浅析气体在油气混合减振器中的影响

随着汽车行业的发展, 特别是乘用车的发展, 目前人们对汽车的舒适性有着更高的要求。我们通过在液压减振器中额定充入一定压力的隋性气体, 大大改善和提高了减振器的主要性能指标, 更好地保证了汽车乘坐的舒适性、行驶的安全性和转向的稳定性, 并逐步成为减振器制造的发展方向, 因此油气混合减振器也受到广泛青睐, 特别是在中高档乘用车上, 应用越来越普遍。

目前, 大部分减振器厂家生产的油气混合减振器所用的气体都是惰性气体——氮气。气体充入减振器中对其影响很大。根据我公司生产油气混合减振器的经验, 减振器中的气体对其有以下几个方面的影响: (1) 减振器中充入氮气后对其阻尼力有一定影响。减振器的阻尼力是减振器的一个主要性能指标, 与整车匹配的阻尼力更是汽车乘坐舒适性一个重要保证。因此, 我们必须了解在减振器中充入气体后, 对减振器的阻尼力有多大影响。根据减振器的工作原理, 我们知道在减振器内产生液体流量大小, 与活塞杆进入工作缸的活塞杆体积有直接关系, 即在减振器中充入一定压力P气的气体, 对减振器阻尼力F阻的影响是和其活塞杆有关。从气体力学和帕斯卡公式F=P/S可知, 影响减振器阻尼力的因素主要和此减振器的活塞杆的截面积Srod有关。当减振器在做压缩运动时, (如左图所示) 活塞杆压缩气体, 气体会给运动产生一个阻力F气, 所以实际反映出来的是F阻=F气+F液 (减振油流经阻尼孔产生的力) , 根据等式换算得:F液=F阻-P气/Srod, 由此可知, 气体对减振器阻尼力的影响和活塞杆的截面积有紧密关系。相反, 减振器做拉伸运动时减振油产生的阻尼力F液=F阻+P气/Srod。如果活塞杆的直径Drod, 则截面Srod=лDrod2/4, 因此, 活塞杆粗细是气体影响减振器阻尼力的主要因素 (流通阀产生很小的阻力忽略不计) 。但气体具有可压缩性, 根据气体这一特性及P=ρvg, 可知当减振器作压缩运动时, 活塞杆部分体积被压入减振器内, 内部容腔随之减小, 也就是说气体体积V缩小, 压力P会增大, 这样对活塞杆产生的作用力 (F=PS) 也会有相应的变化, 通过对进入减振器内活塞杆体积的变化 (也就是气体变化体积) 求积分, 即可以较准确地计算出气体在减振器中产生的阻尼值。相反, 减振器作拉伸运动时正好与此情况相反。减振器内气体对阻尼力影响是根据减振器运动而不断变化, 但我们也可以从实际试验中得到各个不同直径的活塞杆对油气混合减振器的影响。

(2) 减振器内充入气体还能增强减振器的减振效果, 能更好地提高汽车的舒适性和稳定性, 这也是成为广大厂家对其青睐的主要原因之一。一般情况下, 减振器很容易产生高速空程、畸变, 在普通减振器复原行程中 (减振器拉开时) , 通过下部的补偿阀向工作缸下腔补充油液, 这时只是依靠下腔的负压和外部贮油筒工作液的自重作用来补油, 高速振动时会出现补油不畅, 导致后续的压缩行程出现空程, 这时人体的感觉将是一个明显的振动, 而油气混合减振器解决了这个问题, 在充气背压的存在下, 补偿阀向下腔补油的工作压力得以强化, 下腔补偿油液充分, 后续的压缩行程不会出现空程现象, 由于下腔油液补偿及时, 示功图比较圆满, 且从复原行程过渡到压缩行程时无明显拐点。这样对于乘座的人来说感觉就比较舒服。

(3) 减振器内充入气体, 不但提高了舒适性和稳定性, 而且还能降低减振器的噪音和油液在动动中产生的气穴, 在减振器内部, 当减振油通过各阀的节流孔, 也是压力不断变化的地方, 此时液压的冲击声和气穴很容易产生, 振动、噪声也伴随而来, 减振器是不允许发生这些问题的。液压冲击和气穴现象是在液体高速流动突然压力降低时产生的。根据它们产生的原因, 如果在减振器中充入一定压力的气体, 在压力作用下, 让减振油快速进入由于活塞高速运动时产生的无减振油的空间, 并迅速充满产生压力平衡, 从而减小了减振器内部液体冲击声和气穴现象。使减振器发生噪音的机率大大降低。

油气混合减振器内充了气体后虽然提高了减振器质量, 提高了汽车乘坐的舒适性, 但也给减振器的加工工艺增加了难度。首先对减振器油封的性能要求有所提高, 必须采用充气式油封, 它不同于普通减振器的油封, 必须既能密封各种减振油又能密封一定压力的气体。再者必须在减振器生产时增加充气工艺, 根据不同减振器充入不同压力的气体, 以确保此种减振器的批量生产。同时, 对油气混合减振器的油量必须严格控制, 还要改进这种减振器的封口工艺及焊接工艺等, 生产成本相应地也增加不少。

摘要：本文从系统的观点出发, 分析了在液压减振器里充入额定压力的惰性气体, 对减振器存在的高速空程和噪音问题的解决起到了很大的作用。

关键词：汽车,减振器,油气混合,高速空程,噪音