انواع کمک فنرها در خودرو

کمک‌فنر تک‌لوله‌ای (Monotube Damper):
طراحی این کمک‌فنر شامل یک لوله استوانه‌ای شکل است که یک تیغه شناور آن را به دو محفظه گاز و روغن تقسیم نموده است. یک میله پیستون را در سیلندر به حرکت در می‌آورد تا نیروی لازم کاهش ضربه را ایجاد نماید. در زمان تراکم، روغن توسط دو واشر گوه‌ای شکل در انتهای میله پیستون اندازه‌گیری می‌شود. در زمان عکس‌العمل پیستون، واشرهای روی سطح پیستون میزان جریان روغن را کنترل می‌نمایند. در همین هنگام، گاز نیتروژن متراکم می‌شود تا میزان حجم جابجا شده روغن توسط میله را جبران نماید. نیروی کمک‌فنر توسط شکل، اندازه و تعداد واشرهای موجود در پیستون و قطر سیلندر، قطر میله و فشار گاز تعیین می‌شود. این نوع کمک‌فنر در خودروهایی مانند مزدا MX5 میاتا و آئودی A4 مورد استفاده قرار گرفته است.

کمک‌فنر دو لوله‌ای (Twin-Tube Damper):
همان‌طور که از نام این کمک‌فنر پیداست، این نوع کمک‌فنر شامل دو استوانه هم مرکز است که لوله داخلی توسط روغن پر شده است و پیستون و میله آن را در خود جای داده است. همانند کمک‌فنرهای تک لوله‌ای، واشرهای روی پیستون میزان جریان روغن را در هر دو مرحله تراکم و برگشتن پیستون اندازه‌گیری می‌نمایند و ایجاد نیرو می‌کنند. یک دریچه اضافی با واشر به نام دریچه اصلی، در زمان تراکم، جریان روغن را به لوله خارجی یا محفظه می‌فرستد و میزان نیرو را افزایش می‌دهد. در هنگام واکنش پیستون، روغن توسط یک سوپاپ کنترلی از محفظه بیرونی به مخزن اصلی برمی‌گردد و در این زمان، محفظه بیرونی توسط گاز قابل‌تراکم پر می‌شود که حجم میله پیستون را جبران می‌نماید. همانند کمک‌فنر تک لوله‌ای، نیروی میرایی کمک‌فنر توسط شکل و اندازه واشرهای موجود در پیستون و قطر سیلندر، قطر میله و فشار گاز تعیین می‌گردد که البته دریچه اصلی نیز روی میزان میرایی تاثیر دارد. تنظیم کمک‌فنرهای دو لوله‌ای توسط اضافه کردن یا حذف نمودن واشرها انجام می‌شود. این نوع کمک‌فنر در کادیلاک CT6 و شورلت ایمپالا به کار رفته است.

کمک‌فنر با لوله فرعی داخلی (Internal Bypass Damper):
کمک‌فنرهای دو لوله‌ای Fox در محصولات وانت فورد یافت می‌شوند که با گام حرکتی بلند و نیروی حساس به فشار پیستون شناخته می‌شوند. مدارهای متعددی در ایجاد نیروی میرایی در 50 درصد گام پیستون درگیر می‌شوند و در این حال، اکثر روغن توسط پیستون از سوراخ‌هایی در لوله داخلی به لوله فرعی بای‌پس (Bypass) در پشت پیستون وارد می‌شود و مقداری از روغن از واشرهای پیستون وارد دریچه اصلی می‌شود. هر چه سیستم تعلیق متراکم شود، اندازه و موقعیت پیستون همراه با واشرهای مسیر Bypass میزان نیروی میرایی کمک‌فنر را افزایش می‌دهند. وقتی پیستون از آخرین سوراخ مسیر فرعی عبور کند، روغن ابتدا در واشرهای روی پیستون جریان می‌یابد و نیروی میرایی را افزایش می‌دهد. یک سوپاپ پایه در طول تراکم، نقش اصلی را بازی می‌کند و جریان سیال را در محفظه خارجی تنظیم می‌کند و از ایجاد حباب در سرعت‌های بالا جلوگیری می‌نماید. این نوع کمک‌فنر در فورد F-150 Raptor استفاده گردیده است.

کمک‌فنر مغناطیسی- رئولوژیک (Magneto-Rheological Damper):
کمک‌فنرهای مغناطیسی-رئولوژیک بدون سوپاپ و تنها با تغییر ویسکوزیته روغن، حرکت چرخ‌ها و بدنه خودرو را کنترل می‌کنند و میزان نیروی میرایی را تغییر می‌دهند. ساختار آنها با کمک‌فنرهای معمولی یکسان است، ولی عملکرد آنها تفاوت زیادی دارد. یک پیستون در انتهای میله درون یک سیلندر حاوی سیال هیدرولیکی حرکت می‌کند. نسل فعلی کمک‌فنرهای MR دارای دو سیم‌پیچ الکترومغناطیسی هستند که برای ایجاد میدان مغناطیسی در مسیر پیستون تعبیه شده‌اند. روغن هیدرولیک موجود در سیلندر حاوی ذرات بسیار ریز آهن است که قبل از اعمال جریان برق به سیم‌پیچ‌های پیستون، به صورت رندوم در روغن پخش شده‌اند. اعمال جریان برق به سیم‌پیچ‌ها، باعث ایجاد میدان مغناطیسی در روغن می‌شود که ذرات آهن را در خطوط مستقیمی مرتب می‌کند و روغن را در مقابل جریان برق مقاوم‌تر می‌نماید. وقتی فشار در دو طرف پیستون به اندازه‌ای شود که خطوط ذرات را از هم بشکند، روغن در مسیر خود به جریان می‌افتد و به پیستون اجازه حرکت می‌دهد. تغییر میزان آمپر جریان برق، باعث تغییر نیروی میرایی کمک‌فنر می‌گردد. این نوع کمک‌فنر در خودروهایی مانند فراری 488GTB، شورلت کوروت، کادیلاک CTS-V و لامبورگینی اوراکان استفاده گردیده است.

کمک‌فنر با دریچه قرقره‌ای (Spool-Valve Damper):
کمک فنرهای با دریچه قرقره‌ای از سیستم سعی و خطا برای تنظیم نیروی میرایی استفاده می‌کند و مهندسان با استفاده از معادله‌های هیدرولیکی به منحنی سرعت-نیروی کمک‌فنر دست می‌یابند. سوپاپ‌های قرقره‌ای از یک صفحه گرد فنری تشکیل شده است که همانند کلاهک دریچه سیلندر عمل می‌کند و زمانی که فنر متراکم می‌شود، به روغن امکان جریان یافتن در سوراخ‌های دقیق در دیواره‌های کناره سیلندر را می‌دهد. سطح سوراخ که روغن را از خود عبور می‌دهد، تابعی از نیروی وارد شده به درپوش سیلندر است. هرچه نیروی وارده بیشتر باشد، سطحی که روغن را از خود عبور می‌دهد بیشتر است. در این کمک‌فنر، شکل، اندازه و محل سوراخ‌ها به همراه استحکام فنر، میزان نیروی میرایی را تعیین می‌نمایند. محل قرارگیری سوراخ در انواع مختلف این کمک‌فنرها متفاوت است، ولی در ساده‌ترین نوع آنها که در خودروهای سواری استفاده می‌شوند، دو سوپاپ قرقره‌ای در هر دو طرف سیلندر کمک‌فنر قرار گرفته است، یکی برای کنترل تراکم و دیگری برای واکنش کمک‌فنر. این نوع کمک‌فنر در خودروهایی مانند شورلت کلرادو ZR2 و شورلت کاماروZL1 به کار رفته است.

کمک‌فنر با کنترل الکترونیکی (Electronically Controlled Damper):
در طراحی اکثر کمک‌فنرهای سازگار، ترکیبی از دریچه‌های بدون حرکت و دریچه‌های با کنترل الکترونیکی میزان نیروی میرایی را تعیین می‌کنند. این نوع کمک‌فنرها در دو نوع تک‌لوله و دو لوله‌ای در دسترس هستند که مکان سوپاپ‌های الکترومکانیکی آنها ممکن است تفاوت داشته باشد. در این شکل، کمک فنر دو لوله‌ای توسط شرکت Tenneco طراحی شده است که یک سوپاپ کنترلی برای عبور روغن در پشت پیستون دارد. این سوپاپ کنترلی به پیستون اجازه حرکت با مقاومت بسیار کم در زمان واکنش کمک‌فنر را می‌دهد. در زمان تراکم کمک‌فنر، هنگامی که میله روغن را جابجا می‌کند، فشار در لوله داخلی تولید می‌شود و به روغن اجازه می‌دهد تا از سوپاپ اصلی در ته سیلندر و از سوپاپ‌های با کنترل الکترونیکی در قسمت بالای سیلندر عبور نماید. گاز قابل تراکم در لوله خارجی در زمان تراکم، باعث جبران کردن حجم روغن جابجا شده توسط میله می‌گردد. در طی مرحله برگشت پیستون، روغن توسط یک سوپاپ کنترلی در زیر سوپاپ اصلی زیر پیستون، به لوله داخلی بر می‌گردد. باز کردن با بستن سوپاپ‌های بالای کمک‌فنر، باعث تراکم تغییر نیروی میرایی در زمان تراکم یا بازگشت پیستون خواهد شد. این نوع کمک‌فنر در خودروهایی مثل اینفینیتی Q50، اینفینیتی Q60، فورد فوکوس RS و ولوو S90 اسپرت مورد استفاده قرار گرفته است.