Automaattivaihteistot yleistyvät 21.08.2020 Juha Kiiskinen

Automaattiset tai automatisoidut vaihteistot yleistyvät vauhdilla. Esimerkiksi Saksassa likipitäen joka toinen uutena myyty henkilöauto on varustettu automaattisella vaihteistolla.

Kehitykseen on useita syitä, eivätkä ne kaikki ole puhtaasti teknisiä. Kyse on myös eurooppalaisen elintason noususta ja mukavuuden ja elämisen laadun arvostuksen kasvusta. Yhä useamman ostetaan tai valitaan esimerkiksi työsuhdeautoksi automaattisella tai automatisoidulla voimansiirrolla varustettu henkilöauto.

Automaattivaihteistojen kehittämisen ja käytön edelläkävijänä pidetään Pohjois-Amerikkaa. Toisen maailmansodan jälkeen USA:n ja Kanadan kansantaloudet olivat vauraita verrattuna raunioiksi sodittuun Eurooppaan. Autot olivat selvästi isompia, ja niissä käytettiin suurempia ja voimakkaampia moottoreita kuin vanhalla mantereella. Olikin varsin luonnollista, että näihin ajoneuvoihin alettiin hyvissä ajoin kehittää automaattisia vaihteistoja.

Lähes poikkeuksetta amerikkalaisen automaatin tekniikka perustui moottorin ja vaihteiston väliin asennettuun, eräänlaisena kytkimenä toimivaan momentinmuuntimeen ja sen jatkeena olevaan planeettapyörästöön. Useimmiten vaihteistot olivat kaksi- tai kolmenopeuksisia. Vaihteiston toiminnan ohjaukseen käytettiin – kuten käytetään edelleenkin – hydrauliikkaa, jonka paine kehitetään vaihteistoon sijoitetulla, mutta moottorin käyttämällä mekaanisella öljypumpulla.

Nykyisin mekaanisen öljypumpun apuna voi olla sähkökäyttöinen pumppu tai paineenvaraaja. Paineenvaraajan on hyvä olla olemassa Start & Stop-järjestelmän sammuttaessa moottorin auton seisoessa liikennevaloissa tai -ruuhkassa. Varaajan avulla vaihteisto pystyy kytkemään liikkeellelähtövaihteen sammutetusta moottorista huolimatta.

Viime aikoina automaattivaihteistoihin on ilmestynyt yhä enemmän eteenpäin vieviä vaihteita. Esimerkiksi Fordin ja GM:n kehittämässä perinteisessä (momentinmuunnin + planeettapyörästö) automaattivaihteistossa on kymmenen nopeutta, eli välityksiä löytyy niin sanotusti kellarista aina ylimpään ullakkokerrokseen. Suuri määrä välityksiä takaa pienet erot vaihteiden välillä, mikä vähentää energiaa haukkaavan momentinmuuntimen luiston tarvetta. Lisäksi suurimmat vaihdenumerot voidaan välittää ”loikkareiksi”, eli niiden välitys kampiakselin ja vaihteiston ulostuloakselin välillä on selvästi alle 1. Tämä edistää taloudellisuutta, koska moottori pyörintänopeus pysyy matalana. Karkeasti ottaen: mitä vähemmän moottorista otetaan työtahteja, sitä harvemmin on tarve ruiskuttaa polttoainetta moottorin palotiloihin.

Euroopassa innostuttiin parikymmentä vuotta sitten kehittämään hieman toisenlaisella toteutuksella varustettuja automatisoituja voimansiirtokomponentteja. Pian markkinoille ilmaantuivatkin niin sanotut DSG/DCT- eli suoravalintavaihteistot, joissa momentinmuuntimen sijaan formulamaisesti alettiin käyttää kaksoiskytkinrakennetta. Tämä taas mahdollistaa seuraavaan hammaspyörävaihteen robottimaisen esivalitsemisen, jolloin vedosta kiihdytettäessä tulee katkonta. Suomeksi sanottuna vaihtamisviive kutistuu käytännössä olemattomiin.

Yleensä kaksoiskytkimen tehtäväjako on tehty niin, että toinen kytkin pitää huolen parittoman numeron vaihteista, toinen puolestaan parillisista.

Kaksoiskytkin voidaan toteuttaa joko märillä tai kuivilla kitkapinnoilla. Kummallakin rakenteella on puolensa, mutta kuivaa kytkintä pidetään jonkin verran taloudellisempana, sillä kuivakytkimen tapauksessa energiaa ei samalla tavoin sitoudu hydrauli- ja vaihteistoöljyn lämmittämiseen.

Ensialkuun suoravalintavaihteistoissa oli 6 vaihdetta plus pakki, nykyisin yhä useammin vaihdeluvussa on päädytty lukemaan kahdeksan eteenpäin vievää välitystä sekä peruutusvaihde.

Japanissa voimansiirtotekniikan kehitys on varsin voimakkaasti vienyt – ainakin pienissä ja keskikokoisissa autoissa – niin sanottujen CVT-vaihteistojen suuntaan. CVT:llä tarkoitetaan portaatonta vaihteistoratkaisua, jossa teho välitetään hihna- tai ketjuvariaattorin avulla. Välityssuhteen muutos tapahtuu säätämällä samanaikaisesti kummankin variaattoripyörän tehollista halkaisijamittaa.  

Periaatteessa rakenne vaikuttaa voimansiirtolaitteeksi varsin toimivalta, mutta variaattoritekniikan pieni heikkous on nykymaailmaan turhan suppea välityssuhdealue. Tämä muodostuu hitaimman ja nopeimman välityksen jakolaskun osamäärästä, jonka suhteen nykyisin tulisi lukeman 6 sijaan päästä lähemmäksi lukua 8. Esimerkiksi Toyota on kehittänyt uuden Direct Shift CVT-vaihteiston, jossa variaattorin lisäksi on erillinen hammaspyörävälitys liikkeellelähtöjä varten. Tällä tavoin välityssuhdealue kokonaisuutena on saatu laajennettua lukemaan 7,5. Samalla vaihteiston mekaanista hyötysuhdetta on kehitetty, mistä on etua autotehtaan hiilidioksidipäästöjen taselaskelmissa.

Trendiin vaikuttavat myös voimakkaasti yleistyvät kuljettajan avustusjärjestelmät, jotka säätelevät etäisyyttä tai hallitsevat nopeutta ja kiihtyvyyttä taikka tekevät muita manööverejä kuljettajan apuna.

Polttoainetta säästävä moottorijarruton rullaaminen maantienopeuksissa vaatii käsivaihteisella autolla kuljettajasta riippumattoman kytkimen käytön, joka nostaa kokoonpanon hintaa. Hybridi- ja sähköajoneuvot varustetaan oikeastaan poikkeuksetta automaattisella vaihteistolla.

Lisäksi autovalmistajat laittavat ensiksi taloudelliseksi virittämänsä automaattivaihteiset mallit WLTP-standardin mukaisiin päästö- ja kulutusmittauksiin. Käsivaihteistoinen vastaava malli voi sitten tulla markkinoille myöhemmin, mutta yhä useammin perinteisellä manuaaliaskilla varustettu versio saattaa olla vain pienemmän moottorin voimin liikkuva hinnat alkaen-malli.

Usein automaattivaihteisia autoja kampanjamaisesti myydään samalla hinnalla kuin käsivaihteisia, vaikka automaattivaihteiston tekniikka on monimutkaisempaa ja kalliimpaa valmistaa.