2.3.1 Конструкция и принцип работы агрегата Nivomat

Агрегат Nivomat по внешнему виду ничем не отличается от стандартного (штатного) амортизатора или стойки подвески с пружиной и устанавливается вместо них. Он выполняет одновременно функции упругого (пружины) и демпфирующего элементов. Агрегат представляет собой экономичное высокотехнологичное гидропневматическое изделие высокого давления. В одном компактном блоке объединены амортизатор, а также все элементы для поддержания уровня кузова или дорожного просвета (упругий элемент, насос, резервуар с амортизаторной жидкостью, аккумулятор сжатого газа, регулятор высоты кузова).

Для поддержания стандартного (номинального) уровня кузова система Nivomat использует энергию, образующуюся от относительного перемещения колёс и кузова автомобиля при движении по неровной дороге.

Как известно, в обычном газонаполненном амортизаторе при достаточно высоком давлении газа 1,5…2,0 МПа (максимум до 3,0 МПа) выталкивающая сила на штоке относительно невелика — 150…200 Н (15…20 кгс), но и этого достаточно, чтобы приподнять кузов незагруженного легкового автомобиля дополнительно на 10…20 мм. Если же увеличить давление газа до 10…15 МПа, то усилие на штоке возрастет многократно и будет сравнимо с усилием, которое развивает основной упругий элемент – пружина или рессора. Если же давление газа изменять, то и усилие на штоке будет изменяться.

На этом и основан принцип работы агрегата Nivomat. По конструкции он напоминает двухтрубный амортизатор с газовым подпором.

В заполненном амортизаторной жидкостью цилиндре (рисунок 2.11) движется полый шток агрегата с поршнем 6, имеющим обычные для амортизатора калиброванные отверстия и клапаны. Полость 4 рабочего цилиндра соединена с компенсационной полостью 5, в которую при ходе сжатия перетекает жидкость, вытесняемая штоком.

Рисунок 2.11 – Агрегат Nivomat:

1 – заборная трубка: 2 – плунжер; 3 – резервуар для жидкости; 4 – рабочий цилиндр агрегата; 5 – компенсационная полость; 6 – поршень; 7 – перепускное отверстие в плунжере; 8 – диафрагма; 9 – профилированный винтовой канал; 10 – полость сжатого газа; 11 – впускной клапан насоса; 12 – гильза; 13 – зазор между гильзой и штоком; 14 – нагнетательный (выпускной) клапан насоса; 15 – насосная камера

Полость 10 сжатого газа расположена в компенсационной полости. В неё закачан газ под давлением 10…15 МПа, который отделён от жидкости эластичной диафрагмой 8. В полости 3 (резервуаре) – содержится жидкость под низким давлением. Встроенный насос состоит из жестко закрепленного в корпусе плунжера 2, гильзы 12, являющейся внутренней поверхностью полого штока агрегата и двух клапанов 11 и 14. Внутри плунжера выполнено осевое сверление, соединяющее заборную трубку 1 с впускным клапаном насоса 11, а снаружи нарезан профилированный винтовой канал 9, выполняющий роль регулятора высоты кузова.

Характеристика упругости упругого элемента подвески – график, показывающий изменение нагрузки на элемент Р в зависимости от его деформации ƒ (рисунок 2.12).

Рисунок 2.12 – Характеристики упругости (Р – нагрузка на упругий элемент;

ƒ – деформация упругого элемента):

1 – пружина, устанавливаемая совместно с агрегатом Nivomat, + агрегат Nivomat (автомобиль полностью загружен); 2 – стандартная пружина; 3 – пружина, устанавливаемая совместно с агрегатом Nivomat, + агрегат Nivomat (автомобиль не загружен); 4 – пружина («мягкая»), устанавливаемая совместно с агрегатом Nivomat; 5 – буфер сжатия подвески

Применение в подвеске колеса агрегата Nivomat вместо амортизатора позволяет заменить стандартную пружину (график 2) на более «мягкую» (график 4), способную воспринять примерно половину номинальной нагрузки на колесо. Благодаря высокому внутреннему давлению агрегат принимает на себя вторую половину нагрузки на колесо. Буфер сжатия подвески, как известно, имеет прогрессивную характеристику (график 5).

Когда автомобиль незагружен, его кузов удерживается в статическом положении суммарной реакцией пружины и агрегата Nivomat (график 3).

Когда автомобиль полностью загружен, и элемент подвески условно упрётся в буфер сжатия (точка А на рисунке 2.12), шток агрегата вдвинется внутрь, и гильза 12 перекроет перепускное отверстие 7 и винтовой канал 9.

При движении по неровной дороге кузов совершает вертикальные колебания, а шток агрегата Nivomat – возвратно-поступательные движения в цилиндре. При этом гильза 12 передвигается относительно плунжера 2 и, таким образом, вступает в работу встроенный насос. При каждом колебании кузова насос будет подкачивать жидкость из резервуара 3 через трубку 1, осевое сверление в плунжере 2, впускной клапан 11, насосную камеру 15, нагнетательный клапан 14, зазор 13 между гильзой 12 и штоком – в полость рабочего цилиндра.

Увеличение количества жидкости в полости рабочего цилиндра (и компенсационной полости) приводит к увеличению давления в газовой полости, а значит – к увеличению выталкивающей силы на штоке и постепенному повышению уровня кузова автомобиля. Так будет продолжаться до тех пор, пока верхний конец винтового канала 9 не появится над краем гильзы 12. С этого момента жидкость будет перетекать между насосной камерой и полостью рабочего цилиндра, и уровень кузова стабилизируется.

Необходимо отметить, что этот уровень будет несколько отличаться от номинального: чем хуже дорога, тем больше поднимется кузов автомобиля. Но это расхождение небольшое.

На восстановление уровня кузова требуется в среднем – 1…2 мин от начала движения автомобиля.

В результате подвеска станет более «жесткой» (график 1), что и требуется при увеличении массы автомобиля. При этом большую часть нагрузки несёт уже не пружина, a агрегат Nivomat, и уровень кузова вернётся практически к номинальному положению (точка В на рисунке 2.12). То есть подвеска сама приспосабливается к новой нагрузке.

Характеристики устанавливаемых элементов подобраны так, что стремление пружины к снижению частоты собственных колебаний при увеличении подрессоренной массы (чёрная кривая на рисунке 2.12, б) компенсируется противоположным свойством гидропневматического агрегата Nivomat. В результате частота собственных колебаний подвески с увеличением нагрузки практически не меняется (красная кривая на рисунке 2.12, б).

При снижении нагрузки в кузове автомобиля он приподнимается, а агрегаты Nivomat растягиваются. При этом перепускное отверстие 7 на плунжере выйдет из гильзы, и через него жидкость из полости рабочего цилиндра начнёт перетекать через осевое сверление обратно в резервуар 3. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока кузов не опустится до номинального положения и отверстие 7 снова не закроется гильзой 12.