Как работает газовый амортизатор авто
Какие амортизаторы лучше, газовые или масляные или газомаслянные
Применение амортизаторов в автомобиле
Прежде, чем мы затронем тему особенностей эксплуатации газовых и масляных амортизаторов нам просто необходимо ознакомиться с принципом их работы. Классическая схема размещения амортизаторов на автомобиле, это по амортизатору на каждое колесо. Лучше даже сказать по амортизатору на точку опоры автомобиля. Иногда, для каждой точки опоры, используются по два и более амортизатора, но это частный случай и он в данном случае не принципиален.
Так вот, амортизатор располагаясь у точки опоры (у колеса), между подвеской и кузовом, фактически является демпфирующим элементом. Многие скажут, что таким элементом является пружина (рессоры) и будут в этом абсолютно правы. Но пружина не может так эффективно и быстро гасить колебания после проезда неровностей, так как, по сути, работает лишь только в одном направлении, а вот амортизатор, как раз в противоположном ей. Для того, чтобы вам было все наглядно и понятно, мы привели рисунок, который и поясняет воздействие от пружины, амортизатора и кузова при движении. Вернее при проезде через неровности и возникновении колебаний кузова.
Фактически, пружина имеет значительное сопротивление лишь при ее сжатии в подвеске, а вот при растяжении она не способна сколь либо эффективно участвовать в гашении колебаний. Амортизатор наоборот, довольно значительно гасит колебания при «растяжении» подвески, и минимально влияет на ее «сжатие».
Теперь когда мы знаем о том, что амортизатор участвует в гашении колебаний от кузова при его раскачивании, разберемся в том, как это ему удается.
Принцип работы амортизаторов
Принцип работы амортизатора заключается в следующем. Конструктивно амортизатор представляет из себя цилиндр, с поршнем внутри. На поршне выполнены обратные клапана, с разным проходным сечением, соответственно с разной пропускной способностью. В одном направлении расход проходимой среды (например масла) будет значительный, и вы конечно догадались, что это при сжатии амортизатора. Во втором случае, при его растяжении, клапана настроены так, что ограничивают расход, тем самым сопротивляясь растяжению амортизатора.
В качестве демпфирующих элементов в самом амортизаторе могут применяться воздушные камеры, которые будут гасить резкие внутренние колебания и удары при перемещении поршня внутри корпуса цилиндра амортизатора. Принцип реализации таких камер в амортизаторе может быть различным, но суть одна. Они не только гасят колебания, но и обеспечивают лучшую равномерность хода по изменяющемуся усилию, при работе амортизатора. Кроме того, газовые камеры в амортизаторе меняют свою жесткость по нелинейному закону, то есть их жесткость увеличивается при растяжении или сжатии, что не характерно для жидкостей.
Именно такие амортизаторы, с газовыми камерами, и называют газовыми амортизаторами.
Различия и особенности амортизаторов масляные или газовые (газомаслянные)
Внимательные уже обратили внимание на то, что мы рассказали и о масляных и газовых амортизаторах, но ничего не упомянули о газомаслянных. И это верно, если стремиться до конца к четкой определенности, то фактически здесь мы немного слукавили. Ведь газомаслянный амортизатор фактически и является газовым. Чисто газовых амортизаторов не бывает, а бывают со смешанным видом среды с газом и маслом. Кто-то их называет газовыми амортизаторами, а кто-то газомасляными, но по большому счету, это одно и тоже.
Вот теперь, когда мы немного узнали о газовых и масляных амортизаторах можно сделать и определенные выводы. Многие уже способны их сделать и без нас, но мы все же хотели бы логически завершить нашу статью.
Итак, масляные амортизаторы, как мы уже все поняли, более жесткие, так как имеют в своем составе лишь одну рабочую среду – масло (жидкость). Масло это жидкость и как все жидкости практически несжимаемо, в итоге, ход и усилие амортизатора будет зависеть только от расхода среды, через обратные клапаны в поршне цилиндра амортизатора. Масляный амортизатор будет более жесткий и менее инерционный в отношении его перемещения.
Газовые амортизаторы будут мягче, так как вторая рабочая среда амортизатора – газ, сама по себе сжимаема, хоть и находится под давлением. В итоге, она также будет участвовать и в плавности хода и в усилии на штоке амортизатора. То есть амортизатор получиться более мягкий и более инерционный в отношении перемещения штока. Самой главной особенностью газового амортизатора будет его возможность изменять свойства в зависимости от дороги, за счет газовой камеры, то есть, как мы уже говорили, проявлять свою нелинейность при работе. Если так можно сказать, то газовый амортизатор будет более эластичен, так при проезде неровностей будет более мягок, но при значительных перемещениях штока, будет резко увеличивать свою жесткость. Именно широкий и при этом изменяющийся диапазон работы газового амортизатора является его самым большим плюсом.
Несмотря на все что мы писали выше, стоит сказать, что производители амортизаторов все делают иначе. Газовые амортизаторы получаются более жесткими, а маслянные более мягкими. Все это связано с настройками клапанов, объемами камер в амортизаторе и другими конструктивными особенностями.
Какие амортизаторы лучше, масляные или газовые (газомаслянные)
Если говорить рекомендательно, то выбор амортизаора должен совпадать с рекомендациями производителя для данного автомобиля, так как он должен обеспечивать должное усилие сопротивления, чтобы эффективно и успешно работать. Не стоит экспериментировать не с штатными амортизаторами или амортизаторами с сильно разнящимися от штанных по характеристикам. Любой грамотный автопроизводитель, мало того, что рассчитывает подвеску, так еще и имеет значительный опыт в ее характеристиках и влияниях на них. Из этого следует, что оптимальным вариантом будет применение именно штатного амортизатора. Как правило, на любую модель можно найти штатные амортизаторы как масляные, так и газовые.
Если у вас есть разногласия с производителем, то более мягкие амортизаторы стоит применять для неровных дорог. Соответсвенно жесткие амортизаоры для ровных дорог — шоссе и ровного асфальтового покрытия.
Ресурс и стоимость газовых и масляных амортизаторов
Газовые амортизаторы более сложны. Во-первых, из за дополнительных демпфирующих камер с газом. Во-вторых, из-за применения уплотняющих поверхностей работающих с газом. Требования к таким уплотнениям более жесткие и исполнение соответственно более высокое.
Если говорить о ресурсе, то все прежде всего он будет зависеть от качества амортизатора. Хороший амортизатор способен «отходить» более 60000 км. Но если говорить о ресурсе между масляными и газовыми амортизаторами, при равном качестве товара, то масляный амортизатор однозначно более прост и более надежен.
Из-за более простой конструкции, цена масляного амортизатора будет процентов на 20, а то и более меньше, чем у газового.
Альтернативное мнение по поводу амортизаторов
Бытует мнение, что газовые амортизаторы наоборот более спортивные, так как более жесткие. Но мы лишь еще раз повторимся, что все зависит от настроек амортизатора. Тем не менее, при равных условиях, где применены идентичные материалы, размеры цилиндра и поршня, диаметр перепускных отверстий, а также одиноковый ход амортизатора, масляные будут все же «жестче» по ощущениям, а газовые более «мягкими», «плавными». Хотя производители настраивают газовые амортизаторы как более жесткие.
Немного статистики или интерсное об амортизаторах
По статистике, каждый четвертый автомобиль нуждается в замене амортизаторов. Изношенные амортизаторы негативно влияют на управляемость автомобиля, при этом порой и на те показатели, на которые мы с вами и не подумаем. На увеличивают тормозного пути, на сцепление с дорогой, на раскачивание и устойчивость автомобиля.
Амортизаторы газовые: что нужно знать
Начнем с того, что амортизатор является важным элементом в устройстве автомобиля. Если просто, основная задача амортизатора сводится к гашению колебаний пружин, которые неизбежно возникают при езде, передаются на кузов автомобиля и другие детали подвески.
Без амортизаторов или в случае их неисправности кузов машины сильно раскачивается, значительно ухудшается управляемость и устойчивость авто и т.д. Также задачей амортизатора является «прижимание» колеса к дороге.
Далее мы рассмотрим, что такое газовый амортизатор, принцип работы таких амортизаторов, их особенности и отличия, а также как правильно прокачивать газовые амортизаторы перед установкой на машину.
Амортизатор газовый: особенности
Прежде всего, чтобы лучше понимать, что такое газовый амортизатор, необходимо обратить внимание на общий принцип работы этого элемента в целом. Начнем с того, что амортизаторы бывают однотрубными и двухтрубными. Первым на автомобили стали устанавливать двухтрубный масляный амортизатор или амортизатор гидравлический.
Данное решение самое дешевое и простое в плане конструкции. Среди основных компонентов можно выделить:
Если коротко, рабочий цилиндр находится в корпусе амортизатора, выступающим резервуаром. Резервуар заполнен маслом. В свою очередь, поршень присоединен к штоку и находится в рабочем цилиндре.
Использование газа позволяет уменьшить интенсивность вспенивания масла, при этом газомасляные стойки все равно нагреваются, так как проблема нагрева масла никуда не делась. В свою очередь, шток газонаполненного амортизатора всегда немного «выталкивается» наружу, в отличие от масляного.
Конечно, масло не имеет контакта с газом, а сама конструкция такой стойки несколько иная. Устройство однотрубного газового амортизатора включает в себя следующие составные компоненты: корпус, шток и поршень, соединенный со штоком. Также поршень имеет два клапана (клапан прямого и обратного хода). Также имеется поплавок-поршень, который отделяет масло от газообразного наполнителя.
Данная конструкция позволяет закачать в тело амортизатора достаточно много масла и газа, при этом сам размер корпуса не меняется. Такая конструкция позволяет избежать нагрева масла, разделение газа и масла исключает его вспенивание, амортизатор стабильно работает на разных режимах.
Если говорить о минусах, как передние амортизаторы, так и задний амортизатор однотрубный отличаются достаточно большой жесткостью изначально. Более того, газ все равно нагревается во время работы стоек, что дополнительно увеличивает жесткость. Также, если корпус будет замят, поршень заклинивает внутри однотрубного амортизатора и стойка перестанет работать.
Какие амортизаторы лучше
Как может показаться на первый взгляд, лучшим решением при выборе амортизаторов для автомобиля однозначно будет газовый амортизатор.
С одной стороны, такая стойка более надежна, не «потеет» и не течет, отличается большим сроком службы. Также газовый амортизатор лучше прижимает колеса к дороге и эффективнее гасит колебания, что позволяет сохранить управляемость и устойчивость в нагруженных режимах и на высоких скоростях.
Однако на практике указанные преимущества далеко не всегда способны перекрыть один существенный недостаток газового амортизатора — излишнюю жесткость. На деле, такая жесткость при езде по плохим дорогам может стать основной причиной заметного снижения уровня комфорта при езде.
Особенно это актуально в том случае, если машина бюджетная и схема подвески стандартная для такого класса — обычный МакФерсон спереди и балка сзади вместо мягкой и комфортной «многорычажки». На таком автомобиле газовые амортизаторы зачастую работают жестко и шумно, все мелкие удары и дефект дорожного полотна передаются на кузов. В свою очередь, масляные стойки, особенно в сочетании с правильно подобранным профилем шины, позволят в значительной степени повысить комфорт.
Если же необходим некий компромисс между комфортом и управляемостью, в этом случае на передней оси можно установить газо-масляные стойки или газовые, тогда как амортизатор задний остается масляным. Также возможна схема, когда сзади ставятся двухтрубные газо-масляные амортизаторы, а спереди однотрубные «газовые».
Полезные советы
Отметим, что любые амортизаторы, причем независимо от их типа, перед установкой на машину нужно прокачать. При этом газовые амортизаторы обязательно следует привести в рабочее состояние перед установкой на авто.
Причина — из внутреннего цилиндра в наружный цилиндр при перевозке стойки может перетечь рабочая жидкость, тогда как во внутренний цилиндр проникает газ подпора.
Если не выполнить прокачку, амортизатор после установки будет стучать, произойдет разрушение клапанов и стойка быстро выйдет из строя. Если коротко, для простой прокачки амортизаторов нужно поставить стойку вертикально штоком вверх, затем аккуратно нажать на шток до упора, после чего удерживать шток около 3 секунд.
Главное, добиться того, чтобы ход штока был плавным, без рывков и провалов. В этом случае можно считать прокачку амортизаторов успешной. Прокачанные стойки следует поставить вертикально и не менять положения (не наклонять, не переворачивать) вплоть до самой установки на авто.
Еще добавим, что если из строя вышел только один амортизатор, замена все равно должна производиться парой, то есть менять нужно оба амортизатора на одной оси. Причина — новая стойка не будет работать точно так же, как и амортизатор с пробегом, при этом такая разница неизбежно скажется на устойчивости и управляемости автомобиля.
Подведем итоги
С учетом приведенной выше информации становится понятно, что газовые амортизаторы более надежны, чем аналоги, отличаются конструктивно, при этом имеют не только плюсы, но и минусы.
По этой причине перед выбором амортизаторов следует отдельно принимать во внимание все рассмотренные выше тонкости и нюансы, а также не забывать про особенности газовых амортизаторов. Только грамотный подход при выборе стоек на машину позволит получить оптимальный результат с учетом концертных требований и задач.
Газовые амортизаторы – зависит ли от них комфорт?
Все существующие виды устройств, гасящих колебания, подразделяются на масляные и газовые амортизаторы. Эти колебания возникают от действия подвески во время движения автомобиля, и объект внимания нашей статьи призван компенсировать их. В противном случае автомобиль будет сильно раскачиваться во всех направлениях, даже при небольшой скорости. Нарушается равновесие машины, и становится невозможно передвигаться с большой скоростью.
Принцип работы газового амортизатора и значение его прокачки
Принцип работы газового амортизатора основан на использовании газа в качестве действующего вещества. Газ с трудом проходит через маленькое отверстие между камерами, и шток замедляет свое возвратно-поступательное движение. В отличие от масляного, устройство газового амортизатора включает в свою конструкцию газ, закачиваемый под высоким давлением. Именно с помощью газа, помещенного в цилиндр, компенсируются колебания кузова.
Преимуществом газового агрегата является более высокое давление газа по сравнению с маслом, что обеспечивает ему дополнительную жесткость. Таким образом, происходит обеспечение наиболее надежного и устойчивого сцепления с покрытием дороги при передвижении на высокой скорости. С целью значительного увеличения срока службы необходима прокачка газовых амортизаторов перед установкой.
В результате прокачки ресурс этих агрегатов возрастает приблизительно на 40 %, они становятся способны выдерживать гораздо больший вес, чем масляные амортизаторы. Эта операция должна выполняться в строго вертикальном положении, при этом шток должен быть направлен вверх до того момента, пока он не будет установлен на свое место.
Следует обратить особое внимание, что амортизатор газовый двухтрубный, который не был прокачан, может привести к выходу из строя его поршневой системы. Причиной этому служит воздух, остающийся внутри гильзы.
Какие еще газовые амортизаторы могут быть в автомобиле?
Необходимо учитывать, что прокачка должна проводиться не менее двух или трех раз, некоторые виды амортизаторов требуют до 8 повторов. Таким образом, клапанный механизм предохраняется от заклинивания и других неисправностей. В настоящее время они используются не только в системе подвески автомобиля, но и в механизмах открывания различных частей кузова.
Например, амортизатор капота газовый не предназначен для больших нагрузок, поэтому его конструкция имеет отличия от обычных моделей. Он не должен быть слишком коротким, а в зимнее время следует избегать резких рывков. Теми же свойствами должен обладать газовый амортизатор крышки багажника. Здесь все зависит от того, какова интенсивность его эксплуатации. Данная конструкция как раз и предполагает частое использование багажного отделения. При условии его правильной эксплуатации это вполне долговечный механизм.
Как прокачать газовый амортизатор – полезные советы
Следует отметить и отрицательные свойства газовых амортизаторов, которые могут иметь решающее значение при выборе. Основным недостатком считается высокая цена, которая может превышать стоимость масляных вариантов в несколько раз. В случае выхода из строя газовая конструкция практически не подлежит ремонту и требует полной замены.
При движении по плохой и неровной дороге жесткость газового амортизатора может существенно повлиять на комфорт водителя и пассажиров. Кроме того, не все машины с мягкой подвеской, рассчитанные на масляный вариант, могут выдержать жесткие условия новой подвески, вплоть до получения серьезных повреждений.
Поэтому при выборе этих деталей следует, в первую очередь, учитывать реальные условия эксплуатации автомобиля. В противном случае вместо комфортной и безопасной езды может сложиться аварийная ситуация, с тяжелыми последствиями (как для машины, так и для водителя), которая повлечет за собой значительные материальные затраты. Несмотря на все это, если вы решились на это приобретение, описываем порядок действий, как прокачать газовый амортизатор.
Полезная статья о амортизаторах
Амортизаторы сегодня — это неотъемлемая часть подвески как на легковых, так и на грузовых автомобилях.
«Подвеска» автомобиля – общее понятие. Она служит для соединения колеса с кузовом автомобиля, но независимо от типа и конструктивных схем предназначена для обеспечения надёжного контакта колеса с поверхностью дороги и гашения колебаний кузова, вызванных неровностями дороги и инерционными силами при движении.
• При введении в подвеску упругого элемента (пружины или рессоры), толчок на кузов значительно смягчается, но вследствие инерции кузова колебательный процесс затягивается во времени, делая управление автомобилем трудным, а движение опасным. Автомобиль с такой подвеской раскачивается во всевозможных направлениях, и высока вероятность «пробоя» при резонансе (когда толчок от дороги совпадает со сжатием подвески в течение затянувшегося колебательного процесса).
• В современных подвесках, во избежание вышеперечисленных явлений, наряду с упругим элементом используют демпфирующий элемент – амортизатор. Он контролирует упругость пружины, поглощая большую часть энергии колебаний. При проезде неровности пружина, как и в предыдущем случае, сжимается. Когда же, после сжатия, она начнёт расширяться, стремясь превзойти свою нормальную длину, большую часть энергии зарождающегося колебания поглотит амортизатор. Продолжительность колебаний до возвращения пружины в исходное положение при этом уменьшится до 0,5 … 1,5 циклов.
Надёжный контакт колеса с дорогой обеспечивается не только шинами, основными упругими и демпфирующими элементами подвески (пружина, амортизатор), но и её дополнительными упругими элементами (буферы сжатия, резинометаллические шарниры), а также тщательным согласованием всех элементов между собой и с кинематикой направляющих элементов.
Таким образом, чтобы Ваш автомобиль «парил» над дорогой, между кузовом и дорожным полотном должны быть:
– шины
– основные упругие элементы
– дополнительные упругие элементы
– направляющие устройства подвесок
– демпфирующие элементы.
Шины первыми в автомобиле воспринимают неровности дороги и, насколько это возможно, в силу их ограниченной упругости, смягчают колебания от микропрофиля дороги.
Шины могут служить индикатором исправности подвески: быстрый и неравномерный (пятнами) износ шин свидетельствует о снижении сил сопротивления амортизаторов ниже допустимого предела.
Основные упругие элементы (пружины, рессоры) удерживают кузов автомобиля на одном уровне, обеспечивая упругую связь автомобиля с дорогой. В процессе эксплуатации упругость пружин меняется вследствие старения металла или из-за постоянной перегрузки, что приводит к ухудшению характеристик автомобиля:уменьшается высота дорожного просвета, изменяются углы установки колёс, нарушается симметричность нагрузки на колёса.
Пружины, а не амортизаторы удерживают вес автомобиля. Если дорожный просвет уменьшился и автомобиль «просел» без нагрузки, значит, пришло время менять пружины.
Дополнительные упругие элементы (резинометаллические шарниры или сайлентблоки, буферы сжатия) отвечают за подавление высокочастотных колебаний и вибраций от соприкосновения металлических деталей. Без них срок службы элементов подвески резко сокращается (в частности в амортизаторах: из-за усталостного износа клапанных пружин).
Регулярно проверяйте состояние резинометаллических соединений подвески. Поддерживая их работоспособность, Вы увеличите срок службы амортизаторов.
Направляющие устройства (системы рычагов, рессоры или торсионы) обеспечивают кинематику перемещения колеса относительно кузова. Задача этих устройств в том, чтобы сохранять плоскость вращения колеса (двигающегося вверх при сжатии подвески и вниз при отбое) в положении близком к вертикальному, т.е. перпендикулярно дорожному полотну.
Если геометрия направляющего устройства нарушена, поведение автомобиля резко ухудшается, а износ шин и всех деталей подвески, в том числе и амортизаторов, значительно ускоряется.
Отдельное внимание стоит уделить подвеске McPherson: во-первых, такая подвеска получила исключительное распространение на переднеприводных автомобилях, а во-вторых в этой подвеске амортизатор играет роль направляющего элемента и нагружен боковыми силами.
Демпфирующий элемент гасит колебания кузова, вызванные неровностями дороги и инерционными силами, а следовательно, уменьшает их влияние на пассажиров и груз. Он также препятствует колебаниям неподрессоренных масс (мосты, балки, колёса, шины, оси, ступицы, рычаги, колёсные тормозные механизмы) относительно кузова, улучшая тем самым контакт колеса с дорогой.
Амортизаторы, как демпфирующий элемент современной подвески, получили наибольшее распространение в силу сочетания эффективности в работе, надёжности и технологичности изготовления. Основной функцией амортизатора является обеспечение надёжного контакта колеса с дорогой, комфорта и безопасности.
Для выполнения своей функции амортизатор должен поглощать определённое количество энергии колебаний, и если точнее, то не поглощать, а преобразовывать её в тепловую. Количество поглощаемой энергии зависит от массы автомобиля, жёсткости пружины и частоты колебаний.
Работа гидравлического и гидропневматического амортизаторов основывается на двух основных свойствах жидкости: её несжимаемости и вязкости.
Все производимые в мире амортизаторы делятся на две группы:
• Гидравлические (или масляные)
• Гидропневматические (или газонаполненные)
Принцип работы гидравлического амортизатора достаточно прост. В рабочем цилиндре, заполненном специальной гидравлической жидкостью, перемещается шток с поршнем, имеющим точно калиброванную систему клапанов. Рабочие характеристики подбираются индивидуально для наилучшего гашения колебаний подвески каждого автомобиля.
Поясним формирование гидравлической характеристики амортизатора:
• Если все клапаны «намертво» закрыты, а прохождение гидравлической жидкости происходит только через обходной канал в поршне, получится абсолютно жёсткая линейная характеристика. Если включить в работу клапаны сообщения с компенсационной камерой – характеристика станет «мягче». Несимметричность объясняется тем, что клапан, открывающийся на «сжатии», имеет большее проходное сечение, чем клапан, работающий на «отбое».
• Если задействовать основные клапаны, расположенные в поршне, форма характеристики уже нелинейна и по мере открытия клапанов и увеличения общего проходного сечения каналов, становится всё менее «жёсткой».
Думая о настройке подвески, надо временно абстрагироваться от брендов и рекламных кампаний. Прежде всего надо решить, какой тип амортизаторов соответствует персональному концепту вашего драйва. Академические понятия функциональности амортизатора звучат весьма определенно – гасить вертикальные колебания. Кроме того, нельзя забывать и о влиянии амортизаторов на разгонную и тормозную динамику. Так, при разгоне автомобиль «приседает» назад, нагружая задние и разгружая передние колеса, снижая тем самым их сцепление с дорогой. При торможении наблюдается обратная картина. Основная нагрузка ложится на передние колеса, а задние лишь слегка притормаживают.
И в той и в другой ситуации идеальным было бы состояние, при котором автомобиль сохранял бы свое нормальное «горизонтальное» положение. Примерно та же картина и при маневрировании, но здесь нагрузка смещается не по осям, а по сторонам автомобиля. Резюмируя, можно сказать, что главной задачей амортизаторов является удержание колеса в постоянном контакте с дорогой во избежание потери контроля над автомобилем. Для чего колесо должно как можно мягче и четче обогнуть препятствие и так же четко и быстро вернуться на дорогу, обеспечивая необходимое сцепление. Современные тенденции сводятся к тому, что, к примеру, пружины или рессоры лишь поддерживают вес автомобиля. Всю остальную работу берут на себя именно амортизаторы, как более точный инструмент. Вот почему так важен их правильный выбор.
При работе амортизатора необходимо предусмотреть множество различных вариантов и характеристик его функционирования. Ведь дорога имеет куда более сложное покрытие, чем в теории, да и автомобиль едет не всегда по прямой. Нюансов очень много. К примеру, несколько последовательных кочек заставляют его работать прерывисто: не успев толком распрямиться, амортизатор снова должен работать на сжатие. Нужно обеспечить и комфортное обрабатывание мелких неровностей, а на крупных избежать полного сжатия амортизатора, грозящего его пробоем. Здесь, как нигде более, важен компромисс – оптимальный баланс между комфортностью и точной управляемостью. Следующая большая проблема – теплообразование. И чем выше вязкость жидкости или меньше перепускные отверстия поршня, тем выше жесткость амортизатора и больше выделяется температуры при его работе. Отвод тепла – очень важная задача. Но и минусовая температура доставляет немало проблем. При большом минусе масло, находящееся внутри амортизатора, может загустеть, что сделает амортизатор более жестким. Характеристики могут меняться до нескольких десятков процентов. В данном случае все решает правильный подбор масла. Далее вопрос – аэрация. Поскольку в современных амортизаторах наряду с маслом присутствует и некий газ, они могут смешиваться в процессе работы, и масло превращается в пену. А поскольку пена, в отличие от масла, может быть сжата, это резко снижает эффективность демпфирования. Не менее важный вопрос – расположение амортизаторов. Наиболее выгодное, с точки зрения работы, место – как можно ближе к колесу, точно перпендикулярно плоскости подвески. Установка амортизатора под углом (как это часто бывает) снижает его демпфирующую эффективность (отклонение от перпендикуляра подвески +/– 50О – эффективность амортизатора 68%). Все вышесказанное возводит амортизаторы с позиции банального (с точки зрения простого обывателя) автомобильного узла в сложнейшую и многогранную науку. И как в любой другой области, здесь также существуют различные конструкторские и компоновочные решения поставленных задач. По своей конструкции амортизаторы можно разделить на несколько основных типов. По архитектуре их принято делить на одно– и двухтрубные. По наполнению: жидкостные (гидравлические) и газовые (с гидравлическим газовым подпором). Существуют и чисто газовые амортизаторы, в которых используется очень высокое давление газа (порядка 60 атм), но они не столь распространены.
(Принципиальная схема двухтрубного гидравлического амортизатора)
Гидравлические двухтрубные амортизаторы – некогда самый распространенный и дешевый тип демпфирующих стоек. Они довольно просты по конструкции и не столь требовательны к качеству изготовления. Состоит такой амортизатор из двух трубок: рабочей колбы, где и находится поршень, и внешнего корпуса, предназначенного для хранения избыточного масла. Поршень перемещается во внутренней колбе, пропуская масло через собственные каналы и выдавливая часть масла через клапан, находящийся снизу колбы. Этот клапан иногда называют клапаном сжатия, поскольку зачастую он отвечает за перетекание масла именно в данном такте. Эта часть жидкости просачивается в полость между колбой и внешним корпусом, где сжимает воздух, находящийся при атмосферном давлении в верхней части амортизатора. При движении назад задействуются клапана самого поршня, регулируя усилие на отбой. Длительное время именно такая конструкция превалировала на рынке амортизаторов. Но годы эксплуатации выявили ряд ее недостатков. Основным минусом является вышеупомянутая аэрация. Особенно при интенсивной работе такого амортизатора. Замена воздуха азотом (азот, будучи инертным газом, не давал деталям амортизатора корродировать, в отличие от воздуха) несколько улучшила его работу, но не решила проблему полностью. Кроме того, такие амортизаторы, имея фактически двойной корпус, хуже охлаждаются, что также отрицательно сказывается на их работе. С другой стороны, если делать их большего диаметра, удается повысить демпфирующие характеристики, одновременно снижая рабочее давление и, как следствие, температуру.
…плюс газ
(Принципиальная схема регулируемого двухтрубного гидравлического амортизатора с газовым подпором (на примере конструкции амортизаторов фирмы Koni) )
Такие гидропневматические амортизаторы имеют схожую конструкцию и принцип действия с обычными гидравлическими двухтрубными стойками. Основное отличие в том, что вместо воздуха под атмосферным давлением находится инертный газ (чаще азот) под некоторым давлением (от 4 до 20 атм и более, в зависимости от назначения). Это и есть так называемый газовый подпор. Значение давления газа может быть различным для разных условий эксплуатации автомобиля. Кстати, чем больше диаметр патрона, тем меньшее необходимо давление газового подпора. Оно может различаться также для передних и задних амортизаторов. Чем же помогает газовый подпор? Прежде всего – пресловутая аэрация. Будучи под давлением, газ не смешивается с маслом столь сильно, как в предыдущем случае, улучшая работу амортизатора. Но полностью данная проблема не решена и здесь. Кроме снижения аэрации масла, газовый подпор способствует поддержанию автомобиля, выполняя роль дополнительного демпфера. То есть, даже если пружины уже сжались бы, газовый заряд в амортизаторе удерживает правильное положение автомобиля, что положительно влияет на его управляемость. Такой конструктивный подход позволяет инженерам более гибко подходить к настройкам работы амортизатора, делая его более универсальным, чем обычные гидравлические. Общая проблема всех двухтрубных амортизаторов – невозможность установки «вверх ногами». Этому мешает наполняющий их газ.
(Регулируемый амортизатор системы CDC на автомобиле Opel Astra разработки ZF)
Такие амортизаторы, как следует из названия, имеют лишь одну колбу, которая является и рабочим цилиндром, и корпусом одновременно. Работают они так же, как и двухтрубные, но в данной конструкции газ находится в том же цилиндре и отделен от масла особым плавающим поршнем (так называемая схема De Carbon). Газ (чаще азот) находится в своей камере, отделенной от масла, под высоким давлением (20–30 атм). Однотрубные амортизаторы не имеют нижнего клапана сжатия, как двухтрубные. Это означает, что всю работу по управлению сопротивлением и при сжатии, и при отбое берет на себя поршень. В этой связи, несмотря на кажущуюся простоту этого узла, подбор его конструкции, размера, формы и количества отверстий является весьма сложной задачей. В целом такие амортизаторы имеют высокие рабочие характеристики. Они еще точнее держат автомобиль, способствуя лучшей управляемости. Кроме того, они эффективнее охлаждаются, поскольку воздухом обдувается непосредственно рабочий цилиндр. Плюс к этому в тех же габаритах, что и двухтрубные амортизаторы, внутренний диаметр рабочей колбы будет больше, равно как и диаметр поршня. Это означает больший объем масла, более стабильные характеристики и, опять же, лучшая теплоотдача. Но есть и минусы. В отличие от своих двухтрубных «коллег», однотрубные более уязвимы от внешних повреждений. Замятая колба однозначно приводит к замене стойки, тогда как двухтрубные имеют своего рода страховку, или, если можно так назвать, щит в виде внешнего цилиндра. К минусам можно отнести также высокую чувствительность однотрубных амортизаторов к температуре. Чем она выше, тем выше давление газового подпора и жестче работает амортизатор. С другой стороны, однотрубные стойки можно устанавливать как угодно, поскольку газ плотно отделен от масла плавающим поршнем. Кстати, именно это обстоятельство позволяет автопроизводителям, устанавливая такой амортизатор штоком вниз, снижать неподрессоренные массы. Здесь же нужно сказать и о том, что часто можно встретить амортизаторы с надетой на них пружиной. Этот вариант конструкции не относится исключительно к однотрубным стойкам. Просто так добавляется дополнительный упругий элемент, а порой он и вовсе заменяет основную пружину. Такие конструкции часто имеют возможность регулировки клиренса автомобиля. Подкручивая особую винтовую гайку на корпусе амортизатора, поддерживающую пружину снизу, можно поднять или опустить автомобиль, соответственно поджав либо отпустив пружину. Своего рода эволюцией однотрубных амортизаторов являются «однотрубники» с выносной компенсационной камерой. В них камера с газовым подпором вынесена за пределы самого амортизатора в отдельный резервуар. Такая конструкция позволяет, не увеличивая размеры самого амортизатора, увеличить объем и газа, и масла, что серьезно влияет на температурный баланс (они более эффективно охлаждаются) и стабильность характеристик. Плюс к этому имеют больший рабочий ход. Но еще больший эффект от выносной камеры в том, что на пути масла, перетекающего из основного рабочего цилиндра в допкамеру, можно установить систему клапанов, которые будут играть роль клапана сжатия, как в двухтрубной конструкции. Отделив друг от друга клапана, работающие на сжатие и отбой, можно заложить много диапазонов регулировки. Можно менять жесткость работы амортизатора для различных скоростей движения поршня, например малую, среднюю и большую. И позиций таких регулировок может быть 10 и более. Порой можно встретить и весьма экстравагантную систему с набором перепускных клапанов. Кроме большого внешнего резервуара, амортизатор облеплен несколькими трубками, на концах которых находятся регулировочные головки под гаечный ключ или отвертку. По этим трубкам масло перепускается из над– и подпоршневых камер друг в друга. Регулируя эти перепускные каналы, можно получить нужные характеристики работы амортизатора на определенных режимах или, если быть точным, положениях поршня. То есть такие амортизаторы чувствительны не только к скорости перемещения поршня, но и к его позиции внутри колбы. Кроме этого, наличие большего числа трубок, по которым проходит масло, способствует лучшему его охлаждению.
(Магнитная жидкость; Плоский поток (параболический профиль скорости перемещения))
Кроме примеров борьбы с явлением аэрации, были и другие варианты совершенствования конструкции таких амортизаторов. Так, например, компания Monroe, используя особые заостренные бороздки на стенках рабочей колбы, добивалась точной настройки характеристик амортизатора как для спокойной, так и для активной езды. Нужно отметить и примеры регулируемых амортизаторов, построенных по двухтрубной газонаполненной схеме. Стандартные амортизаторы также обладают возможностью регулировки, но для этого их необходимо разбирать. А есть варианты конструкций, предлагающие внешнюю регулировку жесткости. Так, фирма Koni применяет особый регулировочный штырь, проходящий через шток. Загнутый конец этого штыря, поворачивая особую эксцентриковую шайбу, создает дополнительную нагрузку на нижние пластины, позволяя настроить усилия хода отбоя. Ряд фирм осуществляют регулировку жесткости работы амортизатора схожим образом, но с использованием системы перепускных каналов в штоке, отвечающих за протекание масла, минуя дроссель. Интересный вариант регулировки жесткости предлагает фирма Kayaba. На ее амортизаторах серии AGX используется клапан, расположенный сбоку амортизатора в нижней части стойки, также регулирующий перепускание масла в обход поршня. У конструкций с выносными резервуарами возможностей настройки, как было сказано выше, куда больше, но все это механические системы, требующие остановки и ручной корректировки. Такой вариант мало подходит к современным серийным автомобилям, производители которых стремятся создать водителю и пассажирам максимальный комфорт и удобства. Для этих целей разрабатываются новые варианты амортизаторов, имеющих автоматические регулировки жесткости. Первые такие устройства представляли собой сложнейшие гидравлические системы, работающие под высоким давлением и регулирующие характеристики работы амортизаторов посредством изменения давления масла в рабочем цилиндре. В настоящее время им на смену пришли иные устройства, позволяющие изменять характеристики работы амортизаторов посредством электрических клапанов, причем как в ручном, так и в автоматическом режиме. В качестве примера можно привести систему CDC (Continuous Damping Control – непрерывный контроль демпфирования) фирмы ZF, использованную на автомобиле Opel Astra. Здесь применена схема обычного двухтрубного амортизатора с газовым подпором. Регулировка усилия на сжатие и отбой осуществляется посредством двух электромагнитных клапанов, установленных сбоку в нижней части амортизатора и внутри самого поршня. Процессорное управление отслеживает множество параметров (скорость, вертикальное ускорение каждого колеса, угол поворота руля и т. д.) и регулирует жесткость по каждому из амортизаторов в отдельности. Есть и куда более изящная разработка, имеющая, на мой взгляд, весьма радужные перспективы. В прошлом году компания General Motors представила магнитные амортизаторы на моделях Cadillac Seville и Chevrolet Corvette. Совместно с корпорацией Delphi была разработана система MRC (Magnetic Ride Control – магнитный контроль перемещения). В данной системе отсутствуют привычные способы регулировки усилия. Всю работу берет на себя магнито-реологическая жидкость. Эта жидкость работает как и в обычных амортизаторах, но при этом под воздействием электромагнитного поля, генерируемого специальными электромагнитными катушками, она способна менять свою вязкость. Причем менять с частотой 1000 раз/сек, и регулировка происходит фактически мгновенно. Реакция системы занимает всего одну миллисекунду. Нет ни двигателей, ни соленоидов, ни каких бы то ни было сложных клапанных систем. Такой магнитный амортизатор проще своих классических «коллег», но, к сожалению, пока не дешевле. Виной тому все еще высокая стоимость устойчивых к расслоению магнито-реологических жидкостей с достаточно широким температурным диапазоном работы. Но очень похоже, что будущее за подобной схемой. Уж очень много преимуществ. Упрощаются сам амортизатор и подвеска. Исключается необходимость в стабилизаторах поперечной устойчивости. Потрясающие возможности контроля жесткости подвески. Много плюсов.