Amortyzatory z regulacją

ZF Aftermarket
Maciej Blum
7.6.2022
Reklama
Reklama

Samochód styka się z jezdnią przez powierzchnię o wielkości dwóch kartek A4. W związku z tym konieczne jest zapewnienie stałego kontaktu koła z jezdnią, co zagwarantuje prawidłowe prowadzenie samochodu na zakręcie oraz skuteczne hamowanie.

 

  • Koło, tocząc się po jezdni, napotyka na stale występujące minimalne nierówności. 
  • Ze względu na charakterystykę gumy, z jakiej wykonana jest opona, koło po wjechaniu w nierówność ma tendencję do odbicia się. 
  • Podobnie jest w przypadku materiałów sprężystych zastosowanych w zawieszeniu. 
  • To zjawisko, które jest niepożądane podczas jazdy, ponieważ powoduje stałe odrywanie się opony od jezdni.
  • Aby zniwelować odbijanie się koła od jezdni, w zawieszeniach stosuje się elementy tłumiące, czyli amortyzatory.
  • W przypadku niesprawności amortyzatora zaobserwować można podbijanie koła. 
  • W przypadku samochodu z układem ABS czujniki otrzymują nieprawidłowe dane dotyczące obrotów koła.
  • W samochodach osobowych montuje się amortyzatory olejowe i olejowo-gazowe.
  • Oprócz amortyzatorów jednorurowych i dwururowych stosuje się także amortyzatory ze zmienną - regulowaną siła tłumienia.
Reklama

Koło, tocząc się po jezdni, napotyka na stale występujące minimalne nierówności. Ze względu na charakterystykę gumy, z jakiej wykonana jest opona, koło po wjechaniu w nierówność ma tendencję do odbicia się. Guma jest materiałem sprężystym, który oddaje bardzo dużo energii przyjętej przez wjechanie w nierówność.
Podobnie jest w przypadku materiałów sprężystych zastosowanych w zawieszeniu, czyli sprężyn zawieszenia. W wyniku wjechania w nierówność sprężyna ulega ściśnięciu, przez co gromadzi wewnątrz pewną ilość energii, którą oddaje od razu po ustąpieniu siły ściskającej. Dzięki temu odpycha ona koło z powrotem w kierunku jezdni. Odepchnięte koło ściska gumę opony, która również magazynuje tę energię, oddając ją zaraz po ustaniu nacisku. Jest to zjawisko odbijania się koła od jezdni – z jednej strony działa siła sprężyny zawieszenia, a z drugiej – sprężystość opony. To zjawisko, które jest niepożądane podczas jazdy, ponieważ powoduje stałe odrywanie się opony od jezdni.

Elementy tłumiące

Aby zniwelować odbijanie się koła od jezdni, w zawieszeniach stosuje się elementy tłumiące, czyli amortyzatory. Charakterystyka pracy amortyzatorów dobrana jest do charakterystyki użytych w zawieszeniu sprężyn lub resorów oraz masy pojazdu i masy elementów nieresorowanych (kół, wahaczy, zwrotnic, piast pojazdu i elementów układu hamulcowego zamontowanych na piaście).

Zadanie amortyzatora polega więc na rozproszeniu sił, które powstają podczas pracy zawieszenia. Rozproszenie to nie może być zbyt silne, ponieważ obniżałoby ono komfort pracy zawieszenia, a kierowca odczuwałby ciągłe wibracje i szarpania. Przy zbyt słabym tłumieniu wzrastałby co prawda komfort jazdy, natomiast malałaby przyczepność kół do powierzchni na skutek minimalnego podrywania kół od jezdni. Warunkiem granicznym do spełnienia dla amortyzatora jest zapewnienie przyczepności koła w każdych warunkach jazdy i przy każdym rodzaju obciążenia, do jakiego przystosowany jest dany pojazd.

Gdy amortyzator nie działa

W przypadku niesprawności amortyzatora zaobserwować można opisane powyżej podbijanie koła. Wpływa ono na zużywanie się opony na skutek niepełnego kontaktu z podłożem, po którym jedzie pojazd, oraz na nieprawidłową pracę układów odpowiedzialnych za bezpieczeństwo jazdy (układu hamulcowego i układu stabilizacji toru jazdy). Problem z działaniem układu hamulcowego ma swoją genezę w niecałkowitym przyleganiu kół do jezdni, czyli w nieciągłym przekazywaniu siły wzdłużnej hamującej pojazd.

W przypadku samochodu z układem ABS czujniki otrzymują nieprawidłowe dane dotyczące obrotów koła i przekazują je dalej do sterownika układu ABS, który wysyła nieprawdziwe sygnały do pompy sterującej hamulcami. W efekcie układ działa błędnie. Podobnie jest w przypadku układu stabilizacji toru jazdy, który bazuje na tych samych czujnikach pokazujących dane zakłamane przez niesprawne amortyzatory.

Budowa i rodzaje amortyzatorów

Amortyzator składa się z rury wypełnionej olejem (która tworzy przestrzeń roboczą), tłoka oraz zamocowanego do niego tłoczyska, zaworu dolnego i prowadnicy, w której znajduje się uszczelnienie. Rura z przestrzenią roboczą zamontowana jest do ruchomego elementu zawieszenia, jakim jest wahacz, oś lub most napędowy, natomiast tłoczysko zamocowane jest do nadwozia lub ramy.

Reklama

Podczas jazdy po nierównościach dochodzi do przesuwania się tłoka wewnątrz przestrzeni roboczej. Wymusza to przepływ oleju przez zawory zamontowane w tłoku i dnie przestrzeni roboczej. Przez zawory przetłaczany jest olej znajdujący się wewnątrz amortyzatora, dzięki czemu pochłaniana jest energia dostarczona od ruchów zawieszenia.

W samochodach osobowych montuje się amortyzatory olejowe i olejowo-gazowe. Różnicą w ich budowie są rodzaje komór kompensujących przesuwanie się tłoka w rurze amortyzatora. W amortyzatorach olejowych jest ona otwarta, co oznacza, że dochodzi do niej ciśnienie atmosferyczne. W amortyzatorach olejowo-gazowych zamknięty w komorze gaz pod odpowiednim ciśnieniem jest oddzielony pływającym tłokiem. Zapobiega to pienieniu się oleju w czasie pracy amortyzatora i występowaniu zjawiska kawitacji.

Przekrój przez kolumnę zawieszenia pneumatycznego z amortyzatorem wyposażonym  w system zaworu CDC
Ilustracja 1. Przekrój przez kolumnę zawieszenia pneumatycznego z amortyzatorem wyposażonym w system zaworu CDC (Continuous Damping Control), czyli stałej aktywnej kontroli tłumienia. Źródło: ZF Friedrichshafen/Sachs

Różnice konstrukcyjne

Ze względu na konstrukcję rozróżnić można amortyzatory jednorurowe i dwururowe. W odmianie dwururowej tłok przemieszcza się w cylindrze wewnętrznym. Przy jego ruchu do góry olej przetłaczany jest z przestrzeni nadtłokowej do przestrzeni podtłokowej i międzycylindrowej, natomiast przy ruchu do góry – odwrotnie.

Przekrój amortyzatora dwururowego
Ilustracja 2. Przekrój amortyzatora dwururowego. Źródło: ZF Friedrichshafen/Sachs

W amortyzatorach dwururowych stosuje się najczęściej  dwa zawory tłumiące – denny i tłokowy. Składają się one z systemu płytek sprężynowych, sprężyn śrubowych i korpusów z otworami. Sztywność sprężyn oraz średnice otworów, przez które przepływa olej podczas ruchu tłoczyska, determinują sztywność amortyzatora, a dokładniej jego zdolność tłumienia.

Gdy ruchy pojazdu powodują ściskanie amortyzatora, za tłumienie odpowiada zawór denny (ilustracja 3). Olej wypierany przez wsuwające się tłoczysko wpływa do komory olejowej, przy czym zawór denny stawia mu opór i w taki sposób spowalnia jego ruch. Zawór tłokowy jest otwarty. W takim stanie pracuje jako zawór zwrotny.
Gdy ruchy pojazdu powodują rozciąganie amortyzatora, za tłumienie odpowiada zawór tłokowy. Zawór tłokowy stawia opór olejowi wypływającemu z komory ponad tłokiem w dół. Ruch tłoka w dół zostaje tym samym spowolniony. Przez zawór denny olej może wypłynąć do komory pomocniczej.

Schemat działania zaworów w tłoku i dnie amortyzatora podczas ruchów tłoczyska w dół (z lewej strony) i w górę (z prawej strony).
Ilustracja 3. Schemat działania zaworów w tłoku i dnie amortyzatora podczas ruchów tłoczyska w dół (z lewej strony) i w górę (z prawej strony). Źródło: ZF Friedrichshafen/Sachs

Jeżeli w przestrzeni międzycylindrowej nad olejem znajduje się powietrze, amortyzator określamy mianem bezciśnieniowego. W amortyzatorach zwanych gazowymi powietrze zastąpione jest nieznacznie sprężonym azotem. To minimalizuje skutki pienienia się oleju podczas pracy. Główną różnicą między amortyzatorami dwururowymi bezciśnieniowymi i niskociśnieniowymi jest obecność w komorze wyrównawczej gazu obojętnego zamiast powietrza. Zazwyczaj znajduje się tam azot pod ciśnieniem 6–8 barów, a więc kilkukrotnie niższym niż ma to miejsce w przypadku amortyzatorów jednorurowych. Taka wartość ciśnienia oraz praca zaworu dennego w zupełności wystarczają, aby osiągnąć zbliżoną charakterystykę tłumienia.

Budowa oraz wymiary amortyzatorów dwururowych bezciśnieniowych i niskociśnieniowych są takie same, dlatego ich zamiana w pojeździe nie jest problematyczna. Główne zalety amortyzatorów niskociśnieniowych to np. duża czułość zaworów przy małych amplitudach, lepsze tłumienie drgań wynikających z toczenia się kół oraz lepsze tłumienie w ekstremalnych warunkach, mniejsze szumy przepływu oleju. Amortyzatory są również zdolne do pracy w przypadku utraty gazu w komorze wyrównawczej.

Amortyzatory jednorurowe mają budowę prostszą niż dwururowe. Są one z reguły amortyzatorami gazowymi. Tłoki przetłaczają w nich olej pomiędzy przestrzeniami pod- i nadtłokowymi. Powoduje to sprężanie lub rozprężanie azotu, który wypełnia pod wstępnym ciśnieniem ok. 3 MPa komorę oddzieloną od oleju ruchomą lub stałą przegrodą. Amortyzatory jednorurowe w porównaniu z dwururowymi są lżejsze, wygodniejsze w stosowaniu (można mocować je w dowolnym położeniu) i efektywniejsze w tłumieniu drgań zawieszeń i mas resorowanych.

Technologie CDC i SDC

Półaktywny system amortyzacji CDC wykorzystuje czujniki do zbierania danych o stanie drogi, prędkości pojazdu, działań kierowcy i przesyła je do centralnej jednostki sterującej. Elektrozawór sterowany elektrycznie zapewnia każdemu pojedynczemu kołu idealną siłę tłumienia w danej sytuacji – zależnie od stanu nawierzchni. Dokładniejsze dostrojenie charakterystyki amortyzatora osiąga się dzięki funkcji CDC, która elektronicznie reguluje siły tłumienia niezależnie w kierunku odbicia i ściskania.

Amortyzator CDC z wewnętrznym i zewnętrznym zaworem
Ilustracja 3. Amortyzator CDC z wewnętrznym (lewy) i zewnętrznym zaworem. Wewnątrz podstawy tłoczyska (1) jest zamontowany wewnętrzny zawór CDC (2). Zawór jest połączony z jednostką sterującą przewodem prowadzonym przez tłoczysko. Zewnętrzny zawór CDC (5) jest montowany na zewnątrz na rurze przepustnicy i podłączony do jednostki sterującej za pomocą wodoszczelnego korka. Źródło: ZF Friedrichshafen/Sachs

Sercem amortyzatora SDC jest zależny od częstotliwości moduł zaworowy, który dzieli charakterystykę siły tłumienia w kierunku odbicia na siły tłumienia o wysokiej i niskiej częstotliwości. W przypadku wymuszeń o niskiej częstotliwości – dużych sił na zakrętach, które występują podczas manewrów omijania na autostradzie lub podczas pokonywania zakrętów na drodze wiejskiej – generowane są stabilizujące, duże siły tłumiące. W przypadku drgań o wysokiej częstotliwości – niewielkich, szybko pojawiających się nierówności drogi pochodzących z takich źródeł, jak kostka brukowa, szorstki asfalt czy łaty na drodze – SDC działa na niskim poziomie siły tłumienia. Pasażerowie pozostają odizolowani od wibracji, co daje odczuwalny wzrost komfortu.

Artykuł ukazał się w czasopiśmie
Reklama

O Autorze

Maciej Blum

Redaktor naczelny miesięcznika „autoEXPERT”

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama