CZ303530B6 - Tlakový rezervoár pro jednopláštový hydraulický tlumic - Google Patents

Abstract

Tlakový rezervoár pro jednopláštové hydraulické tlumice, jehož soucástí je plovoucí píst (4) mezi jeho kapalnou a plynnou náplní, je opatren druhým plovoucím pístem (6). V prostoru (7) mezi tímto druhým plovoucím pístem (6) a pístem (4) oddelujícím kapalnou a plynnou nápln se nachází magnetoreologická kapalina. Prostor (7) je prepažen prepážkou (10) opatrenou alespon jednou šterbinou (11), která se nachází v regulovatelném elektromagnetickém poli a je urcena pro prutok magnetoreologické kapaliny.

Description

Vynález se týká tlakového rezervoáru pro jednoplášťové hydraulické tlumiče určené zejména pro dopravní prostředky. Součástí rezervoáru je plovoucí píst mezi jeho kapalnou a plynnou náplní.

io Dosavadní stav techniky

Hydraulický tlumič funguje tak, že při jeho stlačování se do pracovního válce zasouvá pístnice a pohybuje pístem. Skrze škrticí ventily v pístu se olej přelévá z prostoru nad pístem do prostoru pod píst. Píst je tvořen válcem s určitým počtem otvorů a opatřen dvěma sadami planžet. Při pomalých pístových rychlostech proudí olej pouze přes štěrbinu v pístnici, jejíž světlý průřez lze regulovat zasouváním jehly. Při vyšších rychlostech se tlak na kompresní straně tlumiče natolik zvýší, že se odkloní kompresní sada planžet a umožní průtok oleje i otvory v pístu. Pro odskok tlumiče zůstává sada planžet uzavřená.

Ke zlepšení dynamických vlastností a za účelem regulace mohou být tlumiče vybaveny externím rezervoárem - připojenou externí nádobou se zásobou kapaliny a stlačeným plynem. Podle typu připojení rezervoáru se dělí na tzv. „piggyback“ tlumiče, z nichž je rezervoár pevně připojen k tělesu tlumiče a na tlumiče s rezervoárem připojeným pomocí vysokotlaké hydraulické hadice. Do této skupiny tlumičů lze také zařadit typ, u kterého je rezervoár připojen přímo k horní části tlumiče a je od tlumiče oddělen základní deskou, na které jsou umístěny škrticí a zpětné ventily.

Nadbytečný objem kapaliny při zasouvání pístnice do pracovního válce tlumiče je pak vytlačován do externího rezervoáru přes systém škrticích ventilů, které umožňují další regulaci průtoku kapaliny. Systém je podobný jako na pístu tlumiče; při malých rychlostech olej protéká tryskou, jejíž průtok je regulován pohybem jehly, která se pomocí otočného kolečka zasouvá nebo vysouvá z trysky. Při vysokých rychlostech se zvětší tlak a olej začne protékat také kolem odtlačených planžet. V rezervoáru způsobuje přitékající olej pohyb plovoucího pístu, kterým je od kapaliny oddělen stlačený plyn, nejčastěji dusík. Při zpětném pohybu tlumiče je olej z rezervoáru odsáván zpět do těla tlumiče přes zpětné ventily. Tlak plynu pomáhá tlačit olej zpět a zabraňuje tím pří35 pádnému vzniku kavitace.

Jsou známy magnetoreologické hydraulické tlumiče, jejichž základním komponentem je speciální - magnetoreologická kapalina. Tato kapalina je označována jako MR kapalina a skládá se ze tří základních složek: nosné kapaliny, ferromagnetických částic a aditivních přísad. Jako nosnou kapalinu lze použít vodu, olej nebo jinou kapalinu. Magnetoreologický efekt nastává v MR kapalině po jejím vystavení magnetickému poli. Vlivem působení homogenního magnetického pole se původně rovnoměrně rozptýlené mikročástice stanou magnetickými dipóly a začnou se shlukovat do řetězců ve směru magnetických siločar magnetického pole. Tento jev se také projeví změnou některých fyzikálních vlastností, jako je viskozita nebo mez kluzu. Kapalina se tedy chová jako viskózně plastická látka. Když přestane magnetická síla působit, proces se obrátí a částice v řetězcích se volně rozptýlí a kapalině se vrátí původní vlastnosti. Tímto způsobem lze pomocí magnetického pole regulovat zdánlivou viskozitu kapaliny a tím tlumicí schopnost tlumiče. Podle umístění magnetické štěrbiny jsou známy tři konstrukční varianty MR tlumičů:

- tlumič s obtokem, u kterého je magnetické pole aplikováno na MR kapalinu mimo tělo tlumiče.

Výhodou je možnost zvolení libovolné velikosti cívky. Kapalina prochází tenkým kanálkem v obtoku. Řešení je nevhodné pro automobily, neboť vyžaduje průběžnou pístnici.

- 1 CZ 303530 B6

- varianta s kanálky a cívkou v pístu a s akumulátorem na vyrovnání změny tlaku. Kapalina prochází úzkou štěrbinou v pístu. Konstrukčně je v této variantě velikost cívky omezena velikostí pístu.

- varianta s průtokem kapaliny v mezeře mezi pístem a pláštěm tlumiče. I zde je velikost cívky omezena. Problematické je zde také přesné vedení pístu.

Ze spisu US 6360856 je znám kombinovaný tlumič tvořený dvěma soustřednými válci se souběžnými písty na propojených pistnicích. Vnější válec je naplněn hydraulickou kapalinou, io zatímco vnitřní píst magnetoreologickou kapalinou. Vnější válec spístem ve tvaru mezikruží zastává funkci běžného tlumiče, píst s průchody uložený ve vnitřním válci je opatřen elektromagnetickou cívkou k ovládání viskozity magnetoreologické kapaliny a tím ke změně tlumicích parametrů.

Tlumič popsaný v US 6279702 kombinuje plunžr a píst upevněné na jedné pístnici. Přitom kanály v plunžru je protlačována magnetoreologická kapalina do rezervoáru, kde je plovoucím pístem oddělena od plynové náplně, zatímco píst ve válci opatřený průchody zastává funkci běžného tlumiče. Aby tlumič v tomto uspořádáni mohl fungovat, musí být základní viskozita magnetoreologické kapaliny podstatně nižší než hydraulické náplně.

Obě uvedená řešeni jsou náročná na ,výrobu a nejsou vhodná k instalaci do závodních a sportovních vozidel, v nichž se vyžaduje značná variabilita, chlazení elektromagnetické cívky a vysoká odolnost proti zkratu.

Ve spisech US6464951, CN 101832354 a JP 59184004 se popisuji jednoválcové magnetoreologické tlumiče resp. vyrovnávací zařízení, jejichž jedinou náplni je magnetoreologická kapalina. V případě JP 59184004 je prostor s plynovou náplní oddělený od magnetoreologické kapaliny plovoucím pístem propojen s pomocnou komorou, která umožňuje měnit objem plynového prostoru nad pístem.

Vynález si klade za úkol navrhnout tlakový rezervoár, který v součinnosti s běžným hydraulickým tlumičem omezí uvedené nevýhody známých agregátů tohoto druhu a podstatně rozšíří možnost dálkové regulace jejich dynamických vlastností.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší tlakový rezervoár pro jednoplášťové hydraulické tlumiče, jehož součástí je plovoucí píst mezi jeho kapalnou a plynnou náplní. Podstata rezervoáru spočívá v tom, že je opa40 třen druhým plovoucím pístem, v prostoru mezi tímto druhým plovoucím pístem a pístem oddělujícím kapalnou a plynnou náplň se nachází magnetoreologická kapalina, přičemž tento prostor je přepažen přepážkou opatřenou alespoň jednou Štěrbinou, která se nachází v regulovatelném elektromagnetickém poli aje určena pro průtok magnetoreologické kapaliny.

Ve výhodném provedení je rezervoár tvořen dvěma souosými dutými válci opatřenými na odvrácených koncích zátkami s průchodkami a na přivrácených koncích přírubami, do nichž je zašroubována válcovitá přepážka, přičemž příruby mezi sebou svírají vnitřní a vnější stěnu prstencovitého prostoru pro elektromagnetickou cívku.

Přepážka může být opatřena kromě obvodových štěrbin i centrální štěrbinou.

Objasněni obrázků na výkresech

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na němž obr. 1 představuje v axonometrickém po5 hledu výhodné provedení agregátu hydraulického tlumiče s externím rezervoárem podle vynálezu, na obr. 2 je schéma zapojení tlumiče a rezervoáru v řezu, na obr. 3 je výhodné provedení samotného rezervoáru podle obr. 1 a na obr. 4 je graf závislosti tlumicí síly na rychlosti pístu tlumiče.

Příklady uskutečnění vynálezu

Navrhované řešení rezervoáru pro hydraulický tlumič, jehož podstatu ozřejmuje schéma podle obr. 2, spojuje výhody ověřené konstrukce konvenční pístové jednotky jednoplášťového tlumiče s moderním výrobně jednoduchým magnetoreologickým ventilem v externím rezervoáru. K jednoplášťovému hydraulickému tlumiči 1, který může být případně vybaven mechanickou regulací tlumicí síly, je tlakovou hadicí 2 připojen externí rezervoár 3. To je v podstatě válec, ve kterém, obdobně jako u běžných rezervoárů, plovoucí píst 4 odděluje kapalnou náplň od plynné náplně 5. Navíc je vybaven druhým plovoucím pístem 6, který spolu s pístem 4 vymezuje prostor 7 zaplně20 ný magnetoreologickou kapalinou. Prostor 8 pod druhým plovoucím pístem 6, který prostřednictvím tlakové hadice 2 komunikuje s hydraulickým tlumičem I, je zaplněn běžným tlumičovým olejem. Plynnou náplň 5 nad plovoucím pístem 4, která se plní ventilem 9, tvoří netečný plyn. Prostor 7 zaplněný magnetoreologickou kapalinou je přepažen přepážkou JO z magneticky měkkého železa, v níž jsou vytvořeny obvodové štěrbiny 11 a centrální štěrbina J2. Na obvodu pře25 pážky se nachází prstencový prostor 13, v němž je uložena elektromagnetická cívka JJ.

Pohyb pístu tlumiče 1 vyvolá na pístu tlumicí sílu, a to částečně konvenčním způsobem. Objem vytlačované kapaliny odpovídající vnořené pístnici nicméně posunuje druhý plovoucí píst 6 v rezervoáru 3 a ten protlačuje MR kapalinu štěrbinou JJ za vzniku další tlumicí síly. Při zpětném pohybu pístu tlumiče je MR kapalina protlačována štěrbinou IJ tlakem plynové náplně 5 (3 MPa) v prostoru nad plovoucím pístem 4. Štěrbinu JJ protínají na jejím konci a počátku magnetické siločáry vyvolané proudem v cívce 14 a vedené magnetickým obvodem přepážky JO. Regulací proudu v cívce JJ lze regulovat velikost dodatečné tlumicí síly, a to pohodlně z prostoru řidiče, bez nutnosti zastavovat vozidlo. Tlumicí charakteristiku dodatečně formuje také magneticky neovlivněná štěrbina 12.

Ve výhodném provedení rezervoáru podle obr. 3 je rezervoár tvořen dvěma souosými dutými válci 15, 16 opatřenými na odvrácených koncích zátkami V7 s průchodkami JJ a na přivrácených koncích přírubami 19. Do nich je zašroubována válcovitá přepážka JO. Příruby 19 mezi sebou svírají vnitřní stěnu 20 a vnější stěnu 21 prstencovitého prostoru JJ pro elektromagnetickou cívku 14. Přepážka JO je kromě obvodových štěrbin JJ opatřena i centrální štěrbinou 12,

Graf na obr. 4 představuje tzv, F-v charakteristiku hydraulické tlumiče, tedy závislost tlumicí síly na rychlosti zasouvání pístnice. Plná tenká čára znázorňuje charakteristiku při nastavení mecha45 nických seřizovačích prvků na minimum a nulovém proudu v cívce MR ventilu. Plná silná čára přísluší mechanickému nastavení na maximum. Čárkovaná čára odpovídá témuž stavu, ale při maximálním proudu.

Cílem navrženého řešení je zvýšit komfort uživatelů při seřizování tlumičů odpružení automobilů a motocyklů a snížit pořizovací náklady. Běžné komerční tlumiče lze seřizovat pouze pomocí ovládacích prvků umístěných na tělese tlumiče nebo externího rezervoáru. Dálkové ovládání v současné době umožňují pouze velmi nákladné semiaktivní tlumiče s elektromagnetickými servoventily, případně tlumiče s náplní magnetoreologické nebo elektroreologické kapaliny sjiž popsanými nevýhodami.

- 3 CZ 303530 B6

Navrhované řešení umožňuje připojit externí expanzní nádobu s elektricky řízeným MR ventilem k tlumiči libovolného výrobce. Externí nádoba pak bude připojena k tlumiči přes vysokotlakou hadici jako náhrada za původní externí rezervoár. Tlumič bude nastavitelný v tlakové i tahové Části rychlostní charakteristiky pomocí MR ventilu v externí nádobce. Toto řešení umožní s po5 měrně nízkými náklady upravit běžný hydraulický tlumič na dálkově seřiditelný tlumič odpružení. Tato koncepce je výhodná zejména pro sportovní automobily a motocykly, u kterých se provede hrubé nastavení tlumičů před jízdou a při jízdě se parametry pouze dolaďují dle momentálního pocitu jezdce. Výhodou je jednoduchá konstrukce, která není náročná na výrobní technologie.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Tlakový rezervoár pro jednoplášťové hydraulické tlumiče, jehož součástí je plovoucí píst (4) mezi jeho kapalnou a plynnou náplní, vyznačující se tím, že je opatřen druhým plovoucím pístem (6), v prostoru (7) mezi tímto druhým plovoucím pístem (6) a pístem (4) oddělují20 cím kapalnou a plynnou náplň se nachází magnetoreologická kapalina, přičemž tento prostor (7) je přepažen přepážkou (10) opatřenou alespoň jednou štěrbinou (11), která se nachází v regulovatelném elektromagnetickém poli a je určena pro průtok magnetoreo logické kapaliny.
2. 2. Rezervoár podle nároku 1, vyznačující se tím, že je tvořen dvěma souosými

   25 dutými válci (15, 16) opatřenými na odvrácených koncích zátkami (17) s průchodkami (18) a na přivrácených koncích přírubami (19), do nichž je zašroubována válcovitá přepážka (10), přičemž příruby (19) mezi sebou svírají vnitřní stěnu (20) a vnější stěnu (21) prstencovitého prostoru (13) pro elektromagnetickou cívku (14).

   30 3. Rezervoár podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že přepážka (10) je opatřena kromě obvodových štěrbin (11) i centrální štěrbinou (24).