Амортизаторы: конструкция, диагностика и выбор

Автор материала: Олег Тимошенко

Амортизаторы появились на автомобилях задолго до распространения привычных сегодня цилиндрических конструкций с подвижным поршнем. Изначально рессоры совмещали функции пружины и гасителя колебаний: листы пружинили и одновременно терлись друг о друга, превращая кинетическую энергию в тепло. В материале рассмотрено, как устроены современные амортизаторы, как определить их неисправность и как выбрать замену.

От трения рессор к гидравлике

Разделить функции пружины и демпфера заставило распространение независимой подвески, которая заметно улучшила комфорт и управляемость. С появлением винтовых пружин рядом с ними логично разместили отдельный цилиндрический гаситель колебаний. К тому же разболтанную рессору приходилось менять целиком или перебирать, что значительно сложнее, чем заменить пару амортизаторов.

Механическое трение заменили гидравлическим. Характеристики фрикционных гасителей быстро менялись из-за износа и сопровождались скрипом. Гидравлическая система, в которой масло проходит через калиброванные отверстия клапанов, служит значительно дольше и сохраняет характеристики. Кроме того, клапаны можно настроить так, чтобы сопротивление отличалось в зависимости от направления движения: в обычных амортизаторах усилие на отбой, как правило, в 2-4 раза больше, чем на сжатие. Колесо легко идет вверх на препятствии, а на обратном ходе энергия, накопленная пружиной, гасится. Меняя настройку клапанов, получают более спортивную или более комфортную подвеску без изменения ее конструкции.

Зачем подвеске правильное демпфирование

Между человеком и дорогой расположено несколько упругих элементов: сиденье, кузов, пружины, амортизаторы и шины. У каждого свои резонансные частоты, поэтому при разработке автомобиля их подбирают так, чтобы избежать вредных и неприятных колебаний. Комфортной для человека считается частота колебаний около 1-2 в секунду, что соответствует ритму ходьбы. Более частые колебания воспринимаются как тряска, более медленные - как раскачивание, вызывающее укачивание. Именно характеристики амортизаторов являются одним из главных инструментов достижения нужного баланса.

Конструкции амортизаторов

Амортизаторы часто делят на гидравлические, газовые и "поддутые" (с газом низкого давления). Деление условное: во всех трех случаях ключевой узел - поршень с клапанами - принципиально одинаков, а газ используется как компенсационный элемент. Поэтому логичнее делить амортизаторы на двухтрубные и однотрубные.

Двухтрубные

Гидравлические и газогидравлические двухтрубные амортизаторы имеют рабочий цилиндр и внешний цилиндр, куда масло перетекает через донный клапан. Компенсационный объем заполнен воздухом при атмосферном давлении (гидравлические) или газом низкого давления, по данным источника 2,5-5 бар (газогидравлические). Две системы клапанов (на поршне и в дне) дают более мягкое демпфирование, поэтому такие амортизаторы считаются более комфортными. В то же время они хуже отводят тепло, ведь рабочий цилиндр закрыт еще одним цилиндром с маслом и газом, а при резких частых ходах масло может вспениваться и смешиваться с газом. Из-за этого характеристики демпфирования резко меняются. Двухтрубные амортизаторы устанавливают только штоком вверх.

Однотрубные газовые высокого давления

В однотрубном амортизаторе масло и газ расположены последовательно в одном цилиндре и разделены плавающим поршнем. Газ, обычно азот, находится под давлением около 25 бар. Масло постоянно подпирается газом, поэтому клапан реагирует на неровности быстрее, а кавитация и вспенивание практически исключены. Такие амортизаторы лучше охлаждаются и могут устанавливаться штоком вниз, в том числе в перевернутых стойках. Их часто применяют в спорте, на внедорожниках и тяжелых автомобилях.

Зачем нужен компенсационный объем газа

Жидкость практически не сжимается. Без компенсационного объема поршень при резком ходе упирался бы в масло, которое из-за инерции еще не успело перетечь через клапаны. Газ сжимается первым и принимает на себя удар, а уже потом масло проходит через калиброванные отверстия. Кроме того, при работе масло нагревается и расширяется, и это расширение также компенсирует газ. Масло для амортизаторов должно быть стойким к коррозии и высоким температурам: по данным источника, оно должно выдерживать до 160 °C без изменения свойств.

Чем опасны изношенные амортизаторы

Колесо, оторвавшееся от дороги, не может тормозить, разгоняться или поворачивать. Исправный амортизатор, по данным источника, гасит около 80 % энергии удара уже после одного полного хода колеса вверх и вниз. Изношенный амортизатор позволяет колесу дольше подпрыгивать, поэтому:

увеличивается тормозной путь, особенно у загруженного автомобиля или с прицепом;
снижается безопасная скорость прохождения поворотов и порог аквапланирования;
быстрее изнашиваются шины и узлы ходовой части;
свет фар "прыгает", что ухудшает освещение дороги и ослепляет встречных водителей;
системы ABS, ESP и противобуксовочная система получают некорректные данные с датчиков колес;
ухудшаются управляемость и курсовая устойчивость, автомобиль "рыскает" при разгоне и торможении.

Износ происходит постепенно, и водитель привыкает к изменению поведения автомобиля. Самый заметный признак - снижение комфорта: тряска, неравномерная вибрация, стуки. Это сигнал для осмотра и диагностики.

Диагностика амортизаторов

1. Визуальный осмотр

Несмотря на неудобное расположение, это один из самых достоверных, дешевых и быстрых способов. На амортизаторе допускается легкий масляный налет, но не подтеки: подтеки говорят о потере герметичности. Если есть сомнения, протрите амортизатор насухо и осмотрите его через несколько дней. Проверьте состояние отбойника и пыльника: масло на них ускоряет их разрушение, а это, в свою очередь, ускоряет выход из строя амортизатора.

Важный индикатор - шины. Неравномерные пятна износа, особенно у боковой кромки, указывают на неисправность амортизаторов. Заметить, что колесо "скачет", можно и наблюдая за автомобилем из другой машины. Если амортизатор снят, осмотрите шток: следы от зажимов, раковины ржавчины или односторонний износ хромового покрытия (следствие несоосности при неправильной затяжке) означают, что амортизатор нужно менять.

2. Тест раскачиванием

Самый известный и самый критикуемый тест: раскачав угол автомобиля и отпустив его в нижней точке, можно выявить лишь явно неработоспособный амортизатор, с которым кузов продолжает колебаться. Если же кузов остановился "как вкопанный", амортизатор может быть заклинившим. Поэтому результат этого теста имеет лишь ориентировочное значение.

3. Оценка управляемости в движении

При неисправных амортизаторах на скорости от 80 км/ч автомобиль начинает "рыскать" на мелких неровностях, появляется продолжительная незатухающая продольная и поперечная раскачка, замедленная реакция на руль. Водитель постепенно привыкает к этому, поэтому при первых подозрениях стоит раскачать автомобиль, осмотреть амортизаторы и при наличии течи заменить их или пройти инструментальную проверку.

4. Инструментальный контроль

Различают проверку на вибрационных стендах и измерение демпфирующего усилия на испытательных стендах. На вибрационном стенде автомобиль заезжает на площадки, и за несколько минут получают диаграмму колебаний, которую сравнивают с граничными характеристиками для конкретной модели. Измерение усилия требует снятия амортизатора: это самый точный, но более дорогой метод, оправданный прежде всего для дорогих амортизаторов, когда по результату может отпасть необходимость замены.

Почему выходят из строя амортизаторы

В амортизаторе могут сломаться клапаны или нарушиться герметичность сальника штока. Первое встречается редко, второе - основная причина отказов. Шток сотни тысяч раз проходит через сальник, нагревается и расширяется вместе с маслом, а в однотрубных амортизаторах на масло еще и постоянно давит газ. Поэтому ресурс во многом зависит от качества материалов, точности изготовления и стабильности производства. Разница в ресурсе и цене между амортизаторами разных производителей может быть многократной.

Шток собирает пыль, абразив и химически агрессивные вещества, в том числе противогололедные реагенты. Поврежденный пыльник пропускает грязь, которая, как наждак, разрушает сальник. Ржавчина на штоке говорит об очень агрессивной среде или о проблемах с материалом и качеством изготовления. Царапины от пассатижей или других металлических захватов при монтаже быстро выводят сальник из строя.

Клапаны изнашиваются при работе в экстремальный холод и жару и при длительной езде с большими ходами штока по плохой дороге. Регулярно проверяйте отбойник: размягченный маслом и разрушенный отбойник может привести к "пробою" подвески.

Выбор амортизаторов

Замена амортизаторов может заметно изменить поведение автомобиля: отличаются не только гидравлические и газовые конструкции, но и однотипные амортизаторы разных производителей. Комфорт и управляемость технически противоположны, поэтому главное - определить нужный компромисс с учетом параметров автомобиля и собственного стиля вождения.

Неверно утверждать, что однотрубные газовые амортизаторы в целом лучше двухтрубных. Их преимущества (охлаждение, отсутствие вспенивания, возможность установки штоком вниз) наиболее ощутимы в спорте и на тяжелых режимах. Для большинства повседневных условий качественные двухтрубные амортизаторы полностью выполняют свои задачи, а однотрубные многим кажутся слишком жесткими. По данным источника на момент публикации, однотрубные газовые амортизаторы были на 30-50 % дороже двухтрубных гидравлических. Для более старых автомобилей с потерянной жесткостью кузова слишком жесткие амортизаторы могут ускорить усталостные повреждения кузова, поэтому для них чаще выбирают более комфортные двухтрубные модели.

Чем известнее марка, тем чаще ее подделывают, поэтому покупать стоит у проверенных поставщиков. Производителей амортизаторов источник условно делил на три группы:

спортивные и тюнинговые: KONI, BILSTEIN (спортивные серии);
поставщики конвейеров и послепродажного рынка: KYB, MONROE, BILSTEIN, BOGE, SACHS;
массовый сегмент с доступными ценами: AL-KO, QH, GABRIEL, Rancho, Finwhale и другие.

Монтаж

Не перетягивайте резиновые втулки крепления, а окончательную затяжку выполняйте на автомобиле, стоящем на колесах под нормальной нагрузкой, чтобы обеспечить соосность деталей амортизатора. Для многих моделей нужна специальная стяжка пружин: сжатая пружина при неправильном обращении может "выстрелить", что очень опасно. Поэтому без опыта и инструмента амортизаторы лучше менять на СТО. Менять амортизаторы рекомендуется парами на одной оси.

Производители амортизаторов сегодня

Основные производители, упомянутые в материале, остаются ключевыми игроками рынка: KYB - японский производитель амортизаторов для конвейера и вторичного рынка; MONROE - бренд группы Tenneco; SACHS и BOGE - бренды ZF; BILSTEIN входит в группу thyssenkrupp; KONI принадлежит корпорации ITT. Помимо классических амортизаторов, на современных автомобилях распространены адаптивные амортизаторы с электронным управлением и пневмоподвеска, выбор которых требует точной привязки к VIN.

Как подобрать амортизаторы

Определите точную модификацию автомобиля (VIN, тип подвески, наличие электронного управления) и подберите артикул по каталогу производителя.
Выберите тип: двухтрубный газогидравлический для комфорта в повседневной эксплуатации, однотрубный для нагруженных и спортивных режимов.
Учитывайте состояние и возраст автомобиля: для более старых кузовов уместнее мягкие настройки.
Вместе с амортизаторами проверьте и при необходимости замените опоры, отбойники и пыльники.
Меняйте амортизаторы парами на оси и выполняйте окончательную затяжку под нагрузкой.