A komfortos utazás alapja
Bármerre is tart az autóipar motorizációja, bármit is tankolunk a járművekbe, valószínűleg még nagyon sokáig kapcsolatban leszünk a talajjal haladás közben; és amíg ez így marad, addig a kényelmes utazás csak megfelelő rugózással és a hozzá társuló csillapítással valósítható meg. Ebben a cikkben a csillapítás technikai hátterét világítjuk meg, némi történeti áttekintéssel egybekötve.
Mi történik csillapításkor?
Ahhoz tehát, hogy a jármű karosszériája ne vegye fel gyakorlatilag közvetlen módon a talaj egyenetlenségeiből származó rezgéseket, bizonyos sebességtartomány felett elengedhetetlen a futómű mozgásának minimum részleges függetlenítése – azaz valamilyen rugózás beépítése a felfüggesztés és a kocsitest közé.
Fontos megjegyezni, hogy a gumiabroncs már egy önmagában rugózó és csillapított test, tehát egy precíz modellben a futómű rugózása nélkül is figyelembe kell venni ezt – ugyanakkor a gyakorlatban egy személygépkocsiban ez rendkívül kevésnek bizonyulna; nem csak a menetkomfort, hanem a manőverezőképesség szempontjából is.
Egy korábbi technikai cikkünkben már elemeztük a futóművek közötti különbségeket, ezért a menettulajdonságok részletes taglalására most nem térnénk ki.
A lengés csillapításának létjogosultságáról viszont érdemes megjegyezni, hogy általános értelemben jól felfogott érdekünk a futómű kialakítása során, hogy a menet közbeni be- vagy kirugózás ne tartson túl sokáig. A rugózásra akkor, abban a pillanatban van szükség, amikor például a kerék belehajt egy kátyúba – azonban csillapítás nélkül – a rugó tulajdonságaitól függően – a futómű még sok lengéscikluson át fel-le mozogna, egyre csökkenő amplitúdóval. Ez sem biztonsági, sem pedig kényelmi szempontból nem megengedhető.
A lengéscsillapító nem más, mint egy energiaátalakító. Úgy dolgozik a futómű rugózása ellen, hogy a rugó mozgási energiáját (jelen esetben lengési energiáját) hővé alakítja.
A megvalósítás az esetek túlnyomó részében súrlódással történik.
A nélkül, hogy a rugótípusokban elmerülnénk, fontos megjegyezni ezen a ponton, hogy léteznek megoldások, melyekben a rugó önmagában is rendelkezik csillapító funkcióval.
Haszongépjárműveknél még ma is megtalálható, a személygépkocsiknál mára teljesen eltűnt a laprugó, melynek szerkezeténél fogva eleve van lengéscsillapító hatása a lapok egymáson való csúszásának következtében.
A könnyebb járműveknél ezen tulajdonsága ellenére is elhagyták, ugyanis a helyigénye és a tömege nagy egy tekercsrugós megoldáshoz képest. Ma már legfeljebb akkor látjuk modern személygépkocsi közelében, ha utánfutót kapcsolnak hozzá – itt ugyanis rendkívüli egyszerűsége miatt még ma is megtalálható.
A jelenkor csillapítása
A mai lengéscsillapítók folyadéksúrlódást alkalmaznak, mivel könnyen lehet befolyásolni a súrlódás mértékét és alakulását.
A folyadéksúrlódásos 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 a futómű szempontjából jóval előnyösebb, ha berugózáskor kisebb erőt fejt ki, mint kirugózáskor.
Korábban igen sokféle konstrukció volt forgalomban (karral mozgatott párhuzamosan vagy egymás mögött elhelyezett dugattyúk stb.), ma már néhány extrém kivételt leszámítva csak a csöves lengéscsillapítókat alkalmazzák.
Eleinte még szimmetrikus működésű teleszkópos szerkezeteket gyártottak: 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.
Habosodás
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.
Egy viszonylag népszerű változatban a folyadékot egy kapuval két részre osztják, amin keresztül a habosodó rész nem jut át – ennek tovább gondolása, amikor a kapura könnyen nyíló “ajtókat”, szelepeket szereltek, melyek nagy átmérőjű furatokat zárnak oda-vissza, így az nem vesz részt a fojtásban. Létezik olyan, amely egyszerűen gumiba zárja a levegőt, vagy amelyikben fizikailag (szabadon mozgó dugattyúval) van elválasztva egymástól a két közeg.
Főbb változatok – csövek
A csöves lengéscsillapítóknak két fő jellegzetes kialakítása lehetséges: egycsöves és a kétcsöves. Az egycsöves előnye, hogy a folyadék nagyobb felületen tudja átadni a hőt a levegőnek (kevésbé melegszik), a kétcsöves viszont rövidebb, könnyebben beépíthető.
A habosodásgátlás módja mindkét sorban azonos.
A modern lengéscsillapítók aszimmetrikus 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.
Hogy a lengéscsillapítás mértéke a kerék, illetve a futómű legkisebb elmozdulása esetén is megfelelő legyen, a lengőszelepes lengéscsillapítóba extrém módon kis átfolyási sebességű szelep (swing valve) is beépíthető:
Lengéscsillapító vagy rugóstag?
Bár a két dolog nagyon hasonló funkciót lát el, érdemes rámutatni a különbségekre is.
A lengéscsillapító csak egyetlen, tengelyirányú erőt vesz fel, míg a rugóstagnak képesnek kell lennie több irányú erőt is felvennie.
Ami még fontos, hogy különböznek a bekötések is: a rugóstag mindig fixen kötött mindkét végén, míg a lengéscsillapítónak egy szabadsági foka általában kötetlen.
A csillapítás jövője
Az utóbbi két évtizedben a csillapítás dinamikus változtathatósága nagymértékben hozzájárult a járművek különböző üzemmódjainak automatikus variálhatóságához. Aktuátorok keményíthetik, és mérsékelhetik a csillapítást – nem is olyan rég még a drága sport- és versenyautók kiváltsága volt a külső, kézzel történő állítási lehetőség is.
Ez a megoldás az útviszonyokat előre felmérni képes, önálló szabályzású futóművekben teljesedik ki, melyet ugyan a versenysportból már több mint 30 éve ismerünk, közúti közlekedésben még mai is ritkaságnak számít a rendkívül magas ára miatt.
