Technika: Plynokapalinové odpružení Citroënu v zrcadle času

Bohužel její čas se už pomalu ale jistě naplňuje. A s ní odejde také toto ojedinělé pérování. Přitom to byl právě Citroën, který tento pozoruhodný druh odpružení uvedl na trh jako první a to už v roce 1955 na Pařížském autosalonu v legendárním modelu DS, jemuž Francouzi přezdívají „bohyně“ (od slova déesse). Nedávno se však nechala současná šéfka Citroënu Linda Jasksonová slyšet, že francouzská značka již v dalším vývoji tohoto systému pokračovat nebude. Po dlouhých šedesáti letech. Podle jejích slov Citroën toto odpružení nahradí „něčím novým“, avšak čím, to přirozeně nespecifikovala. Docela by nás zajímalo, co to bude.

Že plynokapalinovému odpružení zvoní hrana, bylo jasné už při premiéře zmiňovaného modelu C5. Vůbec poprvé totiž nabídnul zákazníkovi možnost vybrat si mezi tradičním, tedy hydropneumatickým pérováním, a konvenčním s vinutými pružinami, tady pojmenovaným metallic. Ke škodě zajímavé techniky zákazníci C5 volí častěji druhou jmenovanou, konvenční variantu.

Kapalinou proti plynu

Hydropneumatické odpružení využívá vlastností kapaliny i plynu. Zjednodušeně řečeno, změna objemu plynu odpovídá přírůstku, případně úbytku, kapaliny. Její fyzikální vlastností je nestlačitelnost. Druhou je fakt, že tlak v kapalině se šíří rovnoměrně všemi směry. Oboje popsal francouzský fyzik Blaise Pascal už v 17. století.

Každé kolo má vlastní pružicí jednotku, která plně nahrazuje soustavu „pružina-tlumič“ nezbytnou u konvenčního pérování. Skládá se ze dvou částí. Spodní je tvořena válcem, na nějž je napojena takzvaná koule (podle charakteristického tvaru) fungující jako vyrovnávací prostor. Uvnitř je pak membrána, která ji rozděluje na dvě části (polokoule). Nad membránou je plyn (dusík), vyznačující se konstantní hmotností. Pod membránou je hydraulická kapalina LHM, u modelů s odpružením Hydractive III/Hydractive III+ LDS.

Ve zmíněném válci se pohybuje píst, přičemž přívod kapaliny je nad ním, naopak odvod pod ním. Při pohybu nahoru píst vytlačuje hydraulickou kapalinu přes tlumící dvoucestný ventil, který zastává funkci klasického tlumiče do spodní části koule. A zároveň tak proti membráně a plynu (dusíku) nad ní. Při pohybu pístu nahoru dochází ke zmenšování prostoru nad membránou, při pohybu dolů naopak k jeho zvětšování.

Při pohybu pístu nahoru je kapalina vytlačována pravým sacím ventilem, v okamžiku, kdy jde píst dolů, naopak levým. Rozdílným průměrem obou ventilů je docilováno různé tlumení při stlačování a roztahování pružiny. Jde o podobný efekt, jaký nabízejí klasické dvoučinné tlumiče.

Nejen pérování

Systém plynokapalinového odpružení je samozřejmě mnohem komplexnější. Základní, používaná třeba v Citroënech GS, CX či BX, využívá pět takzvaných koulí. Čtyři jsou u kol, poslední pátá má roli zásobníku tlaku kapaliny. Jeho zdrojem je šestipístové čerpadlo. Kapalinu nasává z vyrovnávací nádrže, umístěné v motorovém prostoru. Od zásobníku tlaku je kapalina vedena přes pojistný ventil přímo do regulátoru brzdného účinku (brzdového válce), od něhož vede k jednotlivým brzdám. A dále do předního a zadního korektoru výšky, od nichž putuje jednak k pružicím jednotkám. Dále zde máme návratovou větev, kterou se kapalina vrací zpět do vyrovnávací nádrže. Vysokotlaká hydraulika ale poháněla u citroënů také posilovač řízení. Ten měl samostatnou větev, kdy kapalina byla vedena od vysokotlakého čerpadla přes regulátor tlaku do rozváděcího ventilu servořízení. Od něj pak zpět opět do vyrovnávací nádržky.

Nastupuje elektronika

Plynokapalinové odpružení Citroënů se s léty měnilo jen málo. V zásadě se tak třeba odpružení modelu BX z první poloviny 80. let v principu příliš neliší od toho na starším a průkopnickém DS. V roce 1989 představila francouzská značka novou vlajkovou loď, model XM. Šlo o nástupce řady CX vyráběné s jednou velkou modernizací od roku 1974. Kromě příchodu šestiválce PRV, který předchozí CX nemělo, bylo největší novinkou výrazně inovované tradiční odpružení, pojmenované Hydractive. To bylo vůbec poprvé vybaveno řídicí elektronikou.

Umělo plynule měnit světlou výšku podvozku tak jako dosud, k tomu ale nabízelo ještě možnost měnit ve dvou úrovních tuhost odpružení. Tedy něco podobného, co v té době už nabízely klasické adaptivní tlumiče.

Zatímco u původního hydropneumatického odpružení měla každá náprava dvě takzvané koule, každé z kol jednu vlastní, u Hydractive byly na jednu nápravu koule tři. Kromě klasických kolových to byla ještě jedna uprostřed, coby součást takzvaného regulátoru a elektromagnetického ventilu pérování. Kromě koule zde byly ještě dva tlumicí segmenty podobné dvoucestnému ventilu pružicích jednotek. Dále kuličkový a pístový ventil, hydraulicky ovládaný ventil a konečně elektromagneticky řízený ventil.

Jak to celé fungovalo? Při normální jízdě ponechávala řídicí jednotka odpružení v normální, tedy měkké nebo chcete-li v komfortní poloze. Vše záviselo na údajích ze snímačů úhlu natočení volantu, polohy pedálu akcelerace, gyroskopu sledujícího pohyby karoserie, rychlosti jízdy či snímače tlaku v brzdovém systému. A také poloze tlačítka za řadicí pákou, které mělo dvě pozice: Sport a Comfort. V komfortním režimu byla třetí pružicí jednotka (koule) připojeno ke dvěma kolovým jednotkám, zatímco v tuhém, tedy sportovním módu naopak odpojena. Řidič navíc mohl trvale aktivovat sportovní režim a to přepnutím tlačítka do polohy „Sport“.

Citroën má být komfortní

V režimu „Sport“ byl podvozek nastavený trvale na tuhý režim. Odpružení ale bylo natolik nekomfortní, že si řada majitelů původních XM s Hydractive stěžovala. Ve snaze tomu předejít, byla vyvinuta druhá generace Hydractive. Svoji premiéru si odbyla v únoru 1993 na tehdy zcela novém modelu Xantia, který v budoucnu nahradil starší řadu BX (zhruba rok a půl ale žily oba vozy po svém boku). Princip se třemi „koulemi“ na jednu nápravu se v zásadě nelišil od první generace. Opět zde bylo tlačítko se dvěma polohami. Ta komfortní se ale nyní nově nazývala Normal, ta druhá již tradičně Sport.

V porovnání s Hydractive I nabízela druhá generace podstatně vyšší, dalo by se říci inteligenci. Všechny snímače byly v zásadě stejné. Výjimku tvořil snímač rychlosti vozidla, který nově využíval Hallův efekt. Jím generované napětí mělo osm pulzů (amplitud křivky podle funkce sinus) na jednu otáčku kola.

Zatímco Hydractive I nabízel pouze jedinou funkci řízenou elektronikou, kdy elektromagnetický ventil byl aktivní pouze v režimu Sport, novější systém měl tyto funkce dvě. Jak v módu Normal, tak i Sport. Systém tak pracoval mnohem plynuleji a pohotověji, přičemž se rychleji přizpůsoboval jízdním podmínkám. Nicméně i tady bylo tlačítko Sport, umožňující řidiči nastavit tuhý režim odpružení.

Aby tolik neležel

Průvodním jevem hydropneumatických citroënů byl výrazný pokles karoserie, pokud vozidlo delší dobu stálo. Možná jste si někdy všimli třeba starého XM, jak lidově řečeno leželo úplně na zemi. Důvodem byl postupný pokles tlaku v systému, konkrétně vpředu v takzvaném korektoru výšky, vzadu pak v korektoru výšky s regulátorem brzdného účinku.

Aby se tomu předešlo, mají všechny Xantie a XM od prosince 1993 odpružení doplněné o takzvaný systém Anti-sink, neboli původně SC/MAC (Systéme Citroën de Maintien en Assiette Constante). Systém SC/MAC izoluje odpružení od zbylých částí hydraulického okruhu v okamžiku, kdy je hlavní tlak v systému nižší než tlak v pérování. Díky tomu vozidlo udrží stejnou světlou výšku i při delší odstávce. Zařízením SC/MAC byly uvedeného data vybavovány jak verze pérování s Hydractive (nyní už výhradně druhé generace), tak i klasické varianty bez něj.

Základem systému odpružení s takzvanými „protipadacími koulemi“ (tak tomu běžně říkají mechanici zabývající se Citroëny) je vysokotlaké čerpadlo skládající se z 6+2 pístů. To nahradilo původní čerpadlo se šesti písty. Dodává tlak jednak do okruhů pérování, řízení a brzd tak jako dosud. Navíc ale ještě do regulátoru odpojovače tlaku, tedy SC/MAC.

Každá z náprav má vlastní ventil SC/MAC vložený mezi korektor výšky a pružicí jednotky na kolech u klasického systému, respektive mezi korektor výšky a regulátor s elektromagnetickým ventilem pérování u Hydractive II. Navenek jsou zde navíc dvě koule. Jedna v roli regulátoru neboli odpojovače tlaku a druhá, jejíž úlohou je akumulovat tlak v systému SC/MAC.

Činnost systému SC/MAC závisí na tom, zda je motor a tedy vysokotlaká pumpa v chodu či nikoliv. Vysvětlíme si to na systému bez Hydractive . Pokud motor běží, pumpa generuje tlak. Ten je v danou chvíli dostatečný, tudíž je ventil SC/MAC v činnosti. Tudíž jsou pružicí jednotky spojeny s korektorem výšky. V okamžiku, kdy dojde k zastavení motoru, přestane pumpa dodávat do systému tlak (hlavní tlak), který tudíž poklesne. V okamžiku, kdy je tento tlak (tedy hlavní) nižší než tlak pérování (tedy tlak v pružicích jednotkách), ventil SC/MAC se uzavře, čímž pérování odpojí od ostatních částí hydraulického okruhu.

Boj s nakláněním karoserie

Při jízdě zatáčkou působí odstředivá síla na karoserii, která se tak naklání ven ze zatáčky. Mnozí řidiči to mohou vnímat jako omezení stability vozidla při rychlé jízdě. Už v 80. letech se firmy Volvo a také Lotus začaly zabývat systémy na bázi hydrauliky, které by klopení karoserie a tedy její klopný moment, snížily na minimu či zcela eliminovaly. Takové vozidlo se pak naklápělo dokonce do zatáčky, podobně jako to již desítky let umějí rychlovlaky.

Uvedení zařízení do praxe však bylo poněkud trnitější. Později, na sklonku 90. Let, nabídly něco podobného vozy Mercedes-Benz (systém ABC – Active Body Control), případně BMW (Dynamic Drive). A třetí firmou, která toto poskytovala zákazníků, byl Citroën, jenž na to šel přirozeně jinak než zmínění němečtí výrobci.

U něj je toto známo jako odpružení Activa a byly jím vybaveny některé modely Xantie, většinou se šestiválcovými motory. Větší model XM toto nikdy nedostal.

Odpružení Activa pracuje ve dvou stupních. Jeden z nich je řízený mechanicky, a to snímačem klopení karoserie. Připojen je k nápravám, konkrétně u přední ke spodním příčným ramenům, vzadu pak ke vlečným klikám. V okamžiku, kdy řidič trhne volantem ve snaze rychle zatočit, dojde ke stlačení spojovacích tyček, čímž se začnou zvedat písty uvnitř konektorů. Tím otevřou přívod hydraulické kapaliny do stabilizačních válců. Ty jsou pouze dva. Přední je u levého kola, zatímco zadní u pravého. Vzájemně propojeny jsou tak diagonálně.

Zároveň pracují poněkud rozdílně. Válec u předního kola vlastně pomáhá pohybu kola směrem nahoru, tedy proti pružicí jednotce, zatímco válec zadního pravého kola se snaží kolo tlačit k silnici, tedy v opačném směru. Tedy vlastně jakoby pružicí jednotku roztahovat. Kola na opačné straně nápravy konají přesně opačný pohyb. Tímto mechanismem se stabilizuje karoserie a snižuje její příčné naklánění.

Systém Activa dále využívá dvě přídavné „koule“. Zatímco ta pro přední nápravu je přímo propojena s předním stabilizačním válcem, zadní „koule“ je připojována pomocí bloku s elektromagnetickými ventily. Při jejich otevření dojde k propojení koule se zbylými částmi systému, čímž je aktivována funkce protinaklápěcího účinku.

Activa byla kombinována se systémem Hydractive II. Technicky vzato jde o nejsložitější hydropneumatické odpružení, jaké kdy bylo nabídnuto. Když to shrneme, tak pracuje celkem s jedenácti koulemi. V praxi se ale moc neosvědčila. Absence náklonů totiž přináší také úskalí. Třeba Rauno Aaltonen, slavný finský soutěžní jezdec, který byl dlouhá léta konzultantem v otázce ladění podvozků automobilky BMW, kdysi řekl, že náklony karoserie jsou pro většinu řidičů spolehlivým signálem, že už jedou příliš rychle.

To u Xantie Activa splněno nebylo a výsledkem byl fakt, že většina těchto aut končila svůj život v zatáčce mimo silnici takzvaně „přes boudu“. Prostě řidiči chyběl onen výše zmíněný signál. A stabilizací ESP, která by to do jisté míry mohla řešit, Xantia vybavena nebyla. Její výroba byla ukončena v roce 2001.

Poprvé bez strojních brzd

S příchodem nového Citroënu C5 byla uvedena také další evoluce plynokapalinového odpružení Hydractive III a Hydractive III+. Prvně jmenovaná varianta je výrazně jednodušší a v zásadě můžeme říci, že se jedná o další evoluci tradičního systému Citroënů. Je zde však několik odlišností. Předně vůbec poprvé nejsou do systému vysokotlaké hydrauliky zahrnuty brzdy. Znamená to tedy, že C5 využívá klasickou brzdovou kapalinu a také podtlakový posilovač brzdného účinku. Hydractive III také od začátku používá odlišnou hydraulickou kapalinu, a sice oranžovou syntetickou LDS namísto zelené LHM.

Novinkou je také výrazné zastoupení elektroniky i do jednodušší verze systému Hydractive III. Základem je takzvané BHI (Built-in Hydroelectronic Interface) tedy hydraulicko-elektronická jednotka. Tedy jakési jádro Hydractive III. To je napojeno na multiplexní síť vozidla, u PSA známé jako MUX. Vysokotlaká pumpa systému tady vystačí s pěti písty namísto 6+2, jak tomu bylo dříve. Navíc již není poháněná od motoru plochými řemeny, nýbrž elektromotorem, a to otáčkami 2.300 za minutu. Díky tomu je vlastně nezávislá na chodu motoru.

Hydractive III pracuje celkem s pěti koulemi, tedy stejně jako původní systém. Neumí tedy měnit tuhost odpružení jako Hydractive I či II, případně Activa. Co umí, je samozřejmě měnit na požádání řidiče světlou výšku vozidla, a to ve čtyřech úrovních. Kromě vysoké polohy servisní je v nabídce o 40 mm zvýšená oproti normální a samozřejmě nízká. Vysoká poloha je dostupná pouze do rychlosti 10 km/h, po jejím překročení vůz samočinně přejde do normální jízdní polohy. Nízká poloha je dostupná pro změnu jen do rychlosti 40 km/h. Dále po překročení rychlosti 110 km/h dojde k samočinnému snížení světlé výšky vpředu o 15 mm, vzadu o 11 mm, ale jen pokud to dovolí povrch vozovky. Zpět se vůz vrací, jakmile rychlost klesne pod 90 km/h.

Vyspělejší verze Hydractive III+ je vlastně obdobou Hydractive I a II, přičemž si zachovává vlastnosti výchozí jednodušší soustavy Hydractive III. Umí tedy měnit také tuhost odpružení ve dvou režimech: sportovní a měkký. Opět je zde tlačítko „sport“, jímž se však vůz nepřepíná do tuhého sportovního režimu, nýbrž se jím pouze prodlouží doba, kdy v něm vůz, respektive jeho podvozek (odpružení), setrvává. Hodí se to třeba při svižné jízdě na klikaté silnici. Hydractive III prošel další evolucí při představení druhé generace modelu C5 a také dodnes úchvatné C6. O tom ale zase jindy.

Francouzi v tom nebyli sami

Odpružením využívajícím vlastností kapaliny se v minulosti zabývali také Angličané. V jejich podání se odpružení jmenuje Hydragas, přičemž posledním vozem, který jej používal, byl roadster MGF. U Hydragasu se tlak kapaliny nepřenáší přes píst, nýbrž přes pryžovou membránu vyztuženou nylonem. Ta se při pohybu odvaluje po tvarované skříni a pístu. V principu jde o něco podobného jako u pneumatického odpružení. Stejně jako jednotky Citroenů i tady se využívá dusík, který je uzavřen v horní části koule oddělený od kapaliny membránou. Kapalinou je zde speciální silikonový olej. Při zdvihu kola olej tlačí proti membráně, přičemž opět protéká dvojčinným ventilem. Zároveň také propojovacím potrubím do takzvané sdružené pružicí jednotky. V porovnání se systémem Citroënu je Hydragas mnohem jednodušší, takže neumožňuje změnu světlé výšky vozidla.

Kromě MGF používaly jednotky Hydragas také vozy Austin Allegro, který se dovážel v 70. letech také do socialistického Československa. A dále Rover Metro, od roku 1990 jako řada 100. Podobným a také britským systémem je pérování Hydrolastic, používané vozy Morris 1100, Austin Mini (později Mini, Rover Mini apod) či vůz Princess od British Leyland.