California Adamant osakokonaisuudet

Vaihtoi nimeään
Tämän projetiaikuinen Sääksjärvi Trike, myöhempi käyttönimi on California Adamant, valmistus on jaettu kolmeen lohkoon: Valmiina laitteina tulee moottorinohjausjärjestelmä ja trike-rakennusarja akseleineen. Itselle jää kokoonpano ja sähkötyöt.

Hyvät käyttöominaisuudet
Suurimpana osana ja haasteena on kuitenkin tehdä triken ulkonäkö siedettäväksi ja käyttöominaisuudet tyydyttäviksi. Mm tavaratilaa on hyvä saada riittävästi kahden hengen pidempääkin matkailua ajatellen.

Linkki ja kuva aihiosta: Tavoitteet

Rakennussarja
Taka-akseli on tarpeettomista osista riisuttu pienen henkilöauton käytetty mutta kunnostettu akselisto. Sen tärkeimmät osta ovat itse akseliston kotelo joka on vahvistettu ja sisältää välttämättömän tasauspyörästön. Vetopyörästö on akselin keskellä jota pyörittää avokardaani.

Autotarvikkeita
Jarrut ovat tarvikkeena myytävä pienen  henkilöauton levyjarrusarja joka sisältää myös mekaanisen käsijarrun. Tukivarret liittyvät taka-akselin ja pyörän rungon välille kumipuslien välityksellä. Tukivarsia on kolme kappaletta. Asennussarja valmistunee toukokuuhun mennessä jonka jälkeen aloitan sen liittämisen pyörän runkoon.

Kanta-ajoneuvo
Pyörä, California 3, säilyy sinänsä vakiona ja muutos kaksipyöräiseksi takaisin on tehtävissä isommitta ponnistuksitta. Vaikka arvelen että sitä tuskin tulee tehtyä. Termi "kanta-ajoneuvo" tulee lainsäädännöstä ja tarkoittaa sitä ajoneuvoa jota muutetaan. Muutos saa verotusmielessä olla alle 50%. Sitä korkeampi muutosprosentti katsotaan uudeksi ajoneuvoksi ja sille on oma lainsäädäntönsä joka tulee yleensä tekijälleen kalliiksi ja sen pitää täyttää nykyiset ajoneuvomääräykset. Siksi pitää olla tarkkana että muutos ei ole liian laaja vaan psysytään lainsäädännöllisesti siinä ajankohdassa kuin kanta-ajoneuvon ensimmäinen rekisteröintipäivä on ollut. Tässä muutostyössä muutosprosentti on noin 10.

Ei muutosta muutoksen vuoksi
Joka kerta kun muutan (laskutavasta riippuen neljäs tai viides muutos) vanhan pyörän moottorinohjausjärjestelmän digitaaliseksi tulee siihen kaikenlaista pientä uutta.

MegaSquirt
Homma on edennyt näin: ensimmäinen MegaSquirt-asennus oli laittaa ruiskutus mutta ko pyörän alkuperäinen elektroninen sytytys jäi käyttöön. Toimivat itsenäisinä komponentteina joten niillä ei ole keskinäistä vaikutusta toisiinsa. Koska sytytystä ei voi erikseen säätää se rajoittaa harmillisesti ruiskutuksen säätöä. Käytännössä ruiskun, ja siten moottorinkin, ominaisuuksista jäi suurin osa käyttämättä.

Toinen kehitysaste
Seuraava oli sekä digitaalisen sytytyksen asentamien että ruiskun asentaminen. Ensin laitoin Initech-sytytyksen, joka on täysin ohjelmoitava, ja sen jälkeen MegaSquirt-ruiskun. Niillä on yhteinen anturointi mutta eivät "keskustele" keskenään. Kun jompaa kumpaa ohjelmoidaan niin toistakin pitää ohjelmoida. Aiheuttaa tarpeetonta tietokonenäpyttelyä. Näin "mutkan kautta" saadaan molempien hyötyjä käyttöön.

Yhdistelmälaite
Tämä nykyinen MegaSquirt-moottorinohjaus on jo, poiketen edellisistä, integroitu eli sytytystä ja ruiskutusta säädetään samalla kertaa ja järjestelmä myös säätää itse itseään esimerkiksi tilanteessa jossa ruiskutusta tarvitaan enemmän osaa sytytys säätyä aikaisemmalle saadessaan tiedon eri antureilta. Tässä yhteydessä ei enää puhutakaan ruiskusta ja sytytyksestä vaan moottorinohjauksesta. Kyseessä on niin sanottu sulautettu järjestelmä.

Karkea kuvaus
Järjestelmä on rakenteeltaan varsin hyvin hallittavissa eli ei ole mitenkään monimutkainen kuten oheinen kaavio sen esittää. Yksinkertaisuuden vuoksi tästä puuttuu joitakin oleellisia osia kuten sytytyksen anturointi, 12V johtimia, korkeajännitepiiri ja rakenteelliselta puolelta polttoainejärjestelmän suodattimet, polttoaineen paineensäädin sekä kuristin ja tasauskammio MAP-anturille.

MAP = Imuilman paineanturi
TPS = Kaasuläpän asentoanturi
12V = Järjestelmän nimellisjännite
5V = Anturien vertailujännite
ECU = Moottorinohjauksen elektroniikka
LAMBDA = Pakokaasun happipitoisuusanturi

Sytytyshetki ja ruiskutusajankohta
Kampiakselin asentoanturin piirtelin itse ja se on erikseen tuossa oikeassa reunassa. Sen tehtävänä on tunnistaa kampiakselin asento ja sen pyörimisnopeus. Joskus anturi voi olla myös nokka-akselin yhteydessä tai niitä on useita. Keltainen johto menee suoraan ECUn liitinpaneeliin.

Oikaisu
Täytyy myöntää että löysin tuon kuvan netistä. Itsellä on kyllä sama piirto-ohjelma jolla tuokin on tehty mutta oli helpompi kirjoittaa suomenkielisemmät tekstit valmiiseen kuvaan. Mikä mukavinta, kuvassa on jopa releiden napanumerointi sekä sulakkeiden koot, johtimien väreistä puhumattakaan. Tosin olen laiska etsimään riittävää määrää värillisiä johtimia joten tyydyn koodaamaan samanväriset johtimet että ne erottaa toisistaan.
Yksivärinen johdotus on myös siistimmän näköinen, jos sillä on jollekulle jotain merkitystä.

Kaasutin/kärjet vs digitaalinen moottorinohjaus
Jos verrataan perinteistä kaasutin/kärkisytytysjärjestelmää ja tätä toisiinsa niin ei siinä kovin suuria eroja ole.

Vanhoja rakenteita
Osat jotka säilyvät vanhasta järjestelmästä ovat virtalukko, sulakkeet, akku ja sytytyspuola(t). Käytännön syistä puolat vaihdetaan usein sopivampiin ja tehokkaampiin ja akun kokokin pienenee.

Tiedon käsittelyä
Ne osat mitä vanhassa systeemissä ei ole, kuten useat anturit, ovat sitä varten että toiminnot saadaan huomattavasti herkemmiksi ja huomioimaan useampia moottorin toiminnalle tärkeitä asioita joita ilmankin digitaalijärjestelmä toimisi mutta ei siten olisi yhtään sen parempi kuin kaasutinmoottorikaan.

Anturointeja
Näitä komponentteja ovat anturit jotka antavat palautetta moottorin tilasta reaaliaikaisesti kuten imuilman lämpö, moottoriöljyn lämpö, imuilman paine ja pakokaasun jäännöshappimäärä. Niiden tuomilla tiedoilla hienosäädetään moottorin toiminta mahdollisimman taloudelliseksi tehosta tinkimättä. Uusimmat ratkaisut säätävät itse itseään aktiivisesti näiden tietojen perusteella. Niissä ei tarvitse säätää erikseen kaikkia muuttujia vaan antaa niille vain raja-arvoja.

Kuljettajan hommat
Kuljettajan hoidettavaksi on jätetty yksi tärkeä anturi: TPS eli kaasuläpän asentotieto. Samalla kun kuljettaja pyytää lisää tehoa kaasukahvasta kääntämällä mittaa TPS kaasuläpän kiertonopeutta eli ilmoittaa ECUlle kuinka kovasti kuljettaja haluaa kiihdyttää. (Nykyään käytetään sähköistä kaasukahvaa jolloin kuljettajan tahto selviää jo sarven päässä ja tieto tahdosta kulkee sähköjohtoa myöden ECUn kautta askelmoottorille joka kääntää kaasuläppää.)

Vastaa kiihdytyspumppua
Kaasutinmoottorissa tätä toimintoa kutsutaan kiihdytyspumpuksi. Lisäksi tieto kulkee myös sytytyspuolelle ja vaikuttaa sytytysennakkoon. Tämä toiminto tuli myös kaasutinmoottoreihin ennen niiden katoamista päästörajojen kiristymisen vuoksi. TPS antaa myös aktiivista tietoa kulloisestakin kaasuläpän ohi virtaavasta ilmamäärästä yhdessä imuilmanpaine- ja -lämpöanturin antamien tietojen kanssa. Niin sanotuissa muuttuvakurkkuisissa eli alipainekaasuttimissa tätä toimintoa hoitivat alipainemännät tai -kalvot. Suoravetoisissa kaasuttimissa asia ei niin kovin tarkkaan ole ollut hallinnassa.

Moottorin lämpötilan vaikutus
Moottorin lämpötila-anturi hoitaa ryypytyksen kun moottori käy kylmänä. Kaasutinmoottorissa joko lisättiin imua tukkimalla ilmakanavaa kuristinläpällä jolloin polttoainetta imeytyi enemmän ilman sekaan ja syntyi syttymiselle riittävän rikas seos. Joissakin kaasuttimissa oli erilliset venttiilit joiden kautta vuodatettiin lisäpolttoainetta imuilman sekaan ja saatiin näin lisärikastuminen aikaan. Esim useimmat DellOrtot.

Suuttimet
Suuttimet olivat kaasuttimissakin. Joskus useitakin. Lisäksi luistin neula jota kuljettaja kaasukahvan liikkeillä sääteli ja näin sai seoksen muuttumaan otolliseksi hyvälle palamiselle. Ruiskutussuuttimet toimivat hieman eri tavalla. Niissä on kiinteä aukko/aukot joiden kautta tietyllä paineella polttoainetta virtaa tietty määrä suuttimen ollessa auki. Tilanne on teoreettinen koska sähköistä suutinta ei voi pitää koko ajan auki vaurioitumisvaaran vuoksi mutta se kertoo suuttimen teoreettisen virtauskyvyn helpottamaan vertailemista eri kokoisten suuttimien välillä.

Sähköisen suuttimen toiminta
Suuttimen käytännön virtaamaan vaikuttaa kolme asiaa: suuttimen avautumisviive joka johtuu sen sähköisistä ominaisuuksista ja suutinkaran massasta, käytettävästä polttoaineen paineesta ja aukioloajasta (jännitteellinen aika johon sisältyy avautumisaika) jonka määrittelee ECU keräämiensä tietojen perusteella. Näitä kahta viimeistä asiaa, painetta ja avaussignaalin (maattamisen) määrää voidaan säädellä.

Tyhjäkäynti
Kaasutinmoottorin tyhjäkäyntiruuvia vastaa ruiskussa tyhjäkäynnin askelmoottori joka saa komentonsa ECUlta ja pitää tyhjäkäynnin tetyllä tasolla moottorin sisäisestä vastuksen muutoksesta, lämpötilasta tai polttoaineen laadusta riippumatta.

Kärkien korvaaja
Kampiakselin asentoanturi vastaa vanhanajan kärkiä ja ilmoittaa ECUlle kierrosluvun muutoksesta ja ruiskutus- ja sytytyshetken ajankohdasta jonka tiedon perusteella ECU ne määrittelee tarkemmin.

Sytytysennakko
Keskipakosäätimen tehtävät on tavallaan jaettu. Perinteisesti se toimii aina samalla tavalla oli kierrosluku nousussa tai laskussa. Kampiakselin asentoanturista tulee perinnetieto jonka keskipakosäädinkin osasi antaa mutta kaasulapän asentoanturi, TPS, kertoo sytytykselle onko kierrosluku vielä nousussa vai aikokoo kuljettaja hiljentää. Kierrosluvun vähentämispuolellahan ei sytytystä periaatteessa tarvita olleenkaan. Silloinhan moottorin ei tarvitse edes käydä. Vain pyöriä ja hiukan jarruttaa.

Ruiskutusta aina
Käytännön syistä, varsinkin jos moottorissa on katalysaattori, niin ruiskutusta ei voi katkaista kokonaan vaikka sytytys katkaistaisiinkin koska katkaistaessa ruiskutus kokonaan sammuisi katalyyttinen reaktio jolloin tehoa tarvittaessa katalysaattori ei olisikaan toiminnassa. Katalysaattorin energialähteenä kun on moottorin läpi kulkenut siellä palamaton polttoaine joka pitää reaktion yllä. On urbaani legenda että ruiskutus loppuisi jos kaasu suljettaisiin.

Kehitys kehittyy
Kehitys on mennyt siihen suuntaan että järjestelmiä on yhdistelty eli integroitu toisiinsa. Alussa sytytys ja ruiskutus yhdistettiin toisiinsa ja saatiin ns synergiaetuja. Tätä kutsutaan moottorinohjaukseksi. Nyttemmin on hommaa jatkettu ja lisää toimintoja yhdistellään: mukaan on tullut luistonestotoimintoja ja jousituskin saa tietoja moottorinohjaukselta pitääkseen esimerkiksi takajousituksen jämäkkänä kovan kiihdytyksen aikana. Järjestelmä laajenee kaiken aikaa. On suunnitelmissa että ajotapaa ja käytettyjä tieosuuksia tullaan mittaamaan satelliittijärjestelmän kautta ja näin hillitsemään hallitsemaan liikennettä jopa yksittäisten ajoneuvojen osalta taajamissa ja ruuhka-aikoina sekä lisäämään turvallisuutta. Kts. Ollilan ryhmä.
Myös moottorien rakennetta moottorinohjauksen kehittyessä on pystytty muuttamaan: Joissakin uusissa moottorissa ei ole enää kaasuläppiä lainkaan vaan ohjaus tapahtuu venttiilien aukeamista ja aukioloaikaa aktiivisesti säätämällä.

Omat zydeemit
Itse en kyllä aio mennä noin pitkälle. Minulle riittää sytytyksen ja ruiskutuksen tarkka yhteistoiminta jolloin polttoaineesta saatava hyöty maksimoituu tehon ja haluttujen käyttöominaisuuksien kuten taloudellisuuden ehdoilla. Myös monipolttoainekäytön mahdollisuus tuo oman lisänsä taloudellisuuteen.

Kaavio käytännön sovelluksesta ECUn tiedonhaulle.

Piirilevylle komponentteja
Aivot tarkoittaa ECUa ja sen merkki tulee olemaan omassa viritelmässäni vapaan lähdekoodin MegaSquirt-järjestelmä. Ensimmäinen vaihe on koota piirilevylle elektroniikkakomponenteista toimivat "aivot". Sen tekee kaverini Repe. Minulla ei hermot siihen riittäisi. Kai.

 Ruiskuosia.

Jotain vielä puuttuu
Vaikka kuvassa näkyy merkittävä määrä palikoita puuttuu siitä moottorinohjausyksikön ohella noin kolmannes tarvittavista hilkkeistä. Menee muutama tunti että noille löytyy paikat ja saa kiinnikkeet tehtyä siten että niitä ei tehdastekoisesta erota. Osat ovat valittu niin että ne kestävät etanolin käytön polttoaineena.

Motto
Selvin ero ahtamattoman kaasutinmoottorin ja ruiskutusmoottorin välillä on se että kaasutinmoottorin toiminta perustuu täysin vapaaehtoisuuteen mutta ruiskutusmoottoria voidaan käskeä.