Kun autojen moottorit alkoivat hajota oudosti, alkoi kiivas selvitystyö – Tutkijoiden työ oli kuin sala­poliisi­romaanissa

Syyllinen oli ferrokromitehtaasta asfalttiin päätynyt hiukkanen, tutkijaryhmä vahvistaa nyt. Tulosten merkitys ulottuu autoteollisuuden lisäksi niin terästeollisuuteen kuin kiertotalouteen.

Moottorin niin sanottu jakohihna on hyvin tärkeä. Hammastettu hihna varmistaa, että venttiilit nousevat ja laskevat sylinterien palotiloissa tismalleen oikeaan aikaan. Muutoin moottorin käy kehnosti.

20.9. 12:30 | Päivitetty 21.9. 10:22

Outo ongelma nousi otsikoihin syksyllä 2013. Autojen moottorien jakopäiden rattaat ja hihnat alkoivat rikkoutua poikkeuksellisen usein yhdellä alueella, Oulun seudulla.

Syy oli arvoitus, ja puhuttiin mysteeripölystä. Sitä kertyi moottoritilaan ja se näytti aiheuttavan tärkeiden osien vauriot.

Ilmiölle annettiin nimi ”Oulun tauti”. Ainakin kymmenien autojen rikkoutumisesta kertoi muun muassa Helsingin Sanomat.

Nyt syyllinen on varmistunut. Se oli vaatimaton kuonahiukkanen, joita oli Outokummun ferrokromitehtaan kuonassa. Kuonaa käytettiin vahvistamaan asfalttia, joka on kovilla nastarenkaiden alla. Tutkimuksen tiedote julkaistiin tiistaina sekä lisätietoja.

Kyseiset rikkoutuneet hammaspyörät ja hammashihnat käyttävät venttiilejä, jotka ajoittavat kaasunvaihdon moottorissa tarkasti.

Tämän niin sanotun jakopään vaurioituminen yleensä rikkoo moottorin. Jos vinhasti liikkuvien osien ajoitus menee pieleen, venttiilit voivat osua sylintereissä liikkuviin mäntiin.

Oulun yliopiston tutkijat arvioivat, että vaurioita oli Oulun seudulla 25–50 autossa vuosittain. Moottoreiden korjauskulut ovat olleet 2 500 eurosta jopa 15 000 euroon.

Korjauskulut yhteensä ovat olleet kymmenen vuoden aikana ehkä viitisen miljoonaa euroa, joskin luvut ovat epätarkkoja. Tutkijat ovat saaneet tiedot autokorjaamoilta. Luvut antavat kuitenkin käsityksen, mitä mysteeripölyn jälkien korjaaminen ehkä maksoi.

Hammasratas on kulunut. Kulumat näkyvät selvinä naarmuina.

Moni ymmärrettävästi halusi selvittää ”Oulun taudin” syyn luotettavasti.

Ratkaiseva käänne oli Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) mineralogien ja Oulun yliopiston koneinsinöörien salapoliisityö. Siihen osallistuivat Suomen ympäristökeskus Syke, Lapin ammattikorkeakoulu ja Metropolia-ammattikorkeakoulu pääkaupunkiseudulta.

Eniten auttoi lopulta kahden tieteenalan, koneenrakennuksen ja mineralogian, kohtaaminen.

”Hankkeessa oli aitoa tieteidenvälisyyttä. Tehtiin työtä yhdessä, ei vain vaihdettu tuloksia. Ja oli mahdollista soittaa kollegalle illallakin, ei vain virka-aikana”, kertovat GTK:n erikoisasiantuntijat Mika Räisänen ja Akseli Torppa.

Räisäsen alaa ovat kiviainekset, katupöly ja kiertotalous, Torpan prosessimineralogia. Oulun yliopiston tutkijat Perttu Niskanen, Jonne Untinen ja Karoliina Jokinen puolestaan työskentelevät auto- ja työkonetekniikan tutkimusryhmässä.

Ratkaisevaa tutkimusta alettiin suunnitella vuonna 2017. Jo vuosia aikaisemmin useat ryhmät olivat etsineet vikojen aiheuttajaa monesta suunnasta.

Heti arveltiin, että mysteeripöly on alun perin Outokummun ferrokromitehtaan kuonaa, jota käytettiin Oulun alueella asfaltissa. Kuonasta tehdään asfalttipäällysteen runkoainetta, joka vahvistaa pinnoitteen kestämään paremmin nastarenkaita. Mursketta toimittaa Destia ja teitä ylläpitää Väylävirasto.

Tämän murskeen vaikutusta tutkivat Lapin ammattikorkeakoulu ja Aalto-yliopisto. Tutkijat ottivat näytteitä jo vuoden 2013 puolella ja tekivät laboratoriokokeita vuonna 2014. Raporttinsa he julkaisivat vuonna 2015.

Tutkimus kuitenkin vapautti murskeen syytteestä.

”Hammashihnat rikkoutunevat todennäköisesti korroosion ja moottoritilaan kertyvän ja siellä kehittyvän hankaavan pölyn yhteisvaikutuksesta”, arveli Aalto-yliopiston ryhmä.

Ryhmä totesi myös, että moottorien vaurioita esiintyi myös muualla kuin Oulun seudulla, toisin kuin viestimissä kerrottiin. Se vei huomion kuonalla vahvistetusta asfaltista.

Olettamus, että ongelma olisi sama kaikkialla, kumoutui kuitenkin pian.

Jakopään ongelmasta julkaistiin Helkama-Auto oy:n tilaama tutkimus, jonka teki ammattikorkeakoulu Metropolia. Selvityksessä oli mukana Skodan ja Fordin moottoreita. Molemmilla merkeillä jakopääongelmat keskittyivät Oulun seudulle.

Autoalan yritykset julkaisevat yleensä haluttomasti vikatilastoja. Syynä on yritysten näkökulmasta se, että yleisö helposti tulkitsee kielteisesti tilastot ja lausunnot.

Pian tutkijat saivat tietää alan ihmisiltä, että muissakin moottoreissa on sama maantieteellinen ero. Alussa liikkuneet huhut tietyn konsernin autojen rikkoutumisesta kumottiin.

Lähikuvassa jakohihnasta näkyy hiukkanen, joka on kiinnittynyt hihnan "laakson" pohjaan. Hihnasta on tullut hiomahihna.

Taas piti siis pohtia, miksi moottorit rikkoutuivat vain Oulun alueella.

Yhden teorian mukaan syy on tiesuolassa. Pohjoisten alueiden tiesuola eroaa etelässä käytetystä. Lapin ammattikorkeakoulu tutki suolan vaikutusta sumukaapissa. Tutkijat havaitsivat suolan syövyttävän vaikutuksen liian vähäiseksi, että se olisi selittänyt vauriot.

Keskusteluissa esitettiin myös happamat sulfaattimaat mahdollisena syyllisenä. Sekin olettamus hylättiin, koska samanlaisia maita on muuallakin kuin Oulun alueella.

Jonkin aikaa kummitteli keskusteluissa myös korundi eli kiteinen alumiinioksidi, joka on kovaa ja naarmuttavaa ainetta.

Olettamus kaatui, kun mineralogit tulivat tutkimukseen mukaan. He kertoivat, että kemiallisesti korundi on alumiinin oksidia, mutta kaikki alumiinioksidi ei ole korundia.

Auton moottoritilassa esiintyy vain ”tavallista” oksidia, koska alumiinioksidin ja alumiinin hiukkasia irtoaa lukuisista auton alumiiniosista. Se ei juurikaan syö hammasratasta. Korundi sai täydellisen alibin.

”Jakohihnaongelman aiheuttajan täytyy olla ensiksikin paikallinen tekijä.”

Nyt GTK:n mineralogit ja Oulun yliopiston koneenrakentajat tarttuivat ongelmaan. He sulkivat heti alkuun pois kemialliset reaktiot.

”Jakohihnaongelman aiheuttajan täytyy olla ensiksikin paikallinen tekijä. Toiseksi se aiheuttaa jakopään hammaspyörien voimakasta mekaanista kulumista, koska niissä näkyy selviä kulumisen merkkejä”, kertoo Räisänen.

Tutkijat keräsivät tietoja eri pölyistä autojen moottoritilojen sisältä ja ulkoa. Aikaisemmat suppeat selvitykset painottuivat liiaksi autojen jakopäätä suojaavien koteloiden pölyihin.

”Meidän ymmärryksemme mukaan on tarvittu laaja näytteiden keruu ja eri lähteiden pölyjen analysointikampanja. Esimerkiksi jos tutkitaan vain niin sanottua punaista pölyä, tulee paljon virheitä, koska punaisen pölyn tutkiminen edellyttää kaikkien pölylähteiden ymmärrystä”, Räisänen sanoo.

Punaisen rautaoksidipölyn eli ruosteen osuus kaikesta jakopääkotelon pölystä oli Oulun seudulla jopa yli 80 prosenttia, pääkaupunkiseudulla alle kymmenen prosenttia.

Rautaoksidipölyä syntyy, kun metalli kuluu. Punainen pöly on siis kulumisen seuraus eikä syy. Kuluttavan pölyn piti siis tulla muualta.

Havaintojen keruun lisäksi tarvittiin kokeita erityisillä testipölyillä. Ne sisälsivät samoja kiviaineksia kuin asfaltti Oulun seudulla eli ferrokromikuonaa, granodioriittia, kiilleliusketta ja mafista vulkaniittia.

Jakopään toimintaa tutkijat mallinsivat testikaapilla, jossa hammaspyörät ja hammashihnat pyörivät samoin kuin moottorissa. Untinen suunnitteli koelaitteet. Mineralogit valmistivat testipölyt GTK Mintecin koetehtaassa Outokummussa.

Testikaappi kopioi moottoria yksinkertaisella tavalla, joka mahdollisti kulumisen mittaamisen tarkasti. Sitä paitsi testaaminen oikeilla autojen moottoreilla olisi tullut mahdottoman kalliiksi.

Kussakin testissä simulaattoria ajettiin noin sata tuntia. Testijaksolla pölyä lisättiin viisi kertaa. Hammasrattaat punnittiin ennen ja jälkeen testin. Painoero mittasi kulumista.

”Kierrätysmateriaaleja, mineraalipohjaisia sivutuotteita ja muitakin uusia materiaaleja on tutkittava enemmän.”

Kokeet olivat tärkeitä ja opettavaisia tieteen ulkopuolisille kahdella tavalla.

Ensinnäkin olettamukset ja teoriat pitää vahvistaa kokeilla, vaikka ne tuntuisivat selviltä. Toiseksi kokeet tuovat tavallisesti myös yllättävää tietoa.

Oulun kokeet vahvistivat varhaisen arvelun, että päätekijä on ferrokromitehtaasta asfalttiin päätynyt kuonahiukkanen. Tulos oli kaiken järkevän epäilyn yläpuolella, kuten anglosaksisen dekkarin muotoilu kuuluu.

Viimein tutkijat pystyivät paljastamaan syyllisen autoalan toimijoille, kuten Agatha Christien teoksista tuttu Hercule Poirot yleisölle herraskartanon salissa.

Yllätys oli moottorin osien kulumisen voimakkuus, joka oli 20–30 kertainen normaaliin verrattuna. Se on valtava ero. Tutkijoiden mukaan jo kaksinkertainen kulumisten nopeus tavalliseen verrattuna olisi ollut paljon.

Kovan kuonahiukkasen terävät särmät hiovat hammaspyörää tehokkaasti.

Tulosten merkitys ulottuu laajalle. Maailman terästeollisuus tuottaa kuonaa 180–270 miljoonaa tonnia vuodessa, arvioi Yhdysvaltain Geologinen tutkimuskeskus (USGS).

Tieto kuonahiukkasen abrasiivisuudesta eli kuluttavasta vaikutuksesta muuttaa todennäköisesti alan sääntöjä. Se lisännee kansainvälisesti kiinnostusta kuonapölyjen ominaisuuksia kohtaan.

On hyvä muistaa, että kuona on mainio materiaali monessa paikassa. Käytössä vain pitää varmistaa, että estetään hiukkasten irtautuminen ja kulkeutuminen väärään paikkaan.

”Oulun taudin” tutkimus liittyy myös kierrätystalouteen. Materiaalien uusiokäyttöä on pakko lisätä, mutta samalla on luotava myös uutta tiedettä.

”Kierrätysmateriaaleja, mineraalipohjaisia sivutuotteita ja muitakin uusia materiaaleja on tutkittava enemmän”, sanovat Torppa ja Jokinen.

Yksi kysymys on vielä kuonahiukkasten mahdolliset vaikutukset terveyteen. Tämä aihe odottaa vielä tutkijoitaan. Kuona sisältää myös pienhiukkasia, jotka pystyvät tunkeutumaan keuhkoihin.

Seuraa ja lue artikkeliin liittyviä aiheita

Osaston uusimmat

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat