Конструкція і пристрій амортизатора

Правильний підбір амортизаторів в налаштуванні підвіски автомобіля - процес складний і компромісний. Близька до спортивних характеристикам жорстка підвіска гарантує мінімальні крени і бажаний контакт з дорожнім покриттям. І це добре.

Далі питання - аерація. Оскільки в сучасних амортизаторах поряд з маслом присутній і певний газ, вони можуть змішуватися в процесі роботи, і масло перетворюється на піну. А оскільки піна, на відміну від масла, може бути стиснута, це різко знижує ефективність демпфірування.

Не менш важливе питання - розташування амортизаторів. Найбільш вигідне, з точки зору роботи, місце - як можна ближче до колеса, точно перпендикулярно площині підвіски. Установка амортизатора під кутом (як це часто буває) знижує його демпфуючу ефективність (відхилення від перпендикуляра підвіски +/- 50 Про - ефективність амортизатора 68%). Все вищесказане зводить амортизатори з позиції банального (з точки зору простого обивателя) автомобільного вузла в складну і багатогранну науку. І як в будь-якій іншій області, тут також існують різні конструкторські та компонувальні рішення поставлених завдань. За своєю конструкцією амортизатори можна розділити на кілька основних типів. За архітектурі їх прийнято ділити на одно- і двотрубні. За наповненню: рідинні (гідравлічні) і газові (з гідравлічним газовим підпором). Існують і чисто газові амортизатори, в яких використовується дуже високий тиск газу (близько 60 атм), але вони не настільки поширені.

Принципова схема двотрубного гідравлічного амортизатора

газова порожнина
компенсаційна порожнина
порожнини робочого циліндра
донні клапани
поршневі клапани
поршень
циліндр
корпус
шток поршня

Гідравлічні двотрубні амортизатори - колись найпоширеніший і дешевий тип демпфуючих стійок. Вони досить прості за конструкцією і не настільки вимогливі до якості виготовлення. Складається такий амортизатор з двох трубок: робочої колби, де і знаходиться поршень, і зовнішнього корпусу, призначеного для зберігання надлишкового масла. Поршень переміщається у внутрішній колбі, пропускаючи масло через власні канали та видавлюючи частина масла через клапан, що знаходиться знизу колби. Цей клапан іноді називають клапаном стиснення, оскільки часто він відповідає за перетікання масла саме в даному такті. Ця частина рідини просочується в порожнину між колбою і зовнішнім корпусом, де стискає повітря, що знаходиться при атмосферному тиску у верхній частині амортизатора. При русі назад задіюються клапана самого поршня, регулюючи зусилля на відбій.

Тривалий час саме така конструкція превалювала на ринку амортизаторів. Але роки експлуатації виявили ряд її недоліків. Основним мінусом є вищезгадана аерація. Особливо при інтенсивній роботі такого амортизатора. Заміна повітря азотом (азот, будучи інертним газом, не давав деталей амортизатора корродировать, на відміну від повітря) дещо покращила його роботу, але не вирішила проблему повністю. Крім того, такі амортизатори, маючи фактично подвійний корпус, гірше охолоджуються, що також негативно позначається на їх роботі. З іншого боку, якщо робити їх більшого діаметру, вдається підвищити демпфирующие характеристики, одночасно знижуючи робочий тиск і, як наслідок, температуру.

Гідравліка + газ

Такі гідропневматичні амортизатори мають схожу конструкцію і принцип дії зі звичайними гідравлічними двотрубними стійками. Основна відмінність в тому, що замість повітря під атмосферним тиском знаходиться інертний газ (частіше азот) під деяким тиском (від 4 до 20 атм і більше, в залежності від призначення). Це і є так званий газовий підпір. Значення тиску газу може бути різним для різних умов експлуатації автомобіля. До речі, чим більше діаметр патрона, тим менше необхідно тиск газового підпору. Воно може відрізнятися також для передніх і задніх амортизаторів.

Чим же допомагає газовий підпір? Перш за все - горезвісна аерація. Будучи під тиском, газ не змішується з маслом настільки сильно, як в попередньому випадку, покращуючи роботу амортизатора. Але повністю дана проблема не вирішена і тут. Крім зниження аерації масла, газовий підпір сприяє підтримці автомобіля, виконуючи роль додаткового демпфера. Тобто, навіть якщо пружини вже стиснулися б, газовий заряд в амортизаторі утримує правильне положення автомобіля, що позитивно впливає на його керованість. Такий конструктивний підхід дозволяє інженерам більш гнучко підходити до налаштувань роботи амортизатора, роблячи його більш універсальним, ніж звичайні гідравлічні.

Загальна проблема всіх двотрубних амортизаторів - неможливість установки «догори ногами». Цьому заважає наповнює їх газ.

клапан стиснення
розділовий поршень
газова порожнина
клапан віддачі
поршень
порожнину з робочою рідиною
шток поршня

Такі амортизатори, як випливає з назви, мають лише одну колбу, яка є і робочим циліндром, і корпусом одночасно. Працюють вони так само, як і двотрубні, але в даній конструкції газ знаходиться в тому ж циліндрі і відділений від масла особливим плаваючим поршнем (так звана схема De Carbon). Газ (частіше азот) знаходиться в своїй камері, відокремленої від масла, під високим тиском (20-30 атм).

Однотрубні амортизатори не мають нижнього клапана стиснення, як двотрубні. Це означає, що всю роботу по управлінню опором і при стисненні, і при відбої бере на себе поршень. У зв'язку з цим, незважаючи на уявну простоту цього вузла, підбір його конструкції, розміру, форми і кількості отворів є досить складним завданням. В цілому такі амортизатори мають високі робочі характеристики. Вони ще точніше тримають автомобіль, сприяючи кращої керованості. Крім того, вони ефективніше охолоджуються, оскільки повітрям обдувається безпосередньо робочий циліндр. Плюс до цього в тих же габаритах, що і двотрубні амортизатори, внутрішній діаметр робочої колби буде більше, так само як і діаметр поршня. Це означає більший обсяг масла, більш стабільні характеристики і, знову ж таки, найкраща тепловіддача.

Але є і мінуси. На відміну від своїх двотрубних «колег», однотрубні більш уразливі від зовнішніх пошкоджень. Застряглий колба однозначно призводить до заміни стійки, тоді як двотрубні мають свого роду страховку, або, якщо можна так назвати, щит у вигляді зовнішнього циліндра. До мінусів можна віднести також високу чутливість однотрубних амортизаторів до температури. Чим вона вища, тим вище тиск газового підпору і жорсткіше працює амортизатор. З іншого боку, однотрубні стійки можна встановлювати як завгодно, оскільки газ щільно відділений від масла плаваючим поршнем. До речі, саме ця обставина дозволяє автовиробникам, встановлюючи такий амортизатор штоком вниз, знижувати безпружинні маси.

Тут же потрібно сказати і про те, що часто можна зустріти амортизатори з одягненою на них пружиною. Цей варіант конструкції не відноситься виключно до однотрубним стійок. Просто так додається додатковий пружний елемент, а часом він і зовсім замінює основну пружину. Такі конструкції часто мають можливість регулювання кліренсу автомобіля. Підкручуючи особливу кручені гайку на корпусі амортизатора, що підтримує пружину знизу, можна підняти або опустити автомобіль, відповідно підібгавши або відпустивши пружину.

Свого роду еволюцією однотрубних амортизаторів є «однотрубнікі» з виносної компенсаційної камерою. У них камера з газовим підпором винесена за межі самого амортизатора в окремий резервуар. Така конструкція дозволяє, не збільшуючи розміри самого амортизатора, збільшити обсяг і газу, і масла, що серйозно впливає на температурний баланс (вони більш ефективно охолоджуються) і стабільність характеристик. Плюс до цього мають більший робочий хід. Але ще більший ефект від виносної камери в тому, що на шляху масла, що перетікає з основного робочого циліндра в доп. камеру, можна встановити систему клапанів, які гратимуть роль клапана стиснення, як в двотрубної конструкції. Відокремивши один від одного клапана, що працюють на стиск і відбій, можна закласти багато діапазонів регулювання. Можна міняти жорсткість роботи амортизатора для різних швидкостей руху поршня, наприклад малу, середню і велику. І позицій таких регулювань може бути 10 і більше. Часом можна зустріти і вельми екстравагантну систему з набором перепускних клапанів. Крім великого зовнішнього резервуара, амортизатор обліплений декількома трубками, на кінцях яких знаходяться регулювальні головки під гайковий ключ або викрутку. За цим трубкам масло перепускается з над- і підпоршневу камер один в одного. Регулюючи ці перепускні канали, можна отримати необхідні параметри роботи амортизатора на певних режимах або, якщо бути точним, положеннях поршня. Тобто такі амортизатори чутливі не тільки до швидкості переміщення поршня, а й до його позиції всередині колби. Крім цього, наявність більшої кількості трубок, по яких проходить масло, сприяє кращому його охолодженню.