Technika

Hydraulický systém

Princip hydrauliky byl přítomný při návrhu automobilu od dob prvního brzdového systému s tlakem přenášeným ke kolům prostřednictvím stlačené kapaliny, na místo tahání lan nebo mechanických spojek. Hydraulické systémy byly dále používány na způsob spojovacích mechanismů a v podobě hydraulicky tlumených tlumičů nárazů, posilovačů řízení a automatických převodovek. Poprvé při sériové výrobě automobilu Citroën DS 19 se konstruktéři rozhodli použít hydrauliku úplně novým způsobem (hydraulický systém byl omezeně použit v roce 1954 na zadní nápravě Citroënu 15/6 H). Na místo různých nezávislých hydraulických systémů, kdy každý měl svůj vlastní druh hydraulické kapaliny, zásobník a tlakový mechanismus, zavedli jeden hlavní hydraulický systém, který zásoboval univerzální kapalinou všechny speciální podsystémy. To zjednodušilo konstrukci a umožnilo vytvořit více unifikovaný automobil.

Hlavní hydraulický systém byl udržovaný na konstantním tlaku zabezpečeným čerpadlem, které bylo poháněno motorem prostřednictvím řemene. Hydraulický tlak byl dále rozdělovaný do různých podsystémů podle potřeby a kapalina se vracela zpět do společného zásobníku. Velké množství tlaku, které byl motor schopný generovat, dal konstruktérům možnost rozsáhlého tvořivého rozmachu. Rozhodli se, že hydraulický systém bude nejen tlumit pružení, ale zabezpečovat i samotné odpružení vozidla. A tak místo pružin nebo tyčí konstruktéři vytvořili hydraulické pružící jednotky. To mělo zabezpečit neuvěřitelně měkkou jízdu vozidla a umožnit další funkčnost, které by nebylo možno dosáhnout konvenčními metodami odpružení. Pomocí regulace množství kapaliny rozdělované do pružících jednotek bylo možné nastavovat výšku, na jakou bylo vozidlo odpružené. Využitím porovnání vzájemné polohy ramen pružících jednotek ku karoserií vozidla bylo možné, aby si vozidlo samo regulovalo výšku i na výrazně nerovné vozovce. Jednoduchým řídícím mechanismem působícím na jednotku regulace výšky podvozku bylo možné ručně nastavit výšku vozidla podle potřeby na několik různých úrovní. Návrháři úplně změnily způsob využití hydrauliky v automobilu. Tento princip je dále využívaný a rozvíjený i u novějších typů vozidel značky Citroën.


Hydropneumatický systém zavěšení kol obstarává stupeň komfortu, který není vidět na žádném jiném motorovém voze. V jednoduchosti ho lze charakterizovat tak, že každé kolo na autě je zavěšeno na komoře natlakovaného dusíku a hydraulický tlak je používán, aby změnil stlačení dusíku a odtud i řídící výšku a zavěšovací charakteristiky auta. Tlak vyvíjený hydraulickým systémem je také využíván k tomu, aby zesílil brždění a řízení. Nejskvělejší vlastností takovéhoto způsobu zavěšení je fakt, že systém automaticky vyrovnává podle váhy nákladu a pasažérů světlou výšku a zajišťuje tak při jízdě konstantní výšku.

Hydraulický systém nemusí být nutně starostí. Motor řízen hydraulickou pumpou je velmi trvanlivá jednotka, ačkoliv pravdou je, že tekutina používaná v systému do září 1966 tzv. „červená kapalina“ známá jako produkt LHS 2 byla korozivní a hydroskopická, a tak trubky a zavěšovací válce trpěly rezavěním zevnitř, což způsobovalo nepřekonatelný problém. Ovšem nová tzv. „zelená kapalina“ označovaná jako LHM tuto korozi nezpůsobuje a je tak používaná v modelech Citroën dodnes. Tyto dvě kapaliny nejsou vnitřně zaměnitelné! LHS 2 by měla být vyměněna každoročně, LHM po ujetí každých 40-50 000 km.

Vysokotlaký oběh se zásadně skládá ze 4 složek: nádržka na hydraulickou kapalinu (vyrovnávací nádrž), vysokotlaká pumpa (tlakové čerpadlo), hlavní akumulátor a bezpečnostní záklopka (ventil) fungující také jako rozdělovací přepážka. Kapalina zadržovaná v nádobce je pumpována přímo čerpadlem. Ovšem pouze tehdy, pohybuje-li se akumulátorový tlak v oběhu asi pod 140 kg/cm2, v takovém případě je kapalina tlačena pod tlakem z čerpadla do oběhu. Když je tlak větší jak 175 kg/cm2 hlavní záklopka v akumulátoru se otevře a kapalina se vrací zpět do nádržky, kde je tlak nízký. Z toho je evidentní, že tlak kapaliny pohybující se ve zbylé části hydraulického systému za chodu motoru se vždy pohybuje v rozmezí od 140 do 175 kg/cm2. Bezpečnostní záklopka funguje jako rozdělovací element mezi rozdílnými subsystémy, kontroluje a udržuje tlak při brždění v případě, že tlakový oběh neposkytuje dostatek tlaku.


Tlakové čerpadlo

Prvním článkem celého hydraulického systému je vyrovnávací nádrž. Musí být dostatečně dimenzovaná nejen na to, aby nahradila všechny kombinované vyrovnávací nádrže konvenčních vozidel, ale aby zabezpečila i dostatek kapaliny na vyzdvižení vozidla do maximální výšky. Je umístěná v přední části vozidla vpravo.

Srdcem tlakového čerpadla je jednoduchý píst. Když se píst zdvihá, otevře se ventil, aby se nabrala kapalina z vyrovnávací nádrže. Když píst klesá, otevřený ventil se uzavře a otevře se druhý, aby se kapalina pod tlakem vytlačila ven. Zázračným působením fyzikálních základů hydrauliky tento jednoduchý a rozměry malý mechanismus je schopný generovat dostatek hydraulického tlaku, aby udržel ve výšce celé vozidlo i s těžkým nákladem.

Tlakové čerpadlo dává do chodu motor pomocí řemene. Čerpadlo se skládá ze 7 pístů seřazených do kruhu, rotující zařízení stlačuje písty postupně tak, že je vytvářen konstantní tok stlačené kapaliny. Jestliže je tlak vyšší než původní hodnota, příklopka se pod tlakem pohybu kapaliny otevře přes vysokotlakou trubici k hlavnímu akumulátoru. Operační tlak je přibližně 175 kg/cm2, přičemž proražení se pohybuje okolo 0,6 l/min. V případě, že hlavní akumulátorový oběh svírá tlak nad 140 kg/cm2, kapalina je pumpována přímo přes akumulátor směrem k nádržce pod malým nebo žádným tlakem. Pod tuto hodnotu bude pumpa tlačit kapalinu pod tlakem do akumulátorového oběhu (do horního limitu 175 kg/cm3 – pak uzavírá hlavní akumulátor přepážku). Konstrukce tlakového čerpadla je stejná jak pro typy DS tak pro typy ID s tím, že první modely typu ID měly pouze nízkotlakovou pumpu.


Tlaková koule

Základní složkou hydraulického systému v citroënu je tlaková koule. Ve vozidle je několik takovýchto jednotek. Jejich počet se liší podle typu vozidla a pohybuje se od 5 do 8. I když jejich význam bývá různý, fungují všechny na stejném principu. Každá jednotka je rozdělena na dvě poloviny (hemisféry). Jsou zkonstruované tak, že vytváří pevnou jednotku z dokonale kulovitou dutinou ve vnitř. Polokulová gumová membrána přiléhá k jedné polovině dutiny a je upevněná ve štěrbině mezi polokoulemi. Dutina je potom naplněna stlačeným dusíkem a vytváří velmi stabilní tlakové prostředí. Hydraulická kapalina může vejít do koule přes hrdlo pod membránou. Pokud se jisté množství kapaliny vtlačí do dutiny, gumová membrána je vytlačena nahoru a zároveň stlačuje plynný dusík. Jestliže tlak mimo koule poklesne, kapalina je vytlačena zpět ven z dutiny, dokud s tlakem stlačeného dusíku nenastane rovnováha.

 

Hlavní akumulátor tlaku

První využití tlakové koule je v hlavním akumulátoru tlaku. Shromažďuje vysokotlakou kapalinu z čerpadla a rozděluje ji do podsystémů. Je spojený s elektronicky regulovaným vypínačem. Jestliže je tlak nízký (např. během startu), spínač je zapnutý a zabezpečuje plnění tlakové koule stlačenou kapalinou z čerpadla. Jestliže tlak uvnitř koule dosáhne určitého bodu, vypínač se odpojí a zastaví se přísun vysokotlaké kapaliny do akumulátoru. Každý z podsystémů na zabezpečení své činnosti čerpá více či méně tlak přímo z této koule podle vlastní potřeby. Během chodu vozidla, když probíhá postupné rovnoměrné čerpání shromážděné vysokotlaké kapaliny z akumulátoru, se čerpadlo využívá jen občas, aby se zabezpečila trvalá přítomnost dostatečně vysokého tlaku akumulátoru.

Konkrétně to funguje tak, že hlavní akumulátor vlastně pracuje jako vysokotlaký regulátor, který hromadí a udržuje tlak mezi 140 a 175 kg/cm2. Jestliže tedy tlak klesne pod 140 kg/cm2 hlavní záklopka se uzavře a zabrání kapalině přístup a vrátí ji do hlavní nádržky. Díky tomu je kapalina tlačena přes malou příklopku do oběhu, kde působí jako „tlakové skladiště“. Jestliže tlak naopak překročí 175 kg/cm2, píst hlavní záklopky je tlačen dolů a tím otevře záklopku tak, aby kapalina odtekla do hlavní nádržky. Ve stejné době se malá příklopka uzavře, aby zabránila nahromadění kapaliny.


Složky podsystému

Tři hlavní hydraulické podsystémy jsou: posilovač řízení, automatická převodovka a pružení s brzdami. Pro potřeby tohoto popisu lze každý z nich pomyslně označit jako „černou skříňku“, která spotřebovává pro svou činnost vysokotlakou kapalinu z hlavního akumulátoru podle potřeby a po skončení ji vrací do vyrovnávací nádrže.

 

Podsystém odpružení vozidla

Podsystém odpružení vozidla je plněný přímo z hlavního akumulátoru stejně jako všechny ostatní podsystémy. Plnění podsystému se rozděluje dvěma směry, dopředu a dozadu, přičemž prochází ventilem regulace výšky (Height Control Valve). Když je ventil aktivovaný vysokotlaká kapalina zdvihá pár pružících jednotek. Když je ventil v neutrální poloze, tlak mezi párem pružících jednotek zůstává neměnný. Když je ventil deaktivovaný, kapalina z páru pružících jednotek je přenášena dozadu do vyrovnávací nádrže. Sdílení tlaku mezi pravou a levou pružící jednotkou má více výhod. Tendence vyrovnávání tlaku mezi dvěma spojenými nádobami má za výsledek automatické vyrovnávání polohy, dokonce i ve vysokých rychlostech. Tímto se dosahuje efektu působení proti příčnému kývání a naklánění v zatáčkách a dává poměrně velkému a těžkému sedanu dobrou příčnou stabilitu. Zatímco sdílení tlaku vlevo a vpravo má hodně výhod, oddělení tlaku vpředu a vzadu má zase jiné výhody. Toho je dosaženo dvojicí nezávislých ventilů regulace výšky. Jestliže zátěž např. v zadní části vozidla vroste, zadní ventil se aktivuje a zvýšené množství vysokotlaké kapaliny se vpustí do zadního páru pružících jednotek.

 

Regulátory výšky

Ventily regulace výšky jsou ve skutečnosti poměrně jednoduché zařízení. Každý z nich je obsluhovaný mechanickým ramenem, které vychází z tělesa ventilu. Když je rameno vtlačeno dovnitř, otevře se cesta mezi pružícími jednotkami a vysokotlakým akumulátorem. Když je rameno vytaženo ven, otevře se přechod mezi pružícími jednotkami a vyrovnávací nádržkou. Když je rameno v neutrální poloze, kapalina nemůže proudit ani jedním směrem. Namontování ventilu na rám karoserie a spojením mechanického ramena s pružicími jednotkami je dosaženo samovyrovnávacího efektu. Pokud se např. naloží do zadu těžký náklad, pokles vozidla zasune rameno dovnitř ventilu a vysokotlaková kapalina proudí do zadní části podsystému pružení, dokud se rameno nevrátí do původní polohy. Páka výškového nastavení pod náporem reguluje poměr mezi ramenem ventilu a pružením, čímž působí na regulace výšky. Výšku je možné regulovat do 4 různých poloh podle potřeby, a to ručně pákou napravo od ruční brzdy.

 

Brzdový podsystém

Brzdy odebírají hydraulický tlak přímo z podsystému odpružení vozidla. Protože samotné odpružení je tvořeno izolovaným předním a zadním okruhem, je to stejné i s brzdami. Každé tlakové potrubí vchází do brzdového pedálu nezávisle a i tlak je nezávisle odeslán k předním a zadním brzdovým čelistem.

Prvořadým významem odebírání tlaku z pružícího tlaku je bezpečnost. I v případě havarijního poklesu tlaku ve vozidle, např. při výpadku čerpadla, je v pružícím podsystému dostatek přiměřeného tlaku na takové působení brzd, aby vozidlo zastavilo. Vedlejším účinkem toho je, že pokles tlaku v pružících jednotkách způsobí lehkou, ale náhlou ztrátu výšky. Jako ochrana před tímto účinkem je vpředu umístěná v systému ještě jedna tlaková koule. Nazývá se „brzdový akumulátor“ a udržuje dostatečný tlak, aby výška přední části pružení nebyla ovlivňována používáním brzd. V zadní části není zapotřebí podobný zásobník, protože pokles tlaku v pružícím podsystému tu nepřekáží. Jakmile se ve vyšší rychlosti prudce zabrzdí, vozidlo se přirozeně předkloní – „zaboří nos“. Redukování výšky zadního odpružení při zabrždění zadní část lehce poklesne a vlastně odstraní efekt předklánění vozidla. U většiny vozidel je funkce brzdového akumulátoru spojena s funkcí hlavního akumulátoru v jedné tlakové kouli. Pozitivním přínosem uvedeného způsobu řešení brzdového podsystému je i fakt, že tlak na brzdy na zadní nápravě je regulovaný hmotností nákladu. Čím je ve vozidle těžší náklad, tím je i tlak v zadní části okruhu odpružení vyšší, a tedy vyšší je i tlak čelistí na zadní brzdové kotouče a naopak. Celé řešení má však jeden negativní důsledek: na rozdíl od brzdových systémů běžných aut, kde je tlak nohy na brzdový pedál zesilněný posilovačem a následně působí na brzdy, u citroënu s hydropneumatickým odpružením slouží brzdový pedál jenom na přepouštění potřebného brzdného tlaku do brzdových okruhů. V případě výpadku tlakového čerpadla při tažení vozidla apod., kdy dojde k úplné ztrátě tlaku, není možné vozidlo vůbec zabrzdit – jedině ruční brzdou. Proto by měl každý řidič takového vozidla dbát na perfektní stav ruční brzdy.

 

Karoserie

Konstrukce déesky je skoro stejně revoluční jako celé auto. Tělo vozidla je tvořeno z bezpodvozkové kostry, ke které jsou zastrčeny všechny vnitřní součásti včetně střechy. Další zajímavostí je kapota motoru, která je tvořena z hliníku a umělohmotná sklovláknitá střecha (u pozdějších modelů ocelová). Obě části jsou z tohoto materiálu proto, aby byla snížena celková hmotnost vozidla. Fakt, že všechny vnější součásti zapadají do základní jednotky je vhodný pro amatérské rozebrání vozu, jelikož je relativně snadné rozložit většinu dílů, např. jenom 4 západky drží celou střechu a zároveň je to vhodné při opravě centrální struktury. Nevýhodou ovšem je to, že koroze na hlavním panelu může být zakryta novými vnějšími díly.