusarjassa todeksi. Tai ainakin melkein, peli nääs saattaa ottaa kierroksia ihan omin nokkineen, ilman etteriä, ja välillä sitten myös eetterin kanssa. Joka tapauksessa havaitsin tarkemmassa syynissä imusarjassa selviä  murtumia. Koitin ensin korjata imusarjaa ns. purkkavirityksellä mutta eihän se auttanut. Lopulta piti hankkia Yamahalta uudet  ja sikamaisen hintaiset osat. Tuota imusarjaa ei tietenkään saa tarvikkeena ja itse tekemiseenkin menisi liikaa energiaa...

Uusi ja wanha osa vierekkäin. En huomannut purkkapaikata wanhan imusarjan alapuolta koska tuo ei näkynyt pyörän viereen osan ollessa kiinni pyttyjen välissä, omalla paikallaan.

Samalla tuli tehtyä pyörään muutakin huoltoa. Ilmanputsarin pesu ja öljyäminen, öljyjen vaihto ja pari muuta pikkujuttua. Muutaman tunnin aherruksen jälkeen olin tyytyväinen itseeni ja valmis koekäyttämään peliä.

Ongelma jatkuu ja jatkuu ja jatkuu...

Ongelma parani hiukan, mutta ei poistunut näiden palikoiden vaihdolla. Seuraavaksi vanhojen letkujen kimppuun.

Alipainepumppu bensa- ja ohjausletkuineen.

Japanilainen insinööri on suunnitellut tähän pyörään kaikkien aikojen monimutkaisimman alipainepumppuvirin. Googlettamalla kaivettujen tietojen perusteella tämä on kaikenlisäksi täysin tarpeeton koukku bensansyötössä.

Epäilin alipaineletkujen ilmanpitävyyttä joten riipaisin vanhat letkut ja pumpun mäkehen ja korvasin letkut kokonaan uusilla. Tulos oli masentava; ongelma jatkuu.

Kaasariin menee muuten kolme sähköjohtoa. En ymmärrä niiden funktiota, ja yksi anturi (se etupytyn puolella oleva yksinäinen johto) murtui irroitettaessa. Täytyy kysellä olisiko tässä mahdollinen syypää tähän kierrosongelmaan? Tukin kyllä sen anturin reiän pultilla joten ilmavuotoa siellä ei pitäisi olla.Mutta mitä ihmeen anturitietoa Japanilaisinsinööri haluaa kerätä kolmin kappalein 250cc Viragon kaasarista antureilla, joissa ei ole mitään liikkuvia osia ja jotka näyttävät lähinnä lämpötila-antureilta? Eihän tää mikään ruiskupyörä ole, ja ei kai sytkääkään ole tarvis säätää ainakaan kolmen eri lämpötilatiedon perusteella?

Puristukset pitää vielä mitata, jos vaikka imuventtiili kantaisi. Koneen äänet tai muu käynti ei kyllä viittaa tähän...

Muuta ratkaisua en kyllä mitenkään keksi. Vai olisiko lukijoilla jotain ehdotuksia? Maija pitäis saada ajoharjoittelemaan jo, kelejäkin kun on. Laita kommentti alle: