Амортизатор предназначен для обеспечения безопасности и комфортабельности движения: он должен обеспечить оптимальное сцепление шины с дорожным покрытием, предотвращать колебания кузова и отрыв колес от дороги.

В процессе эксплуатации автомобиля амортизатор неизбежно утрачивает свою первоначальную рабочую характеристику и, в конечном итоге, выходит из строя. Основные признаки неработоспособности амортизатора:
- потеря амортизатором герметичности;
- повышенное трение в парах «шток-направляющая» и «поршень-цилиндр»;
- изменение характеристики амортизатора;
- стук внутри амортизатора;
- самопроизвольный увод с заданной траектории – автомобиль «рыскает»;
- низкое положение кузова автомобиля;
- рабочая характеристика нового амортизатора не соответствует параметрам завода-изготовителя (характерно для условий СНГ).

Диагностика эксплуатационных
дефектов и методы их устранения

Потеря герметичности диагностируется обычным осмотром амортизатора. Характерными признаками негерметичности являются: снижение давления газа внутри корпуса (для газовых вариантов конструкции) и утечка рабочей жидкости, сопровождаемая потеками на наружной поверхности корпуса амортизатора. Происходит это при нарушении уплотнения штока или (и) наружного уплотнения корпуса. Первоначально незначительная потеря жидкости с течением времени прогрессирует, при работе амортизатора возникает «провал» – зона пониженного сопротивления в диапазоне рабочего хода штока. Косвенные признаки потери герметичности: при раскачивании по углам автомобиль совершает несколько колебаний (что допустимо для автомобилей, изготовленных фирмами США и Канады для внутреннего рынка), при движении по дороге происходит самопроизвольный увод транспортного средства с заданной траектории, «рыскание». Отметим, что существуют конструкции амортизаторов (например, Monroe Sensa-trac), в которых в определенной зоне хода штока изменяется усилие отбоя в зависимости от нагрузки и положения кузова автомобиля, рис. 1 (Раймпель Й., 1986).

При использовании однотрубных конструкций в подвеске автомобиля вначале происходит утечка рабочей жидкости, а выход газа последует только при полной ее утрате. Один из характерных признаков начавшегося процесса разгерметизации – подклинивание в зоне рабочего хода штока, отчетливо проявляющееся при использовании однотрубных вставных патронов фирмы «Плаза» (Санкт-Петербург), конструктивно повторяющих схему фирмы Bilstein, рис. 2 (Раймпель Й., 1986), в подвеске на направляющих амортизационных стойках (подвеска Макферсона).

Работа с повышенным трением в большинстве случаев наблюдается у автомобилей с нарушенной геометрией кузова или имеющих деформацию узлов и деталей подвески, как следствие, с измененной геометрией и кинематикой подвески. Точная диагностика возможна только при наличии специальных стендов и стапелей. Характерные признаки данных дефектов:
- имеются заметные деформации агрегатов подвески (в т. ч. деформации амортизатора);
- углы установки колес отличаются от предписанных производителем автомобиля и их невозможно отрегулировать во всём диапазоне рабочих регулировок;
- на одну ось автомобиля установлены два одинаковых амортизатора, при этом один из них регулярно выходит из строя при незначительном пробеге (не более 5-10 тыс. км), а другой остается работоспособным;
- при вывешенном колесе усилия пружины не хватает, чтобы выдвинуть шток полностью, в то же время в подвеске другого такого же автомобиля стойка работает нормально: нарушена кинематика подвески.

Изменение рабочей характеристики амортизатора является самым распространенным дефектом и может быть вызвано следующими причинами:
- поломка, износ и деформация деталей внутри амортизатора;
- потеря первоначальных свойств рабочей жидкостью;
- выход газа для газовых конструкций;
- при работе в тяжелых дорожных условиях происходит нагрев амортизатора (иногда до 80-100 градусов по Цельсию) и снижение демпфирующих свойств гасителя колебаний или полное «выключение»; при понижении температуры рабочая характеристика восстанавливается;
- самопроизвольная разборка поршневой группы или донного клапана (в случае двухтрубной схемы); обычно наблюдается у амортизаторов, изготовленных на заводах СНГ, кроме того, подобные случаи отмечены в конструкциях фирмы Boge;
- негерметичная посадка клапанов.

По некоторым причинам изменения рабочей характеристики амортизатора сделаем пояснения.

Поломка, ускоренный износ и деформация деталей в процессе работы амортизатора обычно происходит в случае эксплуатации автомобиля в тяжелых дорожных условиях, что вообще характерно для условий СНГ, и своеобразного менталитета отечественных водителей («больше скорость – меньше ям»). Другими причинами могут быть нарушение кинематики подвески, деформация кузова автомобиля, а также использование в конструкции гасителя колебаний материалов, физические свойства которых не соответствуют условиям работы и возникающим нагрузкам (отличительная особенность продукции заводов СНГ, Польши, Турции и Чехии). Все это, как правило, приводит к снижению эффективности амортизатора и зачастую сопровождается стуком.

Рабочая жидкость эксплуатируется в тяжелых, жестких условиях, при этом она должна обладать достаточной стабильностью свойств при работе в широком диапазоне температур (примерно от –40 до +100 градусов по Цельсию). С течением времени жидкость разлагается на фракции с выпадением осадка. Кроме того, при изменении температуры возможно значительное колебание свойств неправильно подобранной рабочей жидкости, а также негерметичность клапанов («зависание», деформация), как следствие, изменение характеристики демпфера колебаний.

Причиной негерметичности клапанов является процесс износа, сопровождаемый отделением мелких частиц от деталей амортизатора, которые, попадая на посадочное место клапана, приводят к потере герметичности, а также деформация деталей. Отличительная особенность амортизаторов, изготовленных на заводах СНГ, – попадание грязи или стружки внутрь при сборке, а также использование некондиционных деталей.

Отметим, что причины, вызывающие изменение рабочей характеристики, как правило, снижают эффективность демпфирования колебаний. Однако иногда наблюдается увеличение демпфирующих свойств, «ужесточение» амортизатора. Причины этого: уменьшение зазоров при взаимной приработке деталей, а также заполнение возникающих зазоров продуктами разложения жидкости. Процессы, вызывающие снижение либо повышение демпфирующих свойств, происходят одновременно, и в настоящий момент прогнозирование текущего состояния амортизатора не представляется возможным.

В большинстве случаев причины возникновения стука кроются в дефектах шаровых опор, сайлент-блоков и других узлов ходовой части и к амортизатору никакого отношения не имеют. Стук внутри амортизатора может быть вызван следующими причинами:
- поршневое кольцо установлено в канавке поршня с зазором;
- поломка пружины перепускного клапана, при этом закрытие клапана происходит с ударом;
- несоответствие усилий клапанов: перепускного поршня и сжатия донного клапана;
- повышенный люфт в парах «шток-направляющая» и «поршень-цилиндр»;
- провалы вдоль хода штока вследствие утечки жидкости; для продукции заводов СНГ – недостаточное количество залитой жидкости;
- при полностью выдвинутом штоке слышен резкий металлический стук;
- «утренняя болезнь» амортизатора;
- рабочая характеристика, размеры и ход штока амортизатора не соответствуют аналогичным параметрам подвески автомобиля.

Рассмотрим подробнее некоторые дефекты амортизатора, являющиеся причиной стука.

Наличие зазора между поршневым кольцом и боковыми стенками канавки поршня допускает перемещение кольца от одной стенки к другой при смене направления движения поршня. Во время данного перемещения снижается усилие на штоке амортизатора по причине уменьшения эффективности уплотнения. В момент, когда кольцо касается боковой стенки канавки поршня, усилие на штоке резко возрастает, что и дает отчетливо слышимый стук. Как правило, этот дефект проявляет себя, если указанный зазор превышает один миллиметр.

В процессе движения автомобиля ходы отбоя и сжатия подвески чередуются между собой. При смене направления движения штока существуют некоторые мертвые точки, в которых скорость поршня равна нулю. Для примера рассмотрим ход сжатия двухтрубного амортизатора. Когда поршень приближается к нижней мертвой точке, поток жидкости в рабочем цилиндре в надпоршневую полость из полости, расположенной ниже поршня, уменьшается настолько, что перепускной клапан поршневой группы под действием пружины закрывается. Если пружина сломана или отсутствует вообще, клапан «зависает» и в описываемый момент времени не опускается на свое посадочное место. В этом случае клапан остается в открытом положении и после прохождения поршнем нижней мертвой точки (т. е. уже при ходе отбоя подвески), пока скорость движения штока в обратном направлении незначительна. Затем он закрывается, при этом слышен удар. Перепускной клапан донного клапана будет источником стука в аналогичной ситуации при ходе отбоя двухтрубного амортизатора.

Назначение перепускного клапана поршня двухтрубного амортизатора: при ходе сжатия амортизатора пропускать часть рабочей жидкости в надпоршневое пространство, одновременно другая часть жидкости вытесняется в компенсационную полость – пространство между корпусом и рабочим цилиндром. Усиленный перепускной клапан применяется при необходимости использовать регулировку сжатия, требующую большего усилия открытия этого клапана в том случае, если по некоторым причинам (как правило, с целью снижения металлоемкости) увеличивать диаметр штока нежелательно. В таком варианте этот клапан дополняет сопротивление сжатию донного клапана. В случае использования в конструкции усиленного клапана поршня и донного клапана со сравнительно малым усилием открытия (несоответствие усилий) при ходе сжатия в надпоршневое пространство поступает недостаточное количество жидкости, т. к. она перетекает через элемент с меньшим гидравлическим сопротивлением, т. е. через донный клапан. В результате над поршнем появляется объем, заполненный газом, при движении штока вверх вначале вытесняется газ, а затем жидкость. Как следствие, вначале усилие, развиваемое амортизатором, мало, а затем скачкообразно возрастает, что приводит к стуку. Данное явление обычно наблюдается при движении автомобиля с малой скоростью по неровностям со значительным перепадом высот.

Источником стука при изменении направления действующей на шток поперечной силы обычно является люфт в паре «поршень-цилиндр». Его причины: выработка на стенке цилиндра, износ поршня и поршневого кольца. В случае же использования в подвеске Макферсона стойки схемы Bilstein (см. рис. 2) источником стука будет боковой люфт в направляющих цилиндра.

Отдельно выделим конструкцию Monroe Sensa-trac с перепускной канавкой на внутренней стенке рабочего цилиндра и аналогичные ей, используемые, как правило, в подвесках автомобилей производства фирм США и Канады. Для этой конструкции типично появление люфта в паре «поршень-цилиндр» из-за разрушения поршневого кольца при многократном его перемещении вдоль перепускной канавки. Однако, подобное решение фирмы Boge (см. рис. 1), применяемое, например, в передних стойках автомобиля FIAT Croma, приводит к разрушению поршневого кольца значительно реже. Причина: более удачный выбор материала кольца или формы канавки.

Тенденция в современных конструкциях амортизаторов – кольцо, привулканизированное к поршню. Такое решение применяют фирмы Северной Америки, Кореи, Японии (обычно KYB, Tokico), а в последнее время и Европы (Sachs). Причины разрушения кольца и появления люфта в паре «поршень-цилиндр»: чрезмерные нагрузки при эксплуатации на дорогах СНГ, нарушение геометрии кузова или кинематики подвески, недостаточная прочность материала кольца.

Отдельно отметим конструктивные особенности амортизаторов фирмы KYB (Япония) – некоторые детали (например, втулка 1, рис. 3) изготовлены из мягкого металла со специальными свойствами. Назначение – обеспечение постоянства кольцевого зазора в паре «втулка-шайба» поршневой группы в широком диапазоне температур, а, следовательно, повышение стабильности рабочей характеристики амортизаторов. В процессе эксплуатации мягкие детали деформируются, и ослабляется первоначальная затяжка гайки крепления поршневого узла. В итоге поршень под действием нагрузки перемещается вдоль оси амортизатора, что и вызывает стук. Гайка крепления поршневого узла KYB раскернивается со значительной деформацией резьбового конца штока, поэтому полной разборки поршневой группы не происходит.

В случае установки в подвеске двухтрубного амортизатора с большим углом наклона к вертикали (более 45 градусов) при полностью выдвинутом штоке уровень жидкости в компенсационной полости может опуститься ниже уровня донного клапана. При этом в пространство под поршнем рабочего цилиндра при работе амортизатора попадает некоторое количество воздуха, образующее воздушную подушку, и при ходе сжатия наблюдается провал, вызывающий стук. Данного дефекта лишены однотрубные амортизаторы с разделительным поршнем, а также двухтрубные специального исполнения с герметичным газовым элементом внутри, допускающие установку в любом положении, рис. 4 (Раймпель Й., 1986).

Резкий металлический стук при полностью выдвинутом штоке амортизатора может быть вызван следующими причинами: разрушением эластичного буфера отбоя на штоке (применяется для снижения уровня шума при отбое), рис. 5, или взаимным касанием металлических деталей подвески (как правило, при использовании гасителей колебаний, ход которых превышает ход подвески). Разрушение буфера отбоя может быть вызвано недостаточной эффективностью гасящих свойств амортизатора, неправильно подобранным материалом буфера, или при воздействии на него нагрузок, превышающих допускаемые.

Отметим конструктивные особенности гидравлического буфера отбоя, применяемого в передних стойках автомобилей ВАЗ, производства Скопинского автоагрегатного завода (СААЗ): в данной конструкции используется металлокерамический плунжер, устанавливаемый в цилиндре с малым зазором (рис. 6) и обеспечивающий дополнительное сопротивление при ходе отбоя. При увеличении зазора или при значительной потере эксплуатационных свойств рабочей жидкостью, эффективность данного устройства снижается, что вызывает стук.

«Утренняя болезнь» типична для двухтрубных амортизаторов и заключается в следующем. При длительной стоянке автомобиля жидкость охлаждается (уменьшается ее объем) и стекает через дроссельные отверстия и негерметичные уплотнения; в результате появляется полость, заполненная газом. В начале движения эффективность амортизатора снижается и восстанавливается только через некоторое время. Часть производителей (Sachs, Boge) имеют варианты конструкций, препятствующие возникновению указанного явления. Например, применяемое в некоторых амортизаторах фирмы Boge кольцо уголкового сечения, служит резервуаром для сбора жидкости из направляющей, рис. 7 (Раймпель Й., 1986). Жидкость из этого резервуара препятствует образованию воздушного пузыря в рабочем цилиндре при охлаждении амортизатора по окончании поездки до температуры окружающего воздуха и последующего уменьшения объема жидкости в цилиндре. Другие производители подобных конструкций не используют. Это косвенно свидетельствует о том, что отмеченное явление не является серьезной эксплуатационной проблемой.

Установка в подвеске автомобиля амортизаторов, у которых рабочая характеристика, а иногда размеры и ход штока не соответствуют предписанным производителем автомобиля, достаточно часто встречается в условиях СНГ по причине низкой платежеспособности населения. Как правило, это замена комплектующими отечественного производства аналогичных, используемых на зарубежных автомобилях; основной критерий при подборе – близость габаритов. Пример: на заднеприводном автомобиле BMW 3-й серии (обозначение кузова Е21) в задней подвеске часто используется задняя стойка переднеприводного ВАЗ 2108, имеющая максимальную длину и ход штока, превышающие примерно на 50 и 30 мм аналогичные параметры BMW. Заднеприводный автомобиль по сравнению с переднеприводным имеет другое распределение масс по осям, отличающиеся подрессоренные и неподрессоренные массы, другую динамику движения и максимальную скорость. Кроме того, кинематика и характеристика независимой подвески BMW отличается от аналогичных параметров зависимой подвески ВАЗ. Привод ведущих колес BMW осуществляется шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС), имеющими ограничение по максимальному углу между валами. При использовании более длинных стоек данный угол превышает допустимый, что приводит к ускоренному износу ШРУСа под действием крутящего момента. Поэтому подобная замена является опасной для других участников дорожного движения. В случае использования в подвеске амортизаторов с меньшими габаритными размерами возможно преждевременное срабатывание буферов сжатия или отбоя, что тоже является причиной возникновения стука.

В подавляющем большинстве случаев причиной низкого положения кузова автомобиля является снижение жесткости или поломка упругого элемента подвески. Если в подвеске амортизатор играет роль дополнительного упругого элемента (например, варианты задних подвесок моделей Subaru Forester, Honda Legend), то он, как правило, имеет довольно высокое внутреннее давление (порядка 1,5-2,0 МПа против обычного 0,4-0,6 МПа). Поэтому при снижении давления автомобиль «падает». В этом случае при использовании амортизатора, не имеющего высокого давления, необходимо одновременно использовать пружину подвески другой жесткости.

Заключение

Отметим, что практически во всех перечисленных случаях необходимы тщательная диагностика и комплекс работ по всей ходовой части автомобиля. Дать заключение о работоспособности амортизатора можно только после испытаний на стенде, а оценить совместную работу подвески автомобиля с выбранным типом амортизатора – после ходовых испытаний, которые желательно проводить с участием нескольких водителей, чтобы свести к минимуму роль субъективного фактора. На наш взгляд, лучший способ отремонтировать амортизатор – его изготовление с использованием новых деталей. Обычная практика ремонта амортизатора, предполагающая дальнейшее использование деталей, бывших в употреблении, не является оправданной – подобные детали имеют износ и потому точная настройка рабочей характеристики амортизатора невозможна.