Ilmajousi on kaikessa yksinkertaisuudessaan, mutta samalla monimutkaisuudessaan hieno keksintö. Jos paino ja säädettävyys ovat korkealla jousituksen kriteerilistalla, ilmajousen voittanutta vaihtoehtoa ei ole. Se, että miten ilmajousesta saa ulos parhaat mahdolliset ajo-ominaisuudet on kuitenkin oma tarinansa, johon pyritään pureutumaan tässä tekstissä.
Toiminta ja rakenne
Ennen pidemmälle menemistä on tarpeen tutustua tai kerrata ilmajousen rakenne. Yksinkertaisimmillaan se on paineistettu kammio, jonka tilavuus muuttuu joustoliikkeen aikana. Täyttöä (ja tyhjennystä) varten kammioon pitää olla liitetty myös venttiili. Keulan kohdalla ilmajousi on sijoitettu tyypillisesti vasemmanpuoleisen liukuputken yläosaan.
Joustoliikkeen aikana tapahtuva Ilmajousen tilavuuden muutos on seikka, mikä mahdollistaa ilmajousen toiminnan antaen samalla halutut ominaisuudet. Kun ilmajousi on täydessä mitassaan, sillä on tietty tilavuus ja haluttuun ilmanpaineeseen asetettaessa se pitää sisällään myös tietyn määrän ilmaa. Joustomatkan ollessa puolessa välissä sama määrä ilmaa on nyt huomattavasti pienemmässä tilassa alkuperäiseen verrattuna. Tämä tarkoittaa puolestaan paineen nousua, mikä tulee suuremman joustoliikettä vastustavan voiman eli tässä tapauksessa jousivakion myötä.
Kaksi puolta: positiivinen ja negatiivinen
Edellä kuvailtu rakenne edustaa ilmajousta yksinkertaisimmillaan. Todellisuudessa kaikki nykyaikaiset jousituskomponentit, oli kyseessä sitten keula tai iskari, pitää sisällään kaksi ilmajousta, joilla on vastakkainen vaikutussuunta toisiinsa nähden. Positiivinen puoli on edellä kuvattu eli jousituksen kasaan painumista vastustava komponentti.
Negatiivinen puoli tarjoaa vastakkaissuuntaisen ja siten tasapainottavan voiman positiiviselle puolelle niin, että jousituksen ollessa täydessä pituudessa voimat ovat (lähes) saman suuruiset, jolloin ne kumoavat toisensa. Miksi näin ei tarkalleen ole, katetaan myöhempänä.
Negatiivisen puolen pääfunktio on vähentää lepokitkaa tasapainottamalla ilmajousien aikaan saamat voimat jousituksen ollessa täydessä mitassa. Ilman negatiivista puolta jousituksen toiminta olisi äärimmäisen pintakovaa ja alkuherkkyys loistaisi poissaolollaan. Joustomatkaa käytettäessä positiivisen ilmajousen tilavuus pienenee, mikä johtaa paineen ja voiman nousuun, kun taas negatiivisella puolella tapahtuu juuri toisin päin; tilavuus suurenee, mikä johtaa paineen laskuun ja samalla sen kohdistaman voiman pienentymiseen.
Lisää negatiivisesti ilmajousesta voi lukea hyvin mainiosta Bikerumor-sivuston artikkelista Suspension Tech: How a negative spring works & why size matters -otsikolla.
Jousivakio
Useita ilmajousia myydään mainoslauseilla, jotka lupaavat kierrejousen kaltaista käytöstä ja ajotuntumaa. Todellisuudessa mikään ilmajousi ei pysty mallintamaan täysin teräksisen (tai titaanisen) kierrejousen käytöstä. Tämä perustuu puhtaasti fysiikkaan.
Ilmajousen kohdistama voima, jota voidaan kuvata jousivakiota mallintavalla kuvaajalla, on aina luonteeltaan progressiivinen. Toisin sanoen, joustomatkan alku- ja keskivaiheilla jousivakio on matalampi kuin joustomatkan lopussa. Tietty määrä progressiota onkin useissa tilanteissa toivottava ominaisuus, mutta jos sitä on liikaa ja täyttä joustomatkaa ei saada käyttöön, se muodostuu selväksi ongelmaksi.
Toinen ilmajousen heikkous kierrejouselliseen sisarukseen verrattuna on sen mukana tuleva kitka. Ilmajousen rakenne pitää mukanaan liikkuvia tiivisteitä, mitkä tulevat niin lepo- kuin liikekitkan kanssa. Kierrejousella tätä ominaisuutta ei sen sijaan ole. Viimeinen huomion arvoinen osa-alue, on jousivakion käytös joustomatkan aikana. Jousivakio on useissa ilmajousissa suurempi joustomatkan alussa kuin keskialueella. Se ei siis noudattele nättiä ja sopivan loivaa käyrää, mikä olisi toivottavaa. Ajossa tämä ilmenee niin, että alkuherkkyys ei ole paras mahdollinen ja jousitus tuntuu sukeltavan keskialueelle saavuttaessa käyttäen joustomatkaa enemmän kuin on tarpeen.
Alla oleva periaatekuva mallintaa kierre- ja ilmajousen jousivakioita.
Koolla on merkitystä
Koolla on merkitystä, etenkin ilmajousen tilavuuden osalta. Mitä suurempi positiivinen ilmajousi on tilavuudeltaan, sitä suoraviivaisempi eli lineaarisempi jousivakion käytös on. Jos jousituksen käytökseen haluaa lisää progressiota, tilavuutta pienennetään, mihin token-palojen ja volyymispacereiden lisäys perustuu.
Negatiivisen ilmajousen tilavuudella on niin ikään merkitystä. Sen suurentaminen tuo muutamia merkittäviä hyötyjä, joihin lukeutuvat:
- Parempi alkuherkkyys
- Lineaarisempi jousivakion käytös ja sen mahdollistama parempi keskialueen kantavuus
Kaiken lisäksi nämä hyödyt tulevat ilmajousen monipuolinen säädettävyyden kanssa. Miksei siis suurentaa negatiivista puolta entisestään, jotta edellä luetellut hyödyt saadaan käyttöön? Tilanpuutteen vuoksi. Jokainen millimetri keulan liukuputken ja alajalkojen sisällä on hyötykäytössä. Hukkatilaa ei toisin sanoen ole.
Vorsprung Suspension -tuotteista Luftkappe-ilmamäntä suurentaa negatiivijousen puolta niin paljon kuin nykyisillä rakenteilla on mahdollista Rock Shox- ja Fox-haarukoissa. Secus-negatiivijousi vie pelin uudelle tasolle alajalan pohjaan kiinnitettävällä lisäsäiliöllä, jonka tilavuus on valjastettu nimenomaan negatiivijousen käyttöön. Vaikutukset ovat myös vastaavan suuruiset ja Secus onkin kerännyt nopeassa ajassa mukavasti kehuja.
Mielenkiintoisena knoppitietona mainittakoon, että Rock Shox teki vastakkaisen toimen viimeisellä DebonAir-ilmajousen päivityksellään pienentämällä negatiivipuolen tilavuutta. Geometron-pyörämerkin nokkamiehen Chris Porterin mukaan aiempi version DebonAir-ilmajousesta oli ajo-ominaisuuksiltaan parempi.
Positiivisen puolen rakenne
Palataan takaisin positiiviseen puoleen. Aiemmasta kuvasta muistetaan, että kierrejousella jousivakio on ideaalitilanteessa täysin lineaarinen. Todellisuus voi olla jotakin muuta, sillä kierrejousen valmistaminen on paljon yksityiskohtia sisällään pitävä prosessi ja äärimmäisen tarkkojen toleranssien saavuttaminen on hankalaa – tai tulee hyvin kalliiksi.
ilmajousen toimintaan liittyy puolestaan pari huomion arvoista, mutta verrattain harvoin tiedostettua seikkaa. Kuten aiemmin jo mainittiin, jousivakio on joustomatkan alkuosasta korkeampi kuin keskiosassa, mikä on kaikkea muuta kuin haluttu tilanne. Erot eivät ole pieniä, sillä joustomatkan keskialueella, jossa tukea nimenomaan haluttaisiin, jousivakio voi olla jopa 20 % pienempi ensimmäiseen osaan verrattuna! Toinen mielenkiintoinen ja ajo-ominaisuuksiin vaikuttava asia on ilman ja siten ilmajousen nopeusriippuvainen luonne. Kun ilmajousta painetaan nopeasti kasaan, tapahtumassa syntyy lämpöä ja enemmän painetta, mikä tuntuu korkeampana jousivakiona ja voimakkaampana progressiona kuin hitailla liikenopeuksilla. Tietyissä tilanteissa tämä voi olla jopa haluttu ominaisuus. Toisissa taas jousituksen käytös tuntuu huonona alkuherkkyytenä, nopeasti sukeltavana keskialueena, mutta kaikkea joustomatkaa ei silti saada välttämättä käyttöön.
Ideaalitilanteessa ilmajousen alkuherkkyyttä saadaan parannettua, keskialueen kantavuutta lisättyä ja progressiivisuus asteelle, jossa koko joustomatka saadaan käyttöön silloin, kun sitä tarvitaan. Tätä ajo-ominaisuuksien listaa tavoitellessa rakenteelta edellytetään korkeampaa monimutkaisuuden astetta. Vaihtoehtoja ovat:
1) Yksiosainen ilmakammio, jonka tilavuutta voidaan säätää volyymispacereilla. Tämä on yleisin vaihtoehto ja rakenteeltaan kaikista yksinkertaisin.
2) Ilmakammion jakaminen kahteen osaan erottamalla ne venttiilirakenteella tai liikkuvalla männällä.
Jälkimmäisellä vaihtoehdolla saadaan muutamia oleellisia hyötyjä. Kahta ilmakammiota ja välimäntää käyttävässä ratkaisussa kammioiden tilavuudet eroavat toisistaan ja ne ovat täytetty usein myös usein eri paineisiin. Hyvin suunniteltuna ja säädettynä toisen ilmakammion paine nousee joustoliikkeessä aiemmin, mikä tuntuu parempana keskialueen tukena. Esimerkkejä tällaista ratkaisua käyttävistä ilmajousista ovat:
- Öhlins
- Manitou IRT
- EXT HS3
Viimeksi mainittu eli EXT:n kehittämä HS3-ilmajousi pitää sisällään uniikkeja ratkaisuja, mikä tekee siitä erityisen mielenkiintoisen. Aiemmin mainitun tapaan, HS3 pitää sisällään kaksi erikseen täytettävää positiivisen puolen ilmakammiota. Tämän ohella systeemistä löytyy itsensä tasaava negatiivinen puoli. Ainutlaatuisen siitä tekee painauman (engl. sag) alueella toimiva kierrejousi, minkä avulla kitka saadaan minimoitua ja siten alkuherkkyys vietyä uudelle tasolle. HS3-ilmajousen rakenteen ja toiminnan näkee alla olevista rakenne- ja periaatekuvasta.
Suunnittelutyö on ilmeisen onnistunut, sillä HS3-ilmajousta käyttävä ERA-keula on kerännyt runsaasti kehujalyhyessä ajaessa. Keulan toiminnasta koottuihin kokemuksiin voi perehtyä mm. alla olevasta Vital MTB- ja Pinkbike-sivustojen revikoista.
Vitalmtb.com – New Tunable, High Performance Fork – EXT ERA Long Term Review
Pinkbike.com – Review: 12 Months With the EXT Era Fork
MRP Ramp Control on toiminnaltaan ja rakenteeltaan erilainen. Se jakaa ilmakammion kahteen osaan venttiilillä, mikä tekee sen toiminnasta nopeusperusteisen. Mitä suurempi liikenopeus, sitä nopeammin ilmavirran pitää liikkua venttiilirakenteen läpi ja sitä suurempi syntyvä voima ja jousivakio ovat. Ramp Controllista tekee ainutlaatuisen sen laaja säätöalue ja, että sen toiminta pitää sisällään myös pienissä määrin vaimennusominaisuuden. Lisää MRP Ramp Controllin toiminnasta voi lukea aiemmin julkaistuista artikkeleista.
MRP Ramp Control -säätö ja mitä se tekee sekä miten se toimii
MRP Ramp Control – Miten se toimii? Harhaluulot suoriksi!
Päivitysoptioita
Jos jousituksesta haluaa parhaat mahdolliset ominaisuudet irti, useissa ilmajousissa on kehityspotentiaalia käytettävissä. Hyvä, yksinkertainen ja useissa tilanteissa paikkansa pitävä peukalosääntö jousituksen päivityksestä kuuluu seuraavasti:
”Minimoi kitka, laita jousi kuntoon ja sen jälkeen vaimennin.”
Kitkan merkityksestä jousituksen toiminnassa voi lukea aiemmin ilmestyneestä 9 vinkkiä ja harhaluulonn oikaisua jousituksesta -artikkelista. Jousipuolta päivitettäessä vaihtoehtoja on lukuisia.
Vorsprung Luftkappe. Päivitysosana myytävä mäntä, joka lisää negatiivisen ilmajousen tilavuutta ja parantaa siten tuntuvasti alkuherkkyyttä.
Vorsprung Secus –negatiivijousi. Alajalan pohjaan asennettava lisäosa, joka lisää merkittävästi negatiivisen puolen tilavuutta. Saatuihin hyötyihin lukeutuvat parempi alkuherkkyys ja keskialueen kanto sekä erinomainen säädettävyys.
MRP Ramp Control -patruuna. Jälkiasennuksena saatava päivitysosa Fox- ja Rock Shox -keuloihin. Pro-mallissa on lisäominaisuutena RC-säädön lisäksi myös ilmatilan säädettävyys volyymispacereiden ansiosta. Saatavilla kaikkiin yleisimpiin keulamalleihin, mukaan lukien: Rock Shox Yari, Lyrik, Pike, Boxxer ja Zeb sekä Fox 34, 36, 38 ja 40. Lisäksi optiot löytyvät myös Marzocchi Z1- ja Z2-keuloihin.
Vorsprung Smashpot -kierrejousikitti. Jos iskaripumpun haluaa jättää samaan lootaan pölyttymään varaston perälle samaan lootaan v-jarrujen ja jarruvaijerien kanssa, Smashpot tarjoaa kierrejouselle ominaista alkuherkkyyttä, lineaarisen toiminnan ja huoltovapauden. Lue tästä, miten Smashpot ja Secus vertaavat toisiinsa ja kumpi on sinulle oikea valinta: Vorsprung Smashpot vs. Secus – vaihtoehdot vertailussa.
Yhteenvetoa
Loppuun vielä yhteenvetoa ilmajousen rakenteesta, toiminnasta ja säätämisestä parhaan mahdollisen toiminnan saavuttamiseksi.
- Nykyaikainen ilmajousi koostuu aina positiivisesta ja negatiivisesta puolesta.
- Täysin kierrejousen tavalla käyttäytyvää ilmajousta ei ole saatavilla. Ilmajousen käytös on luonteeltaan aina jossakin määrin progressiivista ja pitää sisällään suuremman määrän kitkaa.
- Ilmajousessa on vähintään kaksi liikkuvaa tiivistettä, mitä kierrejousessa ei ole. Tästä syystä ilmajousessa on aina suurempi lepo- ja myös liikekitka kierrejouseen verrattuna.
- Kun haetaan äärimmäisen laajaa ja helppoa säädettävyyttä, ilmajousen voittanutta ei ole.
- Parhaat mahdolliset ajo-ominaisuudet edellyttävät (todennäköisesti) ilmajousen positiivisen kammion jakamista kahteen osaan. Vaihtoehtoja ovat kammiot erottava liikkuva mäntä tai venttiilirakenne.
- Jousitusta päivittäessä ilmajousen uusiminen – kitkan minimoinnin jälkeen – on todennäköisesti toimi, jolle saa parhaan vasteen syystä, että jousissa on tyypillisesti suurin kehityspotentiaali.
-Jukka Mäennenä
@jukka4130
@4130.fi
3.10.2021