Vaihteistot

Auton moottorin käyttökelpoinen kierroslukualue vaihtelee tyypillisesti 1 000-6 000 minuuttikierroksen välillä. Auton vetävät pyörät taas pyörivät normaaleilla maantienopeuksilla alle 1 000 kierrosta minuutissa, joten tarvitaan vaihteisto, jonka välityssuhteiden avulla auto saadaan paikaltaan liikkeelle ja moottoria voidaan käyttää sopivilla käyntinopeuksilla eri ajonopeuksilla ajettaessa. Tällöin joka tilanteessa on käytössä riittävästi voimaa.

Vaihteiston eri vaihteiden välityssuhteet vaihtelevat yleensä välillä 1:4-1:0,7. Jos välitys on 1:1, pyörivät vaihteiston sisäänmeno- ja ulostuloakseli samalla nopeudella, mikä on vaihteiston sisäisten häviöiden kannalta edullisin tilanne. Suurimman vaihteen alle 1:n välityssuhde tarkoittaa sitä, että se on ylivaihde.

Vaihteistosta voima johdetaan vetopyörästöön, jonka välityssuhteet ovat tyypillisesti 3,5-4,5 välillä. Sekä vaihteistossa että vetopyörästössä voi esiintyä paljon suurempiakin välityssuhteita, varsinkin hyöty- ja maastoautoissa.

Kytkin

Liikkeelle lähteminen autolla on tilanne, jossa paikallaan olevat vetoakselit täytyy saada kytkettyä käynnissä olevaan moottoriin. Tämän toiminnon hoitaa kytkin. Eri vaihteistojen yhteydessä käytetään muun muassa kuivia ja märkiä levykytkimiä sekä momentinmuuntimia. Kytkin voi olla kuljettajan polkimella käytettävää mallia tai automaattisesti toimiva. Kytkimen tehtävä on sallia luisto liikkeellelähdön aikana, jotta moottorin pyörimisnopeus saadaan pidettyä tarpeeksi ylhäällä voiman alkaessa siirtyä vetäville pyörille.

Manuaalivaihteisto

Manuaalivaihteisto eli käsivaihteisto on yksinkertaisin ja halvin vaihteisto, kuljettaja käyttää sitä kiihdytyksen ja hidastuksen aikana vaihteenvalitsimesta. Alkuaikoina autoissa saattoi olla vain kaksi vaihdetta eteen ja yksi taakse, nykyään kuusivaihteiset vaihteistot yleistyvät perheautoissa. Euroopassa manuaalivaihteisto on pitkään ollut suosituin vaihtoehto sen edullisuuden, paremman polttoainetalouden ja usein myös tottumuksen takia. Manuaalivaihteisen auton ajaminen vaatii enemmän taitoa kuin automaattivaihteistolla ajaminen, ja kuljettajan on helpompi ajaa sillä epätaloudellisesti käyttämällä ajotilanteeseen sopimattomia vaihteita.

Automatisoitu vaihteisto

Automatisoitu vaihteisto tai robottivaihde on mekaanisesti samanlainen kuin manuaalivaihteisto. Sen toiminta on automatisoitu sähköisellä, hydraulisella tai paineilmatoimisella vaihteensiirrolla sekä kytkimellä, joten kytkinpoljin on voitu jättää kokonaan pois. Robottivaihteisella autolla ajo on helpompaa kuin manuaalilla, koska elektroninen järjestelmä hoitaa vaihteensiirron ja käyttää kytkintä.

Robottivaihteisella autolla on helppoa ajaa taloudellisesti, sillä automatiikka seuraa moottorin kierroslukua ja valitsee aina tilanteeseen sopivimman vaihteen. Joissakin robottivaihteistoissa vaihtamistapahtuma on selvästi automaattivaihteistoa hitaampi, mikä saattaa tuntua kuljettajasta epämukavalta.

Automaattivaihteisto momentinmuuntimella

Euroopassa perinteiset automaattivaihteistot ovat lisähintansa ja -painonsa takia olleet yleisiä lähinnä suurissa autoissa. Perinteinen automaattivaihteisto on ollut suosittu varsinkin Yhdysvalloissa, joissa suurin osa autoista on automaattivaihteisia. Tällainen vaihteisto on yleensä varustettu momentinmuuntajalla, joka välittää voimaa nesteen välityksellä.

Momentinmuuntaja tekee vaihtamisista pehmeitä ja parantaa ajomukavuutta, mutta samalla se hukkaa energiaa. Uudemmissa momentinmuuntajissa onkin yleensä lukitus, jolla se lukittuu kiinteäksi ajonopeuden noustessa, jolloin tehohäviöiden synty vähenee.

Myös automaattivaihteistoissa vaihteiden lukumäärä on aikojen saatossa kasvanut, nyt kahdeksan vaihdettakaan ei ole enää epätavallista kalliimmissa autoissa. Uusissa autoissa automaattivaihteistojen elektroniset järjestelmät kontrolloivat vaihtoja tarkasti ja tunnistavat kuljettajan ajotyylin muutokset sopeutuen niihin säätöjä muuttamalla.

Vaihteiden lukumäärän kasvu ja elektroninen ohjaus on parantanut momentinmuuntimella varustettujen perinteisten automaattivaihteistojen energiatehokkuutta paljon. Useamman vaihteen ansiosta moottori käy suurimman osan ajasta optimaalisilla kierroksilla ja vaihteisto hukkaa entistä vähemmän energiaa. Suurissa ja tehokkaissa autoissa polttoaineenkulutus onkin usein pienempi automaattivaihteistolla varustetuissa malleissa manuaalivaihteistoon verrattuna.

Portaattomat automaatit

Portaaton automaattivaihteisto CVT (Continuously Variable Transmission) perustuu variaattorivetoon, jossa voima välitetään hihnalla kahden halkaisijaltaan muuttuvan hihnapyörän välillä. Tällaisessa ratkaisussa välityssuhdetta voidaan muuttaa portaattomasti ajon aikana. Aikaisemmin portaattomissa vaihteistoissa tyypillinen kumihihna on korvattu uudemmissa CVT-vaihteistoissa metallilamellihihnalla tai ketjulla. CVT-vaihteistossa voidaan säätää välityssuhdetta portaattomasti, minkä ansiosta moottoria voidaan käyttää koko ajan optimaalisella kierrosluvulla. Tämä tekee vaihteistosta taloudellisemman kuin perinteiset automaattivaihteistot.

Suorakytkentävaihteisto

Monet autonvalmistajat ovat esitelleet viime vuosina suorakytkentävaihteistoja, joita kutsutaan myös kaksoiskytkinvaihteistoiksi. Se on automaattivaihteisto, jossa ei käytetä momentinmuunninta, vaan veto johdetaan suoraan moottorilta vetopyörästölle. Vaihteisto sisältää kaksi kytkintä, toinen parittomille ja toinen parillisille vaihteille. Ratkaisulla aikaansaadaan katkoton veto, koska seuraava vaihde on aina valmiiksi kytkettynä, riittää kun toinen kytkin avataan ja toinen samanaikaisesti suljetaan.

Suorakytkentävaihteisto on tavallista manuaalivaihteistoa monimutkaisempi ja kalliimpi, mutta sillä päästään hyvään polttoainetalouteen ja perinteistä automaattivaihteistoa vastaavaan mukavuustasoon.

Hybridivoimansiirto

Henkilöautojen hybridivoimansiirroissa on useita eri toteutustapoja, mutta vaihteet vaihtuvat yleensä automaattisesti. Sarjahybridissä polttomoottori on valjastettu pelkästään sähkön tuotantoon, rinnakkaishybridissä sekä sähkö- että polttomoottori osallistuvat auton liikuttamiseen. Nämä ominaisuudet on myös yhdistetty joissakin hybrideissä.

Yksi uusimmista ratkaisuista on asentaa etuvetoiseen polttomoottoriautoon sähkömoottori pyörittämään taka-akselia. Tällainen yhdistelmä antaa monipuolisia mahdollisuuksia käyttää auton kahta eri moottoria yhdessä tai erikseen.

Vetotapa

Vaihteistolta voima välitetään vetopyörästölle ja siitä eteenpäin vetäville pyörille. Ennen autot olivat pääasiassa takapyörävetoisia, nykyään etupyöräveto on yleisin ratkaisu. Nelivetoiset henkilöautot ovat kasvattaneet suosiotaan, sillä niiden etenemiskyky varsinkin liukkailla keleillä on selvästi kaksivetoisia autoja parempi.

Neliveto vaatii ylimääräiset vetoakselit, mikä lisää auton painoa ja voimansiirron häviöitä jonkin verran, ja siksi neliveto lisää myös polttoaineenkulutusta. Neliveto voi olla jatkuva, kytkettävä tai automaattisesti kytkeytyvä.

Vaihteistot tulevaisuudessa

Autojen tarjotessa yhä enemmän mukavuutta, viihde-elektroniikkaa ja taloudellisuutta yhä useammat kuljettajat vaativat vaihteistolta helppokäyttöisyyttä. Tästä syystä automaattivaihteistot yleistyvät uusissa autoissa. Helppokäyttöisyyden lisäksi niillä päästään usein jopa manuaalivaihteista mallia pienempiin kulutuslukemiin, mikä vaikuttaa ajoneuvon hintaa alentavasti hiilidioksidipäästöihin sidotun autoveron ansiosta.


Oliko artikkeli hyödyllinen?

Sivua päivitetty viimeksi 18.11.2016