Feladata: A lengéscsillapítók a lengő mozgás energiáját hővé alakítják és ezzel a lengést mérsékelik illetve megszüntetik.

Az előadások a következő témára: "Feladata: A lengéscsillapítók a lengő mozgás energiáját hővé alakítják és ezzel a lengést mérsékelik illetve megszüntetik."— Előadás másolata:

1

2 Feladata: A lengéscsillapítók a lengő mozgás energiáját hővé alakítják és ezzel a lengést mérsékelik illetve megszüntetik.

3 Lengéscsillapítók A gépjármű lengése igen kellemetlen jelenség mind a jármű igénybevétele, mind az utazási kényelem szempontjából, ezért annak csillapítása elengedhetetlen. Ebből a szempontból a laprugó sok, korábban felsorolt előnye mellett még azzal a jó tulajdonsággal is rendelkezik, hogy szerkezetüknél fogva eleve van lengéscsillapító hatásuk a lapoknak egymáson való csúszásuk következtében Ennek a súrlódásnak, illetve a súrlódási erőnek (F) a nagysága gyakorlatilag állandó, nem függ a lengés sebességétől (a karakterisztikán 1 vonal). Mivel ennek mértéke általában nem elegendő (még akkor sem, ha az egyes lapok közé súrlódó betétet is tesznek), külön lengéscsillapítót is alkalmazni kell. Korábban sokszor, ma már ritkán alkalmazzák a Coulomb-surlódáson alapuló lengéscsillapítót

4 Csoportosítása Működésük szerint lehet: - száraz súrlódásos vagy - folyadéksúrlódásos.

5 Száraz súrlódásos lengéscsillapítók A súrlódásos lengéscsillapító egyszerű, de csillapító hatása független a sebességtől és a kilengés irányától, illetve nagyságától. Ma már alig használják.

6 Száraz súrlódásos lengéscsillapítók

7 Folyadéksúrlódásos lengéscsillapítók A hidraulikus lengéscsillapító a folyadékot szűk nyíláson hajtja keresztül. Előnye ennek a rendszernek, hogy a csillapító által kifejtett erő a sebesség függvényében tetszőleges lefutású lehet, és nyugalmi helyzetben jelentéktelen. F 1 2 3 4

8 Lengéscsillapítók A mai lengéscsillapítók gyakorlatilag folyadéksúrlódást alkalmaznak, mivel könnyen lehet befolyásolni a súrlódás mértékét és alakulását. A diagram további görbéi mutatják a lehetséges karakterisztika-jellegeket.

9 Folyadéksúrlódásos lengéscsillapítók A szerkezet elrendezése lehet karos vagy teleszkópos.

10 Lengéscsillapítók A folyadéksurlódásos lengéscsillapítóknak nem csak az az előnyük, hogy majdnem tetszőlegesen alakíthatjuk a karakterisztikájukat, hanem az is, hogy - szemben a Coulomb-surlódáson alapulókkal - működésük nem szimmetrikus. Ugyanis kívánatos, hogy berugózáskor kisebb erőt fejtsenek ki, mint kirugózáskor. Korábban igen sokféle konstrukció volt forgalomban (karral mozgatott párhuzamosan vagy egymás mögött elhelyezett dugattyúk stb.), ma már gyakorlatilag csak a csöves lengéscsillapítókat alkalmazzák. A bal oldali ábrán még szimmetrikus működésű teleszkópos szerkezet látható: a mozgó dugattyú egy fojtáson keresztül préseli át a folyadékot föl-le. Mivel a benyomuló, illetve kihúzódó dugattyú állandóan változtatja a hengernek folyadékkal kitölthető térfogatát, ezért nem lehet a teljes térfogatot folyadékkal kitölteni, egy részét összenyomható levegő (gáz) részére szabadon kell hagyni.

11 Folyadéksúrlódásos lengéscsillapítók Előállítása igen pontos tűréseket kíván és különleges hígfolyós olajjal kell tölteni, mely télen sem dermed meg. Kényes szerkezet, de igen jó csillapítást biztosit és karbantartást általában nem igényel.

12 Folyadéksúrlódásos lengéscsillapítók A szerkezet három csőből áll: ezek közül a belső csőben (5) jár a dugattyú (10), a középső cső (6) az olajtartó és kiegyenlítő edény, a legkülső cső (3) pedig a szerkezetet védi a por ellen. A dugattyú a dugattyúrúdon van, ez a vezető és elzárógyűrűn és a tömítésen keresztül az A gumicsapágyhoz vezet. Ezt köti az alvázhoz. A 2 sapkát és a 3 porvédő csövet is a dugattyúrúdra erősítik. A két cső alsó végét a 12 sapka zárja le, az ehhez erősített gumicsapágy segítségével erősítik a szerkezetet a tengelyhez. A szerkezet úgy működik, hogy a dugattyú a belső csőben a rugó mozgásakor fel-le jár, és közben az olajat egyik oldaláról a másikra nyomja a dugattyú furatain keresztül.

13 Folyadéksúrlódásos lengéscsillapítók

14

15 Tekintettel arra, hogy lengés közben meglehetősen hevesen mozgatja a dugattyú a folyadékot, az - a levegővel keveredve - könnyen habosodhat, ami hatástalanná teszi a szerkezetet. A habosodás meggátlására többféle megoldás született, a jobb oldali ábrán négy félét mutatunk be. Az első lényege az, hogy a folyadékot egy kapuval két részre osztják, amin keresztül a habosodó rész nem jut át. A második annyiban különbözik ettől, hogy a kapura könnyen nyíló "ajtókat", szelepeket szereltek, melyek nagy átmérőjű furatokat zárnak oda-vissza, így az nem vesz részt a fojtásban. A harmadik szerkezetben fizikailag (szabadon mozgó dugattyúval) van elválasztva egymástól a két közeg. A negyedik drasztikus megoldást alkalmaz: gumiba zárja a levegőt (gázt).

16 A jobb oldali ábra azt is mutatja, hogy a csöves lengéscsillapítóknak két fő jellegzetes kialakítása lehetséges: egycsövű (felső sor) vagy kétcsövű (alsó sor). Az egycsövű előnye, hogy a folyadék nagyobb felületen tudja átadni a hőt a levegőnek (kevésbé melegszik), a kétcsövű viszont rövidebb, könnyebben beépíthető. A habosodásgátlás módja mindkét sorban azonos. Mint látható, az aszimetrikus működésről az gondoskodik, hogy a dugattyúba épített, szelepekkel ellátott fojtófuratok mérete nem egyforma: a lefelé haladó dugattyú nagyobb keresztmetszeten nyomja át a folyadékot, mint a felfelé haladó.

17 Folyadéksúrlódásos lengéscsillapítók Teleszkópos lengéscsillapító Kiszerelt állapotban állítható Teleszkópos lengéscsillapító Menet közben szabályozható

18 Folyadéksúrlódásos lengéscsillapítók Féloldalas lengéscsillapító Oldallengőkaros független felfüggesztés felső karja is lehet a karja

19 Folyadéksúrlódásos lengéscsillapítók Párhuzamos dugattyús Tandem dugattyús lengéscsillapító

20 Folyadéksúrlódásos lengéscsillapítók Szárnylapos lengéscsillapító

21 Levegős lengéscsillapító A Tenneco világcég – akit mi elsősorban a Monroe- „gátlók” gyártójaként ismerünk – létrehozta a most már igazán gázos csillapítót. Nézzük az első hallásra őrültnek tűnő, forradalmian új megoldás részleteit. A lengéscsillapító technikában a „gázos” megoldás ismert, hiszen az egycsövesek a dugattyúrúd térfogat-kiszorítása miatt másképpen nem is működhetnének. Kell egy térfogat-kompenzáló, a folyadék-munkaközegtől dugattyúval elválasztott, belső tér. Ez a gáz a csillapításban nem vesz részt, jótékony hatása – ki, hogy véli – legfeljebb annyi, hogy beszerelés után „előfeszítve” tartja a futóművet, mivel alaphelyzetben a gáznyomás kitolja a dugattyúrudat.

22 A munkaközeg-sűrített levegő A Tenneco FDD névre keresztelt megoldásában a csillapító munkaközeg komprimált levegő vagy nitrogén. Folyadék nincs a lengéscsillapítóban! Mint azt a vázlatrajz (1. ábra) mutatja, elvében szemtelenül egyszerű megoldásról van szó: egy dugattyú, mely a komprimált gáz térben mozog. A gáz a dugattyú egyik oldaláról a másikra a dugattyúban lévő, a folyadékos megoldásból jól ismert szeleprendszeren jut át. A csillapítóban lévő gáz nyomása be- építési esettől, azaz járműtípustól függően 35–45 bar között lehet. A csillapító hossza egyezik a mai típusokkal, átmérője azonban 10–30%-kal nagyobb. Így a felfüggesztés tervezésénél ezt a helyigényt figyelembe kell venni. (ezek szerint a régi típusokba az FDD nem lesz alternatívan beépíthető.)

23 Levegős lengéscsillapító Miért jó? Az, hogy ez valakinek eszébe jutott, az „egy dolog”, de vajon mit old meg, milyen előnyei vannak, amiért a Tenneco erre rá- állt? A fejlesztés – a hatvanas évekre visszanyúló, elsősorban légrugókra vonatkozó „gázos” kezdetek után – a Monroe euró- pai fejlesztőközpontjában, a belgiumi Sint-Truidenben 1998-ban kezdődött, és a termék 2006-ra vált szériaéretté. Ma még kevés az igazán részletekbe menő információnk, így részben csak belegondolhatunk a dologba.

24 Levegős lengéscsillapító Egyszerűbb A levegős lengéscsillapító gyártásához kevesebb alkatrész szükséges és folyadékot sem tartalmaz, így előállítása lényegesen egyszerűbb. Környezetkímélőbb Számottevően környezetkímélőbb! Ez mind a gyártás, mind az üzemelés, mind a bontás során nagy előny (a lengéscsillapító töltötten, az „olaj” miatt, veszélyes hulladék!). A Tenneco becslése szerint Európa útjain naponta 20 és 40 ezer liter csillapítóolaj csöpög el.

25 Hőmérséklet-független A hagyományos (most már mondhatjuk) folyadékos gátló csillapító- ereje nagyon függ az olaj hőmérsékletétől. Amíg az hideg, nagyon kemény a csillapítónk. A Tennecóhoz érkező visszajelzések szerint hideg éghajlatú országokban ugyanazt a csillapítót keménynek, meleg éghajlatúakban lágynak érzik az autósok. Ez természetes is, hiszen –20 o C és +20 o C között közel 300% is lehet a csillapítóerő változása, az olaj viszkozitásváltozása miatt. A levegő viszkozitása gyakorlatilag nem változik a hőmérséklettel. A levegőtöltetűnél más hatás játszik szerepet a csillapítóerő hőmérséklet- függőségét illetően. A gázos csillapítóban a statikus gáznyomás meghatározza a csillapítóerőt: hideg körülmények között a nyomás kisebb lesz, csökken a csillapítóerő, melegen pedig éppen fordított a hatás. A 2. ábra kék, FDD-görbéje mutatja a változás kedvező jellegét

26 Frekvenciafüggő csillapítás A hidraulikus lengéscsillapító csillapítóerő-karakterisztikája (tehát, amit tud) és a járműfelépítmény, valamint a kerék (a rugózatlan tömeg) kitérésének csillapítási igénye „ősi” ellentmondásban van egymással. Egyszerű (pl. szeleprendszeri) kialakítási módszerekkel nem lehet egyszerre maradéktalanul jó komfortot és maximális úttartási biztonságot elvárni tőlük. (Számtalan szeleprendszeri megoldás van, melyek jó, jobb kompromisszumot eredményeznek, de csak a kívülről történő beavatkozással, pl. folyamatos fojtásállítással érünk el optimális eredményt.) Fontos követelmény, hogy kis frekvencián (karosszérialengésnél, -bólintásnál, - dőlésnél) a kitérés korlátozásához nagy csillapítóerő szükséges, míg nagy frekvencián (a futómű rezonanciafrekvenciáján) kisebb. Az FDD nevében is mutatja, hogy frekvencia függvényében képes a csillapítóerőt változtatni (FDD – Frequency Dependent Damping, Frequenzabhängiger Dämpfer). Nagy kitérésnél, kis frekvencián – a kocsiszekrény lengésekor, a gáz a szelepeken (fojtásokon) áramlik át, ezzel csillapítóerőt hoz létre.

27 Frekvenciafüggő csillapítás Nagy frekvencián, a kerék rezonanciafrekvenciáján, mely kis kitéréssel jár, az FDD-csillapító már alig ereszt át gázt a dugattyún, ilyenkor mint egy lágy légrugó dolgozik, viszonylag kis csillapítóerőt fejtve ki. A 3. ábra 70 mm-es löketnél, kis frekvencián hasonlítja össze a csillapítóerőt a hidraulikus és az FDD esetében. Az FDD javára jelentős csillapítóerő- növekményt látunk, akár 25%-kal kisebb felépítménykitérést eredményezve. A 4. ábra a kerékrezonancia környezetében, 11 mm-es kitérésnél mutatja a csillapítóerő alakulását. Az FDD a szükséges és elégséges erőt adja, amely a kerék-út kapcsolathoz megfelelő fenntartásához kell (EUSAMA!), de nem lesz komfortot leérté- kelően túl kemény. A Monroe szerint az útgerjesztés „elnyelése” tízszer jobb lehet. A csillapító hőmérséklete – olvashatjuk a Tenneco ismertetőjében – általában kisebb mint a hidraulikusé, legfeljebb folyamatos működésnél (útgerjesztésénél) érheti el az olajos hőfokát. Az FDD azonban gyorsabban visszahűl.

28 Frekvenciafüggő csillapítás A Tenneco FDD sűrített levegős lengéscsillapítója, ha a gyakorlatban igazolja a mérnökök reményeit, valóban áttörés lesz ennek a gépjárműszerkezetnek a fejlesztésében. A Monroe nem mond kevesebbet, mint: „ez nem evolúció, ez revolúció”.

29 A fojtónyílás méretét sokáig nem lehetett változtatni, illetve azok (a kopás miatt) maguktól változtak. Régebben megjavították az elhasznált lengéscsillapítókat: kiszerelték, szétszerelték stb. Később készítettek olyan szerkezeteket, melyeket csak kiszerelni kellett, és szétszerelés nélkül lehetett a fojtás mértékét változtatni. Ennek tovább fejlesztett változatát már kis sem kellett szereni, elég volt a dugattyú szárában lévő rudat elfordítani. A bal oldalon látható, hogy a rúd elfordításával a ferde homlokfelületű henger éle szűkíti vagy tágítja a segédfurat átömlési keresztmetszetét. Ez a konstrukció már nem csak a kopás miatti utánállításra alkalmas, hanem arra is lehetőséget ad, hogy az útviszonyoknak kedvező lengéscsillapítást állítsunk be kézzel vagy automatikusan. Ugyanezt a célt úgy is el lehet érni, hogy a dugattyúszárban lévő rud alsó végével fokozatosan zárjuk vagy nyitjuk a segédfurato(ka)t. Ehhez nem kell mást csinálni, mint a rúd felső végére szerelt membrán helyzetét folyadék vagy levegő nyomásával változtatni (jobb oldali ábra).

30 Aktív lengéscsillapítók Még egyszerűbb, de főleg gyorsabb a szabályozás lehetősége, ha mágnesezhető folyadékot alkalmazunk, a dugattyú belsejébe pedig mágnesező tekercset építünk be. Ezt a fajta lengéscsillapítót azonban már más célokra is fel lehet használni (félaktív rugózás), amiről a magasság-szabályozás kapcsán fogunk beszélni.

31 A SACHS itt látható képsorozatának utolsó képe számítógéppel vezérelt lengéscsillapítókat mutat, melyek csillapító hatása a kocsitest és a kerék egymáshoz viszonyított mozgásától függ (ez is félaktív rugózás). Az egyik itt látható: Aktív lengéscsillapítók

32 Energia-visszanyerő lengéscsillapító Hallhattunk hírt korábban az USA-ból, a BOSE cégtől elektromágneses, rekuperációra képes lineáris motor/generátor egységgel kombinált szabályozható felfüggesztésről, de ára miatt nagy figyelmet nem kapott

33 Regeneratív energiahasznosítás A meglévő járműkonstrukciókon a fosszilis üzemanyag rossz hatásfokú hasznosításának javítására átfogó fejlesztési módszer van elterjedőben, a gépkocsik energiamérlegének, energia-visszanyeréssel végzett javítása. A regeneratív (visszatápláló) fékezés az energia-visszanyerésnek olyan módja, amely a hagyományos, súrlódó fékezéssel szemben, a jármű mozgási energiáját villamos, hidraulikus vagy mechanikus (lendkerék) energiává alakítja át. A legjobb belső égésű motorok optimális esetben az üzemanyag kémiai energiájának 35–40%- át hasznosítják

34 Regeneratív lengéscsillapító A regeneratív lengéscsillapítás a csillapítóelem mozgási energiáját villamos áramtermelés formájában hasznosítja. A regeneratív hőhasznosító termoelemek a veszteséghőt közvetlen vagy közvetett átalakítással, villamos energia formájában hasznosítják. Szilárdtest-elektronika használatával a hulladék hő közvetlenül villamos árammá alakítható. A BMW szerint egy 1000 wattos termoelektromos átalakító 10%-kal is csökkentheti az üzemanyag-fogyasztást, a pontos százalékérték azonban üzleti titoknak minősül. Bár számos nagy villamos és kis hővezető képességű anyag létezik, a legtöbb kereskedelemben kapható TEG, bizmut-tellúrid (Bi2- Te3) aktív anyagú termoelem használatára épül. A hőelem nanocsöves generációjának piacra kerülésével a ma 5% körüli hatásfok megháromszorozódásával számolnak..

35 A TEG-eket a kipufogócső külső felületére kell felszerelni. Úgy, hogy a TEG számára, a csőben áramló 600 °C-os forró gázok ésa vízzel hűtött, 110 °C hideg oldal között, megfelelő hőesés jöjjön létre. A TEG-ek ma 1 kW körüli energiatermelésűek, ami induló teljesítményük megduplázódását jelenti. A TEG-ek a korszerű klímaberendezésekben is alkalmazásra találnak. Használatuk terjedésének eredményeként a fejlesztés új lehetőségeinek elérésére nyílik lehetőség: utasonként független zónafűtés/ hűtésre, 630 W/fő energiájú egyedi és 3,5–4,5 kW váltakozó áramú villamos hűtéssel A gépkocsin keletkező veszteségek regeneratív hasznosításának eddig bevált módjai

36 Regeneratív lengéscsillapító Regeneratív lengéscsillapító, melynek dugattyúja váltakozva, tengely- és sugárirányba állított mágneseket mozgat. A mágnesek mozgása a ház álló tekercseiben indukál korszerű, az útegyenetlenségekkel arányos feszültséget

37 Regeneratív lengéscsillapító A regeneratív energiahasznosításnak a hibrid gépkocsik elterjedése adott új lendületet. A hibrid autók ugyanis üzemanyagot takarítanak meg haladás közben, mert csak akkor működnek, ha ez szükséges, emellett energiatakarékosan, visszatápláló módon, a generátor áramtermelésével fékeznek. Így a visszanyert mozgási energia jelentős részét az akkumulátor tárolja. A felgyorsított gépkocsi állandó tempójának fenntartásához kevés energia kell. A hagyományos hajtású gépkocsik a szükségesnél nagyobb motorja ennél jóval több energiát termel, melynek jóval nagyobb a veszteségtartalma, mint a hibrid vagy villamos hajtásúaknak. A lassító és megálló jármű fékezésekor jelentős energiaveszteség keletkezik. A fékbetét súrlódásakor ugyanis a jármű mozgási energiája hővé alakul, ami a környezet levegőjét fűti, és energiaként, egyszerűen elvész. Mindez, különösen blokkoló fékezések esetén szembetűnő.

38 Indítás és fékezés ultra kondiva Napjaink belső égésű járműveinek ólomakkumulátorai azonos töltésmennyiséget lassabban tudnak feltölteni a hibrid autók akkumulátorainál. Nem hibrid járműveken ezért gyorsabb, olcsóbb és télen is megbízhatóan működő megoldást kell választaniuk a méregdrága lítium-vagy fémhidrid akkumulátoroknál. A különleges fejlesztésekre sosem rest Mazda-fejlesztők ezúttal is különleges eszközt, ultra kondit választottak járművük start-stop és regeneratív fékrendszerének villamos energiatárolásához. Az ultrakapacitású kondenzátor tárolóképessége egyenesen arányos a szembenálló lemezek területével, és fordítottan arányos a köztük lévő távolsággal.

39 Felületük növelése a felvihető töltésmennyiség növelésével, csökkentése a fegyverzetek között a feszültség csökkentésével jár. A fegyverzetek fémfóliára felvitt, finom szemcseeloszlású aktív szénrétegből állnak, melyeket szigetelőként működő, ionátjárható szeparálóréteg választ el egymástól, melyek folyékony halmazállapotú elektrolitrétegbe vannak ágyazva. Az ultra kondi két síkkondenzátorból és ohmos ellenállásból álló, feltekercselt kettős fóliából épül fel. Fegyverzeteit fémfóliára felvitt, finom szemcseeloszlású aktív szénréteg képezi, közöttük szigetelőként működő, ion átjárható szeparáló és folyékony halmazállapotú elektrolitréteggel.

40 A kondenzátor feltöltésekor, a negatív és pozitív töltésű lemezekhez vándoroló „+” és „–” ionok, elektrokémiai kettős réteget alkotnak. Első szállásadójuk a Mazda 6 új modellje, amelynek fékezésekor pillanatok alatt feltöltődnek a 12-ről 25 voltra váltó generátor áramával. Majd a lámpa zöldre váltásakor, a vezető gázadására, a hengerekben lévő benzin-levegő keverék begyújtásával, a motor hasonlóan rövid idő alatt beindul. Hideg időben is megbízhatóan működve. A Mazda 6-os ultra kondijának fajlagos teljesítménye 10 ezer [W/kg], töltési ciklusszáma félmillió töltés/kisütés körüli érték. Tömege 9 kilogramm, ami töredéke az akkumulátorokénak. Az ultra kondis rendszer működési folyamata képünkön tanulmányozható.

41 Regeneratív lengéscsillapítás A Mazda 6 regeneratív fékezőrendszere nem akkumulátort, hanem kondenzátort tölt fel a jármű mozgási energiájával fejlesztett árammal. I- Eloop-nak (intelligens energia- huroknak) nevezett vezérlőrendszere kondenzátorból, generátorból és egyenfeszültségátalakító inverterből épül fel

42 http://www.lezo.hu/szerkezettan/futomuvek/felfuggesztes/lengescsillapitas/e nergiavisszanyero-lengescsillapito.pdf http://www.lezo.hu/szerkezettan/futomuvek/felfuggesztes/lengescsillapitas/e nergiavisszanyero-lengescsillapito.pdf http://www.lezo.hu/szerkezettan/futomuvek/felfuggesztes/lengescsillapitas/le ngescsillapitok.pdf http://www.lezo.hu/szerkezettan/futomuvek/felfuggesztes/lengescsillapitas/le ngescsillapitok.pdf http://www.lezo.hu/szerkezettan/futomuvek/felfuggesztes/lengescsillapitas/m agnetoreologiai-lengescsillapitok.pdf http://www.lezo.hu/szerkezettan/futomuvek/felfuggesztes/lengescsillapitas/m agnetoreologiai-lengescsillapitok.pdf http://www.lezo.hu/szerkezettan/futomuvek/felfuggesztes/lengescsillapitas/T enneko.pdf http://www.lezo.hu/szerkezettan/futomuvek/felfuggesztes/lengescsillapitas/T enneko.pdf http://www.lezo.hu/szerkezettan/futomuvek/felfuggesztes/lengescsillapitas/L engescsillapito-levegos.pdf http://www.lezo.hu/szerkezettan/futomuvek/felfuggesztes/lengescsillapitas/L engescsillapito-levegos.pdf http://autotechnika.hu/cikkek/9973,a-gepkocsik-energiavesztesegeinek- hasznositasa.html http://autotechnika.hu/cikkek/9973,a-gepkocsik-energiavesztesegeinek- hasznositasa.html