Масляный, газонаполненный, газовый – какой амортизатор хотите?

А на пути появляются новые препятствия. Если бы не амортизаторы, предназначенные гасить колебания колес и кузова, автомобили вряд ли бы смогли ездить со скоростями, намного превышающими скорости конных экипажей. К слову, в наследство от конных экипажей первым автомобилям достались не только кузова, но и рессоры, предназначенные обеспечивать комфорт пассажиров. Рессоры воспринимали толчки от дорожных неровностей, а также за счет трения отдельных листов друг о друга гасили ненужные колебания. Поэтому в подвеске рессоры являлись одновременно упругими элементами и амортизаторами.

Такая универсальность рессор была хороша до определенных пределов. По мере увеличения скорости автомобилей рессорной подвеске потребовался помощник, который бы более эффективно боролся с колебаниями, вызванными проездом неровностей, и обеспечивал постоянный контакт колес с дорогой. А уж когда в подвеске помимо рессор начали применять пружины и торсионы, не являющиеся таким же универсальным инструментом, какими были рессоры, помощник стал просто необходим.

Классика жанра

Есть спрос – будет и предложение. Появилась телескопическая конструкция, состоящая из двух труб, вставленных друг в друга. Отсюда, кстати, одно из названий такого амортизатора – двухтрубный. Впрочем, в обиходе чаще всего подобные амортизаторы называют масляными, реже – гидравлическими. Ниже убедимся, что это не единственный казус в амортизаторной терминологии.

Внутренняя труба является рабочим цилиндром амортизатора, наружная – корпусом. Внутри рабочего цилиндра ходит поршень, который жестко прикреплен к штоку амортизатора. Шток связан с кузовом автомобиля, а корпус амортизатора – с подвеской.

В двухтрубном амортизаторе имеются две клапанные системы. Первая находится в поршне штока, вторая закреплена в нижней части рабочего цилиндра и называется донным клапаном. Этот клапан разграничивает рабочий цилиндр и компенсационный резервуар, коим является полость между наружной и внутренней трубами.

В зависимости от того, в какую сторону движется поршень, в работе амортизатора существуют два режима – ход сжатия и ход отбоя. Во время хода сжатия поршень идет вниз. При этом гидравлическая жидкость, которую обычно попросту называют маслом, из полости под поршнем через клапаны поршня перетекает в надпоршневую полость рабочего цилиндра, а также через донный клапан вытесняется в компенсационный резервуар. Клапанные системы настроены так, что проходные сечения клапанов изменяются в соответствии со скоростью движения поршня. Когда сжатие совершается резко, клапаны открываются полностью, чем предотвращается чрезмерное увеличение жесткости подвески.

Во время отбоя поршень идет вверх. Масло из компенсационного резервуара, как в шприц, втягивается через донный клапан в полость рабочего цилиндра под поршнем, сюда же продавливается через клапанную систему поршня масло из полости над поршнем. Если отбой резок, то давление жидкости открывает клапан отдачи в донной системе полностью, и масло перетекает без дросселирования, чем предотвращается отрыв колеса от дороги.

Ай да де Карбон – ишь, чего удумал!

Со своими обязанностями масляные амортизаторы справлялись, но имели один недостаток, значимость которого увеличивалась по мере того, как росли скорости движения автомобилей, в то время как улучшение качества дорожного покрытия за ростом скоростей не поспевало. В слоях масла, прилегающих к поверхности поршня, колеблющегося с частотой, которая тем выше, чем быстрее по дорожным неровностям едет машина, зарождались пузырьки. А амортизатор во время работы нагревался, поскольку его работа основана на превращении механической энергии колебаний в тепловую. И чем сильней грелось масло, тем больше пузырьков в нем образовывалось. Стоило амортизатору поработать в напряженном режиме, масло вспенивалось, после чего амортизатор переставал нормально функционировать.

В начале 1950-х годов французский инженер по фамилии де Карбон предложил конструкцию амортизатора, который отличался от классического масляного тем, что был однотрубным. Идея состояла в том, чтобы подпереть масло высоким давлением сжатого газа и тем самым препятствовать образованию пузырьков, а если они все-таки появлялись, заставлять их тут же схлопываться и не образовывать пену. Для этого де Карбон разделил рабочий цилиндр на две полости плавающим поршнем, который не оборудован клапанной системой и не связан со штоком. В полости за плавающим поршнем находился азот, сжатый под давлением примерно 3 МПа.

Во время хода сжатия поршень, связанный со штоком и находящийся в полости с маслом, перемещается вниз. Поскольку поршень не только продавливает через свои клапаны масло, но и толкает его перед собой, давление передается на плавающий поршень, который начинает перемещаться и сжимать камеру с азотом. Попутно этим сжатием компенсируется объем вводимой в масляную полость части штока. При ходе отбоя поршень амортизатора идет вверх, а сжатый газ расширяется и двигает вслед плавающий поршень, чем обеспечивается «уплотнение» масляного столба, находящегося между поршнями.

Поскольку в амортизаторе, придуманном де Карбоном, труба одна, то он еще и лучше охлаждается. Поэтому добиться в «однотрубнике» образования пены, мешающей амортизатору выполнять свои обязанности, возможно разве что только теоретически, но в реальных условиях эксплуатации, сколь бы экстремальными они ни были, это маловероятно.

В некоторых странах однотрубные амортизаторы так и называют – амортизаторы De Carbon согласно зарегистрированной торговой марке, но у нас их именуют газовыми, хотя технически это неправильно. Как и классический двухтрубный амортизатор, однотрубный, несмотря на наличие газовой камеры, также является гидравлическим устройством, выполняющим свои функции только благодаря жидкостному трению, сопровождающему перетекание масла через специальные клапаны в поршне штока.

Газовое наполнение

Третий и последний тип амортизаторов по конструкции напоминает рассмотренный самым первым масляный амортизатор. Он тоже состоит из двух труб, в нем также помимо поршня, жестко прикрепленного к штоку, имеется донный клапан. Однако в его компенсационный резервуар под давлением закачан азот, что отличает этот тип амортизаторов от классических масляных. Другими словами, в таких амортизаторах реализована та же идея газового «подпора», которая используется в однотрубных газовых амортизаторах. Называются подобные амортизаторы опять-таки по-разному – газонаполненными либо газомасляными.

Правда, азот в газонаполненных амортизаторах находится под давлением в 5-8 раз меньше, чем в газовых амортизаторах, но это также предотвращает преждевременное появление в масле пузырьков и тем самым расширяет диапазон надежной работы амортизатора.

Принцип подпора жидкости с помощью сжатого газа был использован при разработке амортизаторов, способных, например, автоматически регулировать дорожный просвет, но поскольку подобные амортизаторы являются разновидностью газовых с дополнительными возможностями, упомянули о них мы лишь для порядка.

Чем хороши, чем плохи

Главный недостаток масляных амортизаторов был назван – вспенивание. Однако и с газовыми амортизаторами, которые этой проблемой не страдают, не все прекрасно. Подушка из сжатого высоким давлением азота под плавающим поршнем существенно увеличивает силу, противодействующую движению штока во время хода сжатия, поэтому газовые амортизаторы самые жесткие из рассмотренных типов. А это серьезный недостаток, который ограничивает сферу применения однотрубной конструкции. Неплохо, когда амортизаторы безотказно работают в экстремальных условиях и благодаря жесткости и дополнительному пружинящему усилию газовой подушки оперативно реагируют на дорожные неровности, противостоят кренам кузова, но что хорошо для Ferrari, Lamborghini и иже с ними – не годится для общегражданских автомобилей.

Для большинства покупателей обычных машин ездовой комфорт является одним из самых значимых показателей, что и учитывается производителями, поэтому на автозаводах газовыми амортизаторами оснащается совсем немного моделей машин, из-за чего они редкость. Так может быть, двухтрубные газомасляные амортизаторы, которые по жесткости занимают промежуточное положение между масляными и газовыми, и есть та самая золотая середина? На автомобилях они не в пример газовым «однотрубникам» на самом деле встречаются достаточно часто, вот только и с ними не все ладно.

Пока не упоминалась стоимость, а ведь это недостаток конструкций, где имеется газ под высоким давлением. Наличие газового подпора делает газовые и газомасляные амортизаторы более требовательными к качеству изготовления, причем речь идет не только о трудностях производства труб или клапанов, где требуется более высокое качество механической обработки, но и в первую очередь о сальниках.

Если в масляном амортизаторе сальник должен предотвращать только течь масла, то в газовых конструкциях ему предстоит препятствовать еще и выходу газа, находящегося под давлением. Все это сказывается на цене. Самые дорогие – газовые однотрубные, хотя деталей в них меньше, чем в двухтрубных амортизаторах. А среди двухтрубных газомасляные дороже на 20-30% просто масляных, если говорить об изделиях одной торговой марки.

Собственно сальник, уплотняющий шток, в большинстве случаев и является причиной выхода амортизаторов из строя. Однако, несмотря на самый сложный сальник, более долговечными считаются однотрубные конструкции, поскольку у них нет донного клапана, страдающего в двухтрубных амортизаторах от сильных ударов при неаккуратном проезде дорожных выбоин и ухабов. Впрочем, достоинство однотрубных амортизаторов в долговечности выглядит сомнительным, ведь из-за их повышенной жесткости в замене чаще могут нуждаться шарниры подвески.

Наш вердикт

Однозначного лидера нет. Масляные амортизаторы самые мягкие и дешевые, однако предсказуемыми и безопасными они остаются в сравнительно узком диапазоне скоростей, дорожных условий и температур. Этот диапазон у двухтрубных газонаполненных амортизаторов шире, но они дороже и жестче. Газовые амортизаторы и вовсе превращают автомобиль в «костотряс», но без них никуда не денешься на машинах, от которых требуется быстрая езда и скоростное маневрирование.

При такой ситуации все ведущие изготовители держат в своих производственных программах амортизаторы разных типов, предназначенные для установки на одну и ту же модель автомобиля. Какую пользу может извлечь из этого владелец машины? Хотя бы знать, что заменой амортизаторов можно сделать автомобиль более мягким на ходу, если он кажется жестким, либо, наоборот, сделать машину жестче и тем самым улучшить ее управляемость и устойчивость, если в этом имеется необходимость.