Kaasutin, polttoainejärjestelmän peruselementti

(Artikkeli julkaistu MK-lehti 4 / 96)

Moottorikelkan moottori on lämpövoimakone, johon syötetään kemiallista energiaa polttoaineen muodossa. Polttoaine poltetaan palotilassa ja sylinterissä. Männän sekä kampikoneiston avulla polttoaineen sisältämä kemiallinen energia muutetaan kampiakselista ulos saatavaksi mekaaniseksi energiaksi.

Kelkan 2-tahtimoottori on lämpövoimakoneena kohtuullisen huono eli moottoriin tuodusta polttoaineen energiasisällöstä saadaan hyötykäyttöön vajaa 20%, loppu menee harakoille erilaisina häviöinä. Jos bensiinilitra maksaa viisi markkaa, niin yhdellä markalla saamme eteenpäin vievää mekaanista energiaa ja neljällä markalla lämmitämme maailmankaikkeutta.

Kaasuttimen tehtävänä on muodostaa polttoaineen ja ilman seos siten, että ilma ja polttoaine sekoittuvat mahdollisimman hyvin ja että seossuhde on oikea. Teoriassa bensiinikilon polttamiseen tarvitaan 15 kiloa ilmaa. Tällä seossuhteella ei kuitenkaan saavuteta parasta mahdollista tehoa, vaan 12-13 kiloa bensiiniä/1 kg ilmaa antaa parhaan tehon. Jos moottori toimisi vakiokierroksilla, ei seoksen säätämisessä olisi juurikaan vaikeuksia. Sopivan kurkun halkaisijaan valittaisiin sopiva pääsuutin ja siinä se. Käytäntö on kuitenkin aivan toista. Moottorin on toimittava hyvin erilaisissa olosuhteissa. Kylmäkäynnistys vaatii rikkaan seoksen, koska höyrystyminen on puutteellista ja osa polttoaineesta tiivistyy kylmän imukanavan, kampikammion ja huuhtelukanavien seinämille. Rikas seos syttyy myös helpommin. Tyhjäkäyntiseos on myös normaalia rikkaampaa, koska kanavistossa virtaus on vähäistä ja seoksen pisaroituminen heikompaa. Sylinterin huuhtelu on myös tyhjäkäynnillä puutteellista, joten rikasta seosta tarvitaan tyhjäkäynnin varmistamiseksi. Seossuhde tyhjäkäynnillä on yleensä alueella 8:1-10:1.

Matka-ajossa eli osakaasulla korostetaan taloudellisuutta. Moottoria pyritään ajamaan mahdollisimman laihalla seoksella, jopa alle teoreettisen 15:1 seossuhteen. Se, kuinka laihalla moottoria voidaan käyttää, riippuu koneen rakenteesta. Jäähdytystapa, viritysaste, männän rakenne, huuhtelutapa jne. vaikuttavat seokseen. Huipputeholla pyritään polttamaan mahdollisimman paljon bensiiniä, joten seos on teoreettista rikkaammalla.

Kaasutin joutuu siis toimimaan monessa eri tilanteessa ja tästä syystä yksinkertaisella rakenteella ei selvitä. Kaasuttimessa on eri elementtejä, joiden vaikutus muuttuu eri kaasun asennoilla. Tässä jutussa on keskitytty ainoastaan Mikuni-nimiseen muuttuvakurkkuisen kaasuttimen toiminnan tarkasteluun. Valtaosa kelkoista on varustettu Mikuneilla, joten muiden kaasuttimien osalta voidaan soveltaa näitä perusasioita.

Seoksen säätöön vaikuttavia elementtejä ovat: Tyhjäkäynnin ilmaruuvi, tyhjäkäyntisuutin, pääsuutin, neulaputki, luistissa oleva leikkaus, neula ja neulan korkeus. Seokseen vaikuttaa lisäksi polttoainepinnan korkeus, johon voidaan vaikuttaa kohon paininhaarukan kielen asentoa muuttamalla. Polttoainepinta on asetettava valmistajan ohjeiden mukaan ja säätökeinona sitä ei käytetä.

Tyhjäkäyntisuutin ja ilmaruuvi vaikuttavat kaasun ollessa kiinni. Luistin vaikutus on suurimmillaan alle 1/4 kaasun alueella ja puolen välin jälkeen leikkauksella ei ole merkitystä. Neula ja neulaputki näyttelevät pääroolia 1/2 kaasun alueella ja pääsuutin määrää seoksen täydellä kaasulla. Luonnollisesti rajat eri elementtien vaikutusalueella eivät ole joko/tai -tyyppiset, mutta kuva kertoo, mikä tekijä on missäkin tilanteessa määräävä. Karkeasti kaasuttimen rakenne voidaan jakaa joutokäyntipiiriin ja pääpolttoainepiiriin. Kylmäkäynnistykselle on lisäksi olemassa joko primer-pumpulla toimiva polttoaineen lisäannostelu tai kaasuttimessa oleva kylmäkäynnistyspiiri.

Kaasuttimen säätö
Ennen säätötyön aloittamista on syytä tarkistaa polttoainepinnan korkeus. Yleensä Mikuni kaasuttimissa kohon paininhaarukka on vaakasuorassa kaasuttimen runkoon nähden, kun kaasutin on nurinpäin käännetty.

Se kuinka säätöjä tehdään, riippuu paljolti lähtökohdasta; halutaanko parantaa vakiokelkan säätöä, onko kyseessä viritetty moottori, onko käytössä pakokaasunlämpömittari jne. Vakiokelkan säätöjen muuttaminen on yleensä joltisenkin turhaa työtä, mikäli käyttöolosuhteet eivät huomattavasti poikkea normaalista. Kova pakkanen, kevään lämpö tai vuoristossa kelkkailu saattavat aiheuttaa säätötarvetta.

Tyhjäkäynnin säätö
Tyhjäkäynnin säätö aloitetaan kiertämällä luistin korkeutta säätävät ruuvit (kuva 2/22) auki. Tämän jälkeen ruuvia kierretään kiinni kunnes se alkaa koskea luistiin. Tästä pisteestä ruuvia kierretään aluksi kiinni 2 täyttä kierrosta. Jos kelkassa on useampia kaasuttimia, sama tehdään jokaiselle kaasuttimelle. Käynnistä kelkka ja säädä em. ruuveista (huom. kierrä eri kaasuttimien ruuveja 1/4 kierrosta kerrallaan) tyhjäkäynti noin 500 r/min. normaalia korkeammalle. Etsi nyt tyhjäkäynnin seosruuvilla kohta, jossa moottori käy suurimmilla kierroksilla. Useammalla kaasuttimella varustetussa kelkassa ruuvit on pidettävä yhtä paljon auki ja säätöä on muutettava 1/4 kierros kerrallaan. Luistin korkeutta säätävillä ruuveilla palautetaan tyhjäkäynti normaaliksi. Mikäli seosruuvi on enemmän kuin 2,5 kierrosta auki, tyhjäkäyntisuutin on liian iso, joten vaihda se 5 numeroa pienempään. Jos taas seosruuvi on alle 1 kierroksen auki, tyhjäkäyntisuutin on liian pieni, joten se on vaihdettava 5 numeroa suurempaan. Suuttimen vaihdon jälkeen ilmaruuvin oikea kohta täytyy hakea uudelleen. Lopullinen ilmaruuvin kohta on normaalisti 1/4 kierros kiinni kohdasta, jossa moottori kävi parhaiten.

Luistin leikkaus
Luistin leikkaus vaikuttaa seokseen 1/8-1/4 kaasun asennolla. Kiihdytä kelkkaa em. pienellä kaasulla. Jos moottori pätkii ja miettii kiihdytettäessä, seos on todennäköisesti liian laiha. Asiaa voit testata kääntämällä ilmaruuvia kiinnipäin esim. 1/2 kierrosta. Jos tilanne paranee voit olla varma, että seos on laiha. Mikäli moottori röpöttää, käy raskaasti ja savuttaa, seos on rikkaalla. Asian varmistamiseen voit taas käyttää ilmaruuvia. Jos ruuvin avaaminen parantaa käyntiä, voit olla varma diagnoosistasi. Luisteja on saatavilla 0,5->4,5 leikkauksella 0,5 välein. Normaalisti käytetään 1,5->3,5 luisteja. Suurempi luku merkitsee laihempaa seosta. Luistien kanssa pelaaminen tulee vain huomattavan kalliiksi, joten luisti ei ole kovinkaan paljoa käytetty säätöelementti.

Neula, neulan korkeus ja neulaputki
Neulan korkeus ja muoto vaikuttavat polttoaineen määrään 1/2-3/4 kaasun asennolla. Samalla alueella toimii myös neulaputki. Puolen ja kolmen vartin kaasulla kelkka yleensä kulkee jo aika reippaasti, joten käynnin toteaminen ei ole niin helppoa kuin pienellä kaasulla. Moottorin käynnin tarkkailun lisäksi on tarpeellista opetella lukemaan sytytystulpan väriä. Yleensä suklaanruskea väri kertoo oikeasta seoksesta. Musta ja nokinen väri merkitsee rikasta seosta ja vaalea tai harmaa kertoo liian vähästä polttoaineesta. Kuvassa on myös esitetty, missä kohtaa sivuelektrodia värin tulisi esiintyä. Nykyinen lyijytön polttoaine ei anna niin hyvää väriä kuin vanha 99-oktaaninen bensiini. Mikäli käynnin ja tulpan värin kanssa on ongelmia, säätötyö kannattaa aloittaa neulan korkeutta muuttamalla.

Jos neulan korkeuden säädöllä ei päästä haluttuun lopputulokseen, on etsittävä uusi neula, jonka muoto vastaa haluttua muutosta. Neulan numero on stanssattuna neulan yläosaan ja Mikunin taulukoista löytyy laihemman ja rikkaamman seoksen antavia vaihtoehtoja. Vakiokelkassa neulan korkeuden muuttaminen riittää kompensoimaan keliolosuhteissa tapahtuvia muutoksia. Vaikeimmissa tapauksissa ei aina löydy sopivaa neulaa, jolloin on siirryttävä neulaputken muuttamiseen. Menetelmä on sama kuin muidenkin osien kohdalla. Eri kokoisille kaasuttimille löytyy kymmenkunta vaihtoehtoista neulaputkea, joten apu löytyy tilanteeseen kuin tilanteeseen.

Pääsuutin
Täydellä kaasulla moottori toimii paljolti pääsuuttimen varassa. Luonnollisesti joutokäyntipiirin kautta tulee myös polttoainetta, mutta vaikutus seokseen on vähäinen. Jossain tapauksissa neula ja neulaputki toimivat polttoainevirran rajoittajana myös täydellä kaasulla. Tällöin moottori on tunteeton pääsuuttimen suurentamiselle. Pääsuuttimen riittävä pienentäminen alkaa jossain vaiheessa vaikuttaa, mutta seos voi mennä liian laihalle. Mikäli kelkka on tunteeton pääsuutimen muutoksille, mutta valittu neula/neulaputki toimii hyvin keskialueella, pitää yrittää löytää neula, jonka kärkiosa on ohuempi. Näin neulan kärjen ja neulaputken suun muodostama reikä suurenee eikä enää rajoita polttoainevirtaa. Pääsuutin saadaan kohdalleen tarkkailemalla moottorin toimintaa täydellä kaasulla. Tulpan värin lukeminen antaa myös informaatiota siitä, missä ollaan. Säädön hakeminen pitää aloittaa liian rikkaalla seoksella ja pääsuutinta tulee pienentää vaiheittain, käyntiä tarkkaillen. Kun moottori sitten ottaa puhtaasti täydet kierrokset, ollaan oikealla alueella. Korvakuulolta ja tulppaa lukemalla ei kannata yrittää hakea "makeinta" mahdollista säätöä, koska usein joudutaan männän tai sylinterin ja männän vaihtoon. Mikäli moottori nakuttaa (= terävä sirinä) ollaan liian laihalla ja tuho on lähellä.

Viimeisten säätöjen hakemista varten kannattaa investoida kunnolliseen pakokaasunlämpömittariin.
Mittarin anturin tulee olla Y-haarassa 120 mm männästä, kaksisylinterisellä yhdellä pakoputkella varustetussa kelkassa. Mikäli molemmille sylintereille on oma pakoputki, anturin etäisyys tulee olla 160 mm. Näin mitattuna pakokaasun lämpötila täydellä kaasulla saa olla 600-650°C. Yli 650°C lämpötilat merkitsevät riskialueella olemista ja vaurio on todennäköinen. Huomattavaa on, että anturin paikalla on erittäin ratkaiseva merkitys em. lämpötiloihin. Pakokaasun lämpötilaa mittaamalla voidaan myös osakaasun seokset saada kohdalleen. Tyhjäkäynnillä lämpötila on yleensä 400-450°C ja 1/4-3/4 kaasulla 600°C ei kannata ylittää. Em. anturin asennusmitat ja lämpötilat soveltuvat Rotax-moottoreille. Ennenkuin aloitat mittarin avulla säätämisen, sinun on järkevä olla yhteydessä kelkkamerkin maahantuojaan.

Kaasuttimien kanssa työskentely on aikaavievää ja pitkäjänteistä työtä. Vakiokelkassa on syytä pidättäytyä tyhjäkäyntiseoksen ja neulan asennon säätämiseen. Mikäli pääsuutinta tarvitsee lämpötila- tai korkeusolosuhteiden muuttumisen vuoksi säätää, käyttöohjekirjasta löytyy suositustaulukko. Viritetyn moottorin yhteydessä tai kun kaasutin vaihdetaan alkuperäisestä poikkeavaan, kannattaa olla yhteydessä joko maahantuojaan tai alan ammattilaiseen. Hyvät neuvot ovat kullanarvoisia, sillä jos säätötyön joutuu aloittamaan puhtaalta pöydältä, on edessä melkoinen urakka.