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Conjuntos hidroneumáticos
Este sistema de suspensión conjuga las funciones de elemento elástico y amortiguador.
Se basa en gas a presión como elemento elástico, “neumático”, y pasos de aceite controlados por válvulas para la amortiguación, “hidro”.
En la imagen 21.58 se ve el sistema hidroneumático montado en la suspensión y en detalle sus componentes:
- Una “esfera” hueca está dividida en dos cámaras, cámara de gas a presión en la parte alta y cámara superior de aceite en la parte baja de la esfera, que comunica mediante dos válvulas con un cilindro, es el cuerpo.
- Entre ambas cámaras, de gas y aceite, hay un separador elástico que hace la doble función de estanqueizar las dos cámaras y al ser elástico poder variar el volumen de las dos cámaras.
- La esfera y el cuerpo formando un conjunto está en este caso asentado en la carrocería mediante un anclaje por su parte lateral.
- La cámara superior de aceite de la esfera (es la inferior geométricamente) está comunicada con la cámara inferior de aceite del cuerpo del conjunto hidroneumático, que es un cilindro hueco.
- La comunicación entre estas cámaras, superior de aceite en la esfera e inferior de aceite en el cuerpo, se hace mediante dos pasos de diferente sección que están controlados por válvulas de aceite que abren en sentidos opuestos.
- En el interior del cuerpo hay un pistón con un eje que está apoyado en elemento de unión rueda – carrocería, brazo superior en este caso, por el silentbloc inferior (puede no ser necesario un silentbloc).
- Por encima del pistón, que cuenta con retén de estanqueidad, está la cámara inferior de aceite que comunica por las válvulas con la cámara superior de aceite de la esfera (geométricamente es la inferior).
- El eje del pistón tiene unas guías estancas en su parte inferior con respecto al cuerpo que permiten sus desplazamientos verticales e impiden la entrada de suciedad y humedad exterior.
- El gas en la cámara superior de la esfera es el elemento elástico de suspensión, y el paso del aceite, controlado por las válvulas en sentidos contrarios, entre las cámaras superior de aceite en la esfera e inferior de aceite en el cuerpo es el amortiguador.
- El separador elástico permite la actuación combinada del conjunto hidroneumático como elemento elástico y amortiguador, como se ve a continuación.
Funcionamiento del conjunto hidroneumático
Las tres imágenes reproducen las posiciones de reposo o equilibrio 21.59, compresión 21.60 y extensión 21.61 en una suspensión que tiene dos brazos paralelos y dispone de conjuntos hidroneumáticos.
Imagen 21.59
- El gas en la cámara alta de la esfera CG está a elevada presión por el diseño, el aceite de la cámara baja de la esfera CA1 también está a presión al sustentar el peso del automóvil en reposo, comprimiendo más el gas de la cámara CG a través del separador elástico SE.
- En esta posición de equilibrio, las válvulas de aceite están cerradas VA+ y VA- y la presión del gas sustenta el automóvil por su presión de diseño más la que se haya transmitido de aceite por la deformación del separador elástico.
Imagen 21.60
- La rueda sube por efecto de un bache empujando al eje – pistón EP hacia arriba, la presión de aceite abre la válvula de subida (más sección) VA+ pasando de la cámara de aceite del cuerpo CA2 a la cámara inferior de la esfera CA1.
- Efecto amortiguador, el aceite que llega a la cámara CA1 empuja al separador elástico SE que comprime más el gas en la cámara de gas de la esfera CG, es el efecto de elemento elástico de suspensión más duro al aumentar la presión.
- Al ser la válvula de compresión de mayor sección el efecto de amortiguador es más “blando”.
Imagen 21.61
- En esta situación la rueda desciende del bache que la hizo subir, la presión de gas en la cámara CG tiene fuerza para empujar al separador elástico SE haciendo que la presión de aceite de la cámara CA1 abra la válvula de bajada (menos sección) VA- pasando aceite de la cámara CA1 a la CA2 en el cuerpo, el eje – pistón EP desciende siguiendo el movimiento de la rueda.
- Como la válvula de extensión es de menor sección VE- el efecto amortiguador es más “duro” en esta fase.
Después de explicar el funcionamiento del conjunto hidroneumático se deduce que la esfera con las válvulas de aceite hace las funciones simultáneas de elemento elástico y amortiguador con buen equilibrio confort – estabilidad.
Al tener las válvulas secciones de diferente paso se comporta como amortiguador de doble efecto.
Este sistema se combina con una bomba de presión de aceite para variar la altura de la carrocería, se representa seguidamente con implantación de esta suspensión en un automóvil.
Variación de altura del conjunto hidroneumático e implantación
Suspensión hidroneumática imagen 21.62.
El aceite de suspensión ha de satisfacer un exigente pliego de condiciones para funcionar a muy bajas y altas temperaturas y con altas presiones.
Aumentando la presión de aceite en las cámaras de las esferas se comprime más el gas subiendo la carrocería y a la inversa.
Se logra mediante una bomba de aceite, movida por el motor o eléctrica, que se alimenta de un depósito.
Hay conexiones hidráulicas que van desde la bomba hasta las cámaras de aceite de los cuerpos, encima del eje – pistón.
Se dispone de sensores de altura de carrocería, en los brazos de suspensión o estabilizadores SHC, lo que permite mantener constante la altura de la carrocería con variación de ocupación o equipaje, al acelerar y frenar.
El conductor dispone de un mando para variar la altura de la suspensión en varias posiciones, una opción serían las cuatro representadas, tres de estas operativas circulando:
- 1 normal; es la altura de referencia.
- 2 más baja para carretera (es la seleccionada), mejora la estabilidad y aerodinámica.
- 3 más alta para superar obstáculos.
- Si se utiliza esta posición circulando deja muy dura la suspensión al comprimir mucho el gas en las esferas, y no es adecuada para transitar fuera de carretera al perder las ruedas contacto con el suelo fácilmente, reduciendo sensiblemente la capacidad de tracción de las ruedas motrices por falta de flexibilidad de la suspensión.
- 4 aún más alta para cambiar una rueda sin necesitar gato.
- En esta posición no se debe circular por el excesivo ángulo de las transmisiones al tener el coche representado tracción (delantera).
La suspensión delantera de este automóvil es por dos brazos paralelos curvos, en los superiores asienta el conjunto hidroneumático CHN mediante una palanca.
Detrás la suspensión es por un brazo longitudinal sobre el que pivota el conjunto hidroneumático.
Suspensión neumática
La tecnología de este elemento elástico de suspensión deriva de su denominación, consiste en una cámara de goma llena de aire a presión.
Al circular la presión del aire se va alterando según las ruedas suben y bajan aumentando y reduciendo la presión de aire interna, que hace la función elástica.
Se añade al sistema una bomba de aire, generalmente eléctrica, para obtener la presión y variar la altura de la carrocería, con más presión sube, y baja con menos.
Imagen 21.63
- Se representa una suspensión independiente de dos brazos paralelos con sistema neumático.
- Se identifica la cámara de goma, llena de aire a presión conectada por el tubo de aire a la bomba de aire habitualmente eléctrica.
- Esta bomba toma aire del exterior para aumentar la presión en las cámaras neumáticas y lo expulsa según las necesidades, para esto cuenta con un conjunto de electroválvulas y el control es electrónico generalmente.
- Dispone de sensores de altura de la carrocería, se ha representado el sensor en el brazo inferior de suspensión.
- El sistema neumático necesita amortiguador y generalmente está en el interior del conjunto neumático, tal como se representa en las imágenes.
Imagen 21.64
- Está la suspensión comprimida lo que hace aumentar la presión en las cámaras de aire por un bache que hace subir la rueda.
- Si se selecciona bajada de suspensión con el mando, se reduce la presión de aire en la cámara para lograrlo, con la información de los sensores de altura.
Imagen 21.65
- Corresponde a la extensión de la suspensión por bajada de la rueda ante un bache reduciéndose la presión de aire en la cámara.
- Si se selecciona suspensión más alta, la bomba aumenta la presión de aire en el interior de las cámaras neumáticas.
Implantación de suspensión neumática
Se ve en la imagen 21.66 la implantación de suspensión Mc Pherson en las cuatro ruedas con conjuntos neumáticos en un automóvil, identificando los componentes:
- Conjuntos neumáticos CN; cámaras de goma con aire a presión en su interior, hacen la función de elementos elásticos.
- Bomba de aire con válvulas; es eléctrica y controla la presión necesaria en cada cámara neumática para mantener la altura seleccionada.
- Sensores de altura; están acoplados en este caso en los brazos de suspensión e informan al calculador para mantener la altura seleccionada permanentemente con cualquier ocupación y carga.
- Conexiones; son las tuberías por las que circula el aire a presión entre la bomba y las cámaras neumáticas.
- Bomba de aire con válvulas; es eléctrica y controla la presión necesaria en cada cámara neumática para mantener la altura seleccionada.
- Mando de altura de suspensión; permite seleccionar diferentes alturas de carrocería, una puede ser para subir al automóvil si, como en este caso, es alto.
Se puede disponer de variación automática de altura al superar cierta velocidad y recuperarla al reducir la velocidad de nuevo, así se mejora la aerodinámica y estabilidad al bajar en centro de gravedad.
Con la suspensión más alta se endurece por lo que no es adecuada para uso en todoterreno ya que las ruedas pierden contacto con el suelo fácilmente.
Actualmente se suele combinar la suspensión neumática con amortiguadores de dureza variable, se explican después, así se mejora algo la adaptación a diferentes alturas de carrocería.
