Амортизаторы, виды амортизаторов, устройство и принцип работы

Амортизаторы, виды амортизаторов, устройство и принцип работы

Многие водители считают, что амортизаторы — лишь средство обеспечения комфорта: в ответах на вопрос, какие элементы конструкции автомобиля влияют на безопасность движения, большинство обычно перечисляют тормоза, шины, рулевое управление, ремни и подушки безопасности, наконец, свет. А об амортизаторах не вспоминают. А ведь функции этого элемента подвески непосредственно связаны с обеспечением контакта колеса с дорогой, т. е. с управляемостью автомобиля и безопасностью движения.

В любой подвеске имеются упругие элементы, назначение которых — смягчать толчки и удары, чтобы они не передавались на кузов. Это могут быть рессоры, торсионы, пневматические, гидропневматические или резиновые подушки, но чаще всего это витые пружины. В ранних конструкциях автомобилей упругими элементами подвески обычно служили листовые рессоры, колебания которых довольно быстро гасились за счет значительного трения между листами. После второй мировой войны получила широкое распространение пружинная подвеска, в которой внутреннего трения почти нет.

При наезде на бугорок колесо автомобиля подбрасывает и пружина сжимается, поглощая энергию толчка. Затем она распрямляется — в подвеске начинается колебательный процесс, который угаснет, когда будет израсходована запасенная пружиной энергия. Жесткая пружина сжимается меньше, соответственно меньше поглощает энергии, но лучше передает толчки на кузов, снижая комфортабельность автомобиля. Чем мягче пружина, тем сильнее она сжимается и тем больше поглощает энергии. Если не принять специальных мер, запасенная энергия будет расходоваться медленно — только на преодоление внутреннего трения в пружине и подвеске. За это время автомобиль успеет наехать на бесчетное количество других бугорков и ямок; понятно, что возникшие колебания так и не затухнут и колесо будет беспорядочно подпрыгивать, то и дело теряя контакт с дорогой. Вот и пришлось для гашения колебаний вводить специальные элементы ходовой части — амортизаторы.

Если основная задача пружины — поглощать энергию толчков, то задача амортизатора — эту энергию рассеивать. Фрикционные и пружинные амортизаторы на современных легковых автомобилях полностью вытеснены гидравлическими.

Наиболее распространенная конструкция гидравлического амортизатора (на рис. первый слева) представляет собой два заполненных маслом соосных цилиндра, сообщающихся через систему клапанов. Во внутреннем рабочем цилиндре находится поршень, также снабженный клапанами. При работе подвески он перемещается, преодолевая сопротивление масла. Соответствующие клапаны, открываясь и закрываясь, позволяют маслу перетекать из пространства над поршнем под него и во внешний цилиндр — резервуар. Накопленная пружиной энергия рассеивается, превращаясь в тепловую, которая расходуется на нагрев масла. Параметры клапанов амортизатора подобраны таким образом, чтобы получить нужные характеристики демпфирования при ходе сжатия и ходе отдачи. Вязкость масла, заливаемого в амортизатор, должна обеспечивать его работоспособность в широком диапазоне температур.

Если поршень амортизатора перемещается в цилиндре с высокой скоростью, масло может вспениться, при этом изменится пропускная способность клапанов и характеристики амортизатора. Этот эффект можно значительно уменьшить, если в амортизатор под давлением ввести газ. Одна из конструкций газонаполненного амортизатора представлена на рисунке в центре. Здесь нет цилиндра-резервуара, а часть рабочего цилиндра заполнена азотом под высоким (25 бар) давлением. От масла азот отделен плавающим поршнем. Работает эта конструкция так же, как предыдущая, роль внешнего цилиндра амортизатора выполняет азот, который сжимается, компенсируя объем вытесненного масла. Давление газа не только предотвращает вспенивание масла, но и уменьшает время реакции амортизатора.

Существуют, впрочем, одноцилиндровые газовые амортизаторы без плавающего поршня, где маслу позволено вспениваться, а характеристики клапанов подобраны для работы с эмульсией. Такая конструкция короче, кроме того, ей не свойственно явление, которое иногда наблюдается в обычных амортизаторах высокого давления — при нарушении герметичности плавающего поршня масло выдавливает шток вверх и он может погнуться. Еще одно преимущество этого типа амортизаторов — при повышении температуры масла демпфирующие свойства ухудшаются в меньшей степени, чем у традиционных амортизаторов. Конечно, когда автомобиль стоит, эмульсия расслаивается, и сразу после начала движения амортизатор работает не совсем нормально, но его работоспособность восстанавливается очень быстро.

Другая разновидность газонаполненного ( газового ) амортизатора (на рис. справа) по конструкции почти не отличается от устройства, представленного на рисунке слева, но здесь верхняя часть цилиндра-резервуара заполнена азотом под низким (5 бар) давлением. Эта конструкция совмещает прочность и надежность гидравлического амортизатора с преимуществами газонаполненного и хорошо подходит для подвески MacPherson.

Некоторые виды амортизаторов, помимо своих прямых обязанностей, могут выполнять и дополнительные, например, выравнивать кузов перегруженного автомобиля. Для этого в их верхней части устанавливают гибкий полиуретановый элемент с прогрессивной характеристикой, по-существу, пружину. На ненагруженном автомобиле он лишь касается корпуса амортизатора и не влияет на его работу, а под нагрузкой сжимается, предотвращaя провисание кузова. В более сложных конструкциях этот элемент пневматический, а на корпусе амортизатора установлен штуцер, через который можно закачивать воздух, чтобы выровнять кузов. Сделать это можно в гараже перед поездкой или в пути, если имеется бортовой компрессор.

Перемещения подвески и кузова автомобиля, вызываемые неровностями дороги, имеют самый разнообразный характер, от единичных толчков до повторяющихся колебаний. И от амортизаторов требуются разные, порой взаимоисключающие характеристики. Например, на волнообразном покрытии могут возникать резонансные колебания подрессоренных масс автомобиля -от амортизаторов требуется максимальное демпфирование, чтобы сохранить контакт колес с дорогой. При однократных резких толчках демпфирование должно быть минимальным, тогда удар будет меньше передаваться на кузов. Этим противоречивым требованиям удовлетворяют регулируемые амортизаторы, демпфирующие характеристики которых можно изменять в зависимости от дорожных условий. Управление жесткостью амортизатора осуществляется за счет изменения давления газа или параметров перепускных клапанов. В простых вариантах это можно сделать с водительского места переключателем, имеющим несколько положений. В более сложных подвеска оснащается набором датчиков ускорений, а управление берет на себя компьютер. Такая подвеска, которая называется адаптивной, способна мгновенно приспосабливаться к изменениям дорожных условий, но рассмотрение подобных конструкций выходит за рамки этой статьи, кроме того, адаптивные подвески для массовых автомобилей пока слишком дороги.

Пружины теряют упругость и постепенно проседают. При этом снижается резонансная частота колебаний кузова (вот почему стало укачивать жену), уменьшается дорожный просвет, нарушаются углы установки колес, нагрузка становится асимметричной. Даже если амортизаторы находятся в идеальном состоянии, проседания пружин это не компенсирует, да и сами амортизаторы будут работать ненормально.

Сами же амортизаторы изнашиваются, в первую очередь, за счет нарушения герметичности клапанов и уплотнений, при этом немалую роль играет состояние поверхности штока. А чем изношеннее амортизатор, тем хуже сцепление колес с дорогой. Последствия очевидны — ухудшение управляемости, увеличение тормозного пути, повышенный износ практически всех узлов трансмиссии и подвески, пятнистый износ шин, дискомфорт и повышенная утомляемость водителя и пассажиров. Однако снижение демпфирующих свойств амортизаторов происходит постепенно, и водитель к нему привыкает, приспосабливая манеру вождения к степени износа. Часто даже очевидное ухудшение сцепления колес с дорогой списывается на все, что угодно, но только не на амортизаторы. Конечно, когда дело доходит до ударов об ограничители, игнорировать их трудно, но это случается, когда амортизаторы уже вышли из строя.

Ресурс амортизаторов не слишком велик, ведущие западные производители настоятельно рекомендуют проверять их не реже, чем через каждые 20 тысяч километров. Правда, для этого нужен специальный стенд, который есть не на всякой станции техобслуживания — даже фирменной. На глазок — это не проверка. Но все же помните, что при исправном амортизаторе через 2 цикла колебаний подвески на собственной резонансной частоте амплитуда отклонения колеса должна снижаться в 5 раз. Если и это кажется слишком сложным, качните каждый угол машины по вертикали. Если кузов совершит не более одного колебания, об исправности амортизаторов это еще не говорит. Но если колебаний несколько — амортизаторы давно пора менять.

Менять лучше всего на родные. Но здесь есть одна тонкость. Некоторые автопроизводители для замены рекомендуют другие модели амортизаторов по сравнению с первоначальными -учитываются изменения характеристик пружин. Выпускают амортизаторы не так много специализированных фирм, есть каталоги взаимозаменяемости, по которым можно подобрать подходящее изделие другого производителя. У владельцев подержанных машин часто возникает естественное желание сэкономить — приспособить амортизаторы от другого, например, отечественного автомобиля. Иногда амортизаторы подходят по размерам, или можно что-нибудь в них надставить или отрезать. Делать это категорически не советуем — даже если размеры амортизатора удастся подогнать, демпфирующие характеристики наверняка не совпадут. А это ведет к ухудшению управляемости и снижению уровня безопасности. Уважаемые водители, помните, — жизнь дороже !

Автомобильные амортизаторы

Амортизатор можно с уверенностью назвать важнейшим компонентом подвески любого автомобиля. Без этого небольшого узла езда была бы просто невыносимой по причине непрерывной вертикальной раскачки кузова автомобиля. Автомобильный амортизатор играет роль своеобразного демпфера, гасящего колебания пружин, рессор или торсионов .

Масса кузова автомобиля распределяется на пружины подвески таким образом, что последние постоянно сжаты на определенную величину в зависимости от веса машины и жесткости пружин. Таким образом, каждое колесо автомобиля имеет возможность перемещаться как вверх, так и вниз относительно кузова. За счет этого достигается постоянный контакт каждого колеса с дорожным покрытием независимо от того попадает колесо на кочку или в яму.

Но если бы не было амортизатора, то контакт с дорогой не был бы постоянным из-за колебаний пружин. Многим автолюбителям, наверное, знакомы ощущения, когда колеса машины начинают подпрыгивать на малейшей неровности и даже на скорости от 30 км/ч чувствуется ухудшение контроля над автомобилем. Такие симптомы как раз говорят о вышедшем из строя амортизаторе. Из всего вышесказанного можно понять, что амортизатор служит для гашения излишних колебаний пружин и обеспечения постоянного контакта колес с дорожным покрытием.

Разновидности амортизаторов

Если спросить любого водителя о том, какие типы амортизаторов ему известны, то ответ будет примерно таков: масляные, газо-масляные и газовые. И это в корне неверно, так как абсолютно во всех автомобильных амортизаторах присутствует масло или другая жидкость (об этом позже). Более корректно амортизаторы можно разделить на масляные и газовые. И если не затрагивать всевозможные пневматические и регулируемые подвески, то амортизаторы бывают одно- и двухтрубные .

Двухтрубный масляный (гидравлический) амортизатор

Гидравлический двухтрубный амортизатор является самым простым, самым дешевым и, к сожалению, самым нестабильным. Двухтрубный амортизатор состоит из следующих компонентов:

• цилиндрический корпус (резервуар);
• рабочий цилиндр;
• клапан прямого хода (сжатия) встроенный в рабочий цилиндр;
• поршень;
• клапан обратного хода (отбоя) встроенный в поршень;
• шток;
• кожух.

Рабочий цилиндр расположен в корпусе амортизатора, который служит одновременно резервуаром и наполнен определенным количеством масла. Поршень соединен со штоком и располагается в рабочем цилиндре. Принцип работы такого амортизатора весьма прост. При работе на сжатие, поршень со штоком движется вниз и вытесняет масло через клапан прямого хода из рабочего цилиндра в корпус амортизатора. При этом воздух, который находится в верхней части резервуара, немного сжимается. При работе на отбой, поршень движется в обратном направлении и через клапан обратного хода перепускает масло из корпуса в рабочий цилиндр.

Как видно, ни конструкция, ни принцип работы не вызывают вопросов – все предельно просто. Но не может быть все одновременно просто и эффективно. У гидравлического амортизатора имеется ряд серьезных недостатков. Главным недостатком является нагрев. Как известно гашение одной энергии порождает возникновение другой, так и в амортизаторе – компенсированные колебания пружины превращаются в тепловую энергию и масло соответственно нагревается.

Из-за двухтрубной конструкции и сравнительно малого объема, масло быстро нагревается, но плохо охлаждается . Данная проблема автоматически порождает следующую – вспенивание масла . Бороться с этим никак нельзя, но бывалые автолюбители очень часто пытаются избавиться от аэрации, путем заполнения нового амортизатора маслом что называется «под завязку». Конечно же, это в корне неправильно и лишнее масло определенно отыщет путь на волю, что приведет к преждевременному выходу из строя амортизатора. Аэрация – это болезнь масляных амортизаторов и с этим остается только смириться.

Двухтрубный газовый амортизатор

Такие амортизаторы, как правило, и называют «газо-масляными». Никаких конструктивных отличий от простого гидравлического амортизатора нет. Разница состоит лишь в том, что в полость корпуса амортизатора закачивается газ (чаще азот) вместо воздуха. Газ является своеобразным аккумулятором давления и препятствует вспениванию масла. Но проблема нагрева и как следствие – разжижения масла остается неизменной. Покупая в магазине газонаполненный амортизатор, его очень легко отличить от гидравлического. Шток газонаполненного амортизатора постоянно стремится выйти наружу.

Однотрубный газовый амортизатор

Это и есть те самые «газовые» амортизаторы, которые всегда в особом почете у всех водителей. Но и в них имеется все то же масло, которое правда не контактирует с газом. Конструкция однотрубного амортизатора несколько отличается от старшего собрата и включает в себя следующие компоненты:

• корпус амортизатора;
• шток;
• поршень, соединенный со штоком и оснащенный двумя клапанами – прямого и обратного хода;
• поршень-поплавок, отделяющий масло от газа.

Различия налицо – в этом амортизаторе отсутствует рабочая камера, потому как ее роль исполняет корпус. Однотрубный амортизатор делится на две камеры при помощи поршня-поплавка. В нижней части закачан все тот же азот, но уже под большим давлением, а верхняя часть заполнена маслом, в котором и перемещается основной поршень со штоком. Так как рабочая камера была исключена из конструкции, то клапан прямого хода расположился на поршне рядом с клапаном отбоя.

Однотрубная конструкция позволила значительно увеличить объем масла и газа при этом, не меняя размеров самого амортизатора. Данное усовершенствование помогло избавиться от нагрева, а разделение газа и масла избавило от вспенивания последнего. Но данный тип амортизатора, конечно же, имеет некоторые недостатки. Жесткость амортизатора изменяется в зависимости от нагрева газа – чем горячее газ, тем жестче подвеска . Но главным недостатком является то, что при повреждении корпуса (вмятина), поршень просто заклинит внутри и амортизатор мгновенно придет в негодность. Тем не менее, как показывает практика, такие случаи встречаются крайне редко.

Из последних новинок можно отметить весьма интересный амортизатор представленный концерном General Motors. Конструкция этого амортизатора практически ничем не отличается от стандартного однотрубного, но вместо масла он заполнен особой жидкостью, содержащей магнитные частицы. Уникальность данной жидкости состоит в том, что она под воздействием магнитного поля, генерируемого электромагнитами способна изменять вязкость. Причем вязкость меняется за доли секунды, что позволяет подвеске мгновенно подстраиваться под особенности дорожного покрытия.

Новый амортизатор успешно прошел ряд тестов и уже устанавливается на Chevrolet Corvette и Cadillac Seville. Вполне возможно, что за такими амортизаторами стоит будущее, потому как конструкция предельно проста и одновременно весьма эффективна. Недостатком является лишь слишком высокая стоимость жидкости но, как известно, все новые разработки вначале были недоступны рядовому потребителю.

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

Электрические гидроопоры двигателя. Принцип работы электрогидравлических опор.

Всем доброго времени суток!
Решил заменить гидроопоры двигателя и наступил на очень большие грабли. Каталожных номеров для моей A4 2.5TDI — это электрическая гидроопора 8E0 199 379 AC и 8E0 199 379 E, но их нигде нет в наличии и давно нет. Почитав форумы, нашел замену с номером 8E0 199 379 BJ, но цена данной гидроопоры начинается с 6 000 руб и аналогов нет. Ради интереса начал искать информацию по теме, чем отличаются электрические от не электрических и нашел, где описывался принцип работы электрической гидроопры, а я то думал, что там внутри просто датчик стоит на случай выхода из строя, как на тормозных колодках. Так же многие кто поставил на дизель не электрические гидроопоры, а гидроопоры, которые идут к бензиновым двигателям, жаловались на большую вибрацию, не говоря уже о тех кто поставил не оригинальные с бензиновой версии двигателя, там вообще был ахтунг. А вся проблема заключается в принципе работы электрогидравлических опор.

Принцип действия электрогидравлических опор
1. На холостом ходу — мягкая.
В режиме холостого хода, то есть при оборотах двигателя до 1100 об/мин, опора мягкая. За счёт небольших высокочастотных колебательных движений двигателя гидравлическая жидкость в верхней полости находится под давлением в соответствии с колебаниями двигателя. Небольших колебательных движений двигателя недостаточно для того, чтобы протолкнуть гидравлическое масло через канал форсунки. Поэтому давление действует на резиновую мембрану. Она деформируется и выталкивает воздух через открытый воздушный канал.
2. В движении — жесткая.
В режиме движения, то есть при оборотах двигателя выше 1100 об/мин, опора жёсткая. В режиме движения небольшие и большие низкочастотные колебательные движения двигателя накладываются друг на друга. Блок управления двигателя закрывает электромагнитный клапан. Поэтому выход воздуха из-под резиновой мембраны невозможен, что приводит к образованию воздушной подушки. Эта воздушная подушка оказывает сильное сопротивление давлению гидравлического масла в опоре. Теперь масло выталкивается в нижнюю полость через канал форсунки. Резиновый гофрированный чехол деформируется, за счёт этого происходит гашение сильных колебаний двигателя. Малые колебания двигателя воспринимает резиновая мембрана.

Выводы.
Дизельные двигатели имеют бОльшую вибрацию, чем бензиновые, поэтому на них и используют электрогидравлические опоры. Читая форумы, наткнулся на интересный факт, что на первых оллроудах иногда попадаются мои подушки 8E0 199 379 E, а по каталогу они к ним не идут, а идут с номером 4B0 199 379 E, то есть по сути на мою могут подойти электрические гидроопоры от оллроуда, которые в оригинале на 1 т.р. дешевле и имеют много аналогов от разных фирм включая Lemforder и Meyle. К сожалению с повышением курса доллара и евро цены на автозапчасти взлетели уже на 30% и я пока не определился оригинал буду брать или аналог, но точно решил, что попробую подушки от оллроуда.

Вибрации двигателя: Вибромассаж в цену не входит

Силовой агрегат крепится к кузову на эластичных опорах. Они поглощают вибрации, чтобы те не передавались на кузов и не становились источниками неприятного шума в салоне. Кроме того, опоры защищают мотор от резких ударов, когда машина движется по неровной дороге.

Наиболее распространенный и дешевый вариант — резинометаллические опоры. Название говорит само за себя: две пластины и резиновая проставка между ними. Иногда для большей жесткости внутри подушек устанавливают пружины, а для смягчения ударов — буферы. Такие довольно простые элементы эффективно гасят колебания далеко не во всем рабочем диапазоне двигателя.

Более гибко реагируют на изменение оборотов гидравлические опоры. На минимальных оборотах для эффективного гашения колебаний подушка должна быть мягкой. С ростом оборотов при движении автомобиля увеличивается амплитуда колебаний — в этом случае надо, чтобы подвеска двигателя стала жестче.

Принципом действия гидроопора напоминает обычные амортизаторы. Колебания гасит рабочая жидкость, перетекающая из одной камеры в другую. Они заполнены пропиленгликолем (в народе — антифриз). При малых перемещениях силового агрегата (работа мотора на холостом ходу) колебания сглаживает подвижная мембрана — мягкая опора демпфирует вибрации двигателя, передаваемые на кузов.

Растут обороты коленвала и скорость — вместе с ними увеличивается и амплитуда колебаний. Мембрана уже не справляется с возросшей нагрузкой, и в работу вступает дроссельное устройство. Под давлением жидкость через его каналы перетекает из верхней камеры в нижнюю — жесткость и энергоемкость опоры увеличиваются.

Принцип работы современной гидроопоры с механическим управлением:

а) на холостом ходу, опора мягкая:

Принцип работы современной гидроопоры с механическим управлением

1 — нижняя (расширительная) камера;

2 — дросселирующий канал;

3 — верхняя (рабочая) камера;

4 — подвижная мембрана;

5 — корпус гидроопоры;

6 — канал демпфирующей жидкости.

б) в движении, опора жесткая:

в движении, опора жесткая

Гидроопоры для каждой модели двигателя настраивают отдельно. Рабочую характеристику задают, изменяя диаметр и длину канала дросселирующего устройства. Существуют варианты «подушек» с электронным контролем, они сложнее по конструкции, зато быстрее реагируют на изменения режимов.

Для примера возьмем опоры с электровакуумным приводом. Блок управления двигателем получает информацию с датчика положения коленвала, учитывает скорость автомобиля и подает питание на электромагнитный клапан трубопровода, идущего от впускного коллектора к опоре. Появившееся разрежение вытягивает мембрану демпфера и открывает канал, по которому жидкость перетекает из верхней камеры в нижнюю — в этом случае подушка мягкая.

Поднялись обороты двигателя, автомобиль тронулся с места — электроника перекрывает вакуумный канал и соединяет его с атмосферой. Разрежение в опоре падает, под действием атмосферного давления мембрана поднимается вверх и запирает отверстие между верхней и нижней камерами. Единственный оставшийся у жидкости путь — через спиральные каналы дросселирующего устройства. При этом сопротивление растет, соответственно жесткость подушки увеличивается, что позволяет эффективно противостоять вибрациям большей амплитуды — например, при движении по неровной дороге.

Принцип работы гидроопоры с электронным управлением:

а) на холостом ходу, опора мягкая:

на холостом ходу, опора мягкая

1 — мембрана демпфера;

2 — нижняя (расширительная) камера;

3- дросселирующий канал;

4 — верхняя (рабочая) камера;

5- корпус гидроопоры;

6- спиральный канал дроссельного устройства;

7 — штуцер для подачи разрежения.

б) в движении, опора жесткая:

в движении, опора жесткая

Существует аналогичная конструкция с электронным управлением, но без вакуумной магистрали. На минимальных оборотах канал, соединяющий воздушную полость подушки с атмосферой, открыт. При колебаниях силового агрегата рабочая жидкость свободно перетекает из верхней камеры в полость над воздушным каналом и обратно. При этом мембрана легко прогибается и вытесняет излишки воздуха наружу. При движении электромагнитный клапан перекрывает канал, соединяющий воздушную полость с атмосферой. Резиновая мембрана воздушной камеры перестает прогибаться, и жидкость начинает просачиваться из верхней в нижнюю полости через дросселирующее устройство.