Amortyzatory - tylko mnie nie bujaj! - część 2 | MOTOFAKTOR

Amortyzatory - tylko mnie nie bujaj! - część 2

person Andrzej Glajzer 20/09/2021

Kto i kiedy wymyślił amortyzatory, jak się rozwijały technologicznie i jak to wygląda obecnie.

Pierwszą część historii rozwoju amortyzatorów zakończyliśmy na początku XX wieku. Powoli zmierzamy do współczesności.

Olej dużo może!

Na początku francuski inżynier wojskowy Charlaes François Maurice Houdaille zaprojektował i już w 1905 r. wykonał dźwigniowy amortyzator hydrauliczny jednostronnego działania (tzw. łopatkowy), który następnie w 1908 r opatentował zarówno w Stanach (gdzie założył firmę produkującą zderzaki samochodowe Houdaille Industries) jak i w Europie. Pierwsze „hydrauliki” znalazły zastosowanie w autach Cummingham i Mercer. W 1914 r. (dwa lata przez śmiercią) do listy swoich dokonań dołączył kolejny wynalazek, czyli hydrauliczny amortyzator dźwigniowy dwustronnego działania.

Firma Houdaille’a weszła następnie w struktury imperium Forda, a pierwsze amortyzatory produkowane już przez Houdaille Engineering Co. montowane były od 1923 r.w samochodach Lincoln, od 1927 r. opcjonalnie w autach marek Pirce-Arrow, Jordan i Stern-Knight, a od 1927 r. standardowo w Fordach Model A.

Na końcu wałka osadzona była dźwignia jednoramienna połączona z elementem sprężystym podwozia (resorem), która w przypadku jego ugięcia powodowała ruch wałka i łopatek i przemieszczanie się oleju pomiędzy komorami obudowy.

 

Jeśli następował wzrost obciążenia (np. lekkie ugięcie resoru) olej przetłaczany przez skośne kanaliki dławiące oraz zaworki płytkowe stawiał umiarkowany opór i amortyzator działał z ograniczoną skutecznością.

 

Kiedy natomiast obciążenie na dźwignię maleje (rozprężanie resoru) zawory płytkowe pozostawały zamknięte, a olej przetłaczany był tylko przez ukośne kanaliki dławiące co powodowało zwiększenie jego oporu i większą skuteczność działania amortyzatora.

 

Amortyzatory tego rodzaju stosowano powszechnie w latach 30. W praktycznie każdym rodzaju samochodów. Warto wspomnieć, że standardowo montowano je również w produkowanych przez PZinż licencyjnych Polskich Fiatach 508 i 518 oraz konstrukcjach rodzimych jak np. w samochodzie Ralf-Stetysz.

Szkic i widok dźwigniowego amortyzatora hydraulicznego typu Hodaille

Innym rodzajem amortyzatorów hydraulicznych stosowanych w latach 30 były tzw. amortyzatory tłoczkowe nazywane wówczas aparatami Repusseau (firmy wspomnianej już przy okazji amortyzatorów ciernych). Cytując opis z polskiej prasy motoryzacyjnej (1937) czytamy:

 

„Przedstawiony na szkicu posiada dźwignię wahadłową „A”, która pod wpływem ruchów resorowych oddziaływa na tłoki B1 i B2, które przepychają ciecz przez przewody zaopatrzone w zawory C i D oraz przez bezpośrednie połączenie E. Płyn wypchnięty przez tłok B1(przy ugięciu resoru) przechodzi po pokonaniu oporu sprężyny zaworowej D przez przewody dolne. Przy opadaniu resoru ciśnie na olej drugi tłok B2 i przepływ odbywa się obecnie przez zawór C- t.j przewody górne. Dodatkowe bezpośrednie połączenie E zezwala na łatwą komunikację oleju między komorami tłokowymi przy nieznacznych nierównościach drogi. Zwróćmy uwagę, że aparat Rapusseau wydajniej hamuje opadający resor (mocniejsza sprężyna zaworu C niż wznoszący się pod wpływem napotkanej przeszkody drogowej) słaba sprężyna zaworu D”. (pisownia oryginalna).

 

Pójście za ciosem w przypadku rozwoju konstrukcji amortyzatorów polegało też między innymi na opracowaniu hydraulicznego amortyzatora dwustronnego lub obustronnego działania, co pozwoliło miedzy innymi na rezygnację z często stosowanego przez producentów samochodów rozwiązania jakim było stosowanie dwóch par amortyzatorów jednostronnego działania jak np. w lekkim samochodzie wojskowym Gaz 67B!

 

Amortyzatory obustronnego działania były najczęściej zespołem dwóch jednotłoczkowych jednostronnego działania o wspólnej obudowie i pracujących przeciwsobnie. Oznacza to, że jeśli cylinderki wywiercone są równolegle to tłoczki poruszają się względem siebie przeciwbieżnie. Jeśli zaś mają wspólną oś poruszają się spójnie.

 

Cylinderki amortyzatorów obustronnego działania połączone są poprzez układ dwóch zaworków przepustowych, których ciśnienia otwarcia reguluje się przez zmienianie wstępnego napięcia sprężyn za pomocą śrub regulacyjnych. Tłumienie energii elementu sprężystego w tym przypadku odbywa się wskutek przetłaczania cieczy ze swego cylinderka poprzez zaworek dławiący do wnętrza drugiego cylinderka, którego zaworek dławiący jest wówczas zamknięty.

Dwutłoczkowe hydrauliczne amortyzatory dźwigniowe. Po prawej stosowany w samochodach Cadillac z późnych lat 30.

A może rura?

I wydawało się, że Mr. Houdaille załatwił wszystko, a przynajmniej dużo w temacie tłumienia temperamentu na resorów…, ale nie! Jeszcze w latach 30. ktoś stwierdził, że szybkie samochody szybciej się grzeją…i to w każdym względzie. Coraz bardziej gorące były siniki o coraz większych mocach, hamulce, a także o dziwo również amortyzatory.

 

Dziś wiadomo, że temperatura oleju hydraulicznego w amortyzatorach może osiągać wartość 100-120°, a krótkotrwale nawet do 200°C! Czy drogi były bardziej nierówne?! Z pewnością nie, ale szybkości samochodów powodowały, że praca amortyzatorów stawała się bardziej trudna.

 

Rozwiązaniem mogłaby być większa ilość oleju hydraulicznego, ale to wymagało zwiększenia objętości zbiorników …i wtedy ktoś (najpewniej z lotniczego biura konstrukcyjnego) policzył, że więcej zmieści się ich w pionowo zamontowanej rurze, niż w ciężkich stalowych obudowach. Innym powodem konieczności wynalezienia „czegoś nowego” było przyzwyczajanie się do upowszechnienia niezależnych układów zawieszeń, które dotąd doskonale sprawdzały się w motorsporcie i przekonywały o wyższości zarówno odnośnie bezpieczeństwa jak i komfortu jazdy.

 

Lata 30. to wreszcie czas, kiedy całkiem realnie myślano już o napędzie kół przednich, a to wręcz wymuszało nowe rozwiązania konstrukcji podwozi.
Na drodze doświadczeń było też jasne, że wartość mas nieresorowanych to dodatkowa przyczyna powstawania niekorzystnych drgań, a amortyzatory zwykle mocowane są do stałych elementów podwozi.

 

Tak czy inaczej już w latach 30. zaczęto interesować się możliwościami zastąpienia dotychczasowych typów amortyzatorów nowymi, jak to wtedy określała polska prasa motoryzacyjna „aparatami teleskopijnymi”. Ale te, w opiniach rodzimych, przedwojennych specjalistów z dziedziny motoryzacji o czym pisali między innymi w miesięcznikach Auto i Szofer Polski: nie znalazły szerszego zastosowania”.

 

Jak jednak wiemy z historii, mimo ich sceptycyzmu „na dobre” przekonały producentów samochodów na świecie po zakończeniu Drugiej Wojny Światowej!
Zbiegło się także z upowszechnieniem układów niezależnych zawieszeń kół jak również… z powszechnym…wykorzystywaniem sprężyn śrubowych jako podstawowych elementów sprężystych.

Stare to, czy nowe?!

A tak naprawdę przypomniano sobie i zaczęto rozważać powrót do idei konstrukcji wspomnianego na początku L.C Horocka…, tyle tylko, że z uwzględnieniem aktualnie dostępnych technologii!

Teleskopowe, dwururowe amortyzatory hydrauliczne. Na dole widoczne w samochodzie VW.

W zasadzie sama idea amortyzatora rurowego i jego części składowych nie uległa zasadniczej zmianie. Nadal tak u Horocka i Hodalille’a czynnikiem roboczym była ciecz (olej hydrauliczny ze swoją „ściśliwością”), a zasada działania tak jak poprzednio polegała na przepompowywaniu jej (za pomocą tłoka lub tłoków) w określone miejsca, tyle że bardziej efektywnie (dosłownie szybciej) niż dotychczas.

Schemat działania hydraulicznego, dwururowego amortyzatora teleskopowego

Na początku był amortyzator dwururowy składający się z dwóch rur (cylindrów), wewnętrznej tzw. roboczej (lub ciśnieniowej), w której budowane jest ciśnienie generujące siły tłumienia. W tym cylindrze w raz z tłoczyskiem porusza się tłok, w którym znajduje się zawór odpowiedzialny za ruch „odbicia”. Siły w ruchu „dobicia” regulowane są natomiast przez zawór rozdzielający oba cylindry, który umieszczony jest w dolnej części amortyzatora. Cylinder zewnętrzny jest tylko przestrzenią przelewową (rezerwową) i w związku z tym tylko 1/3 jego objętości wypełnia olej, a resztę zajmuje powietrze lub w zależności od typu amortyzatora sprężony gaz.

 

Amortyzatory dwururowe wykonywane są w dwóch rodzajach: olejowym i gazowo-olejowym. W pierwszym przypadku w cylindrze zewnętrznym oprócz oleju znajduje się tylko powietrze pod ciśnieniem atmosferycznym, a w drugim sprężony gaz pod ciśnieniem ok. 3 barów. Obecność gazu ma tu duże znaczenie, ponieważ zapobiega niekorzystnym skutkom kawitacji, czyli powstawaniu przestrzeni o niskim ciśnieniu czego efektem jest pienienie i napowietrzanie oleju co z kolei obniża własności tłumiące amortyzatora.

 

Warunki takie tworzą się miedzy innymi podczas szybkich ruchów tłoczyska, czyli np. kiedy samochód porusza się przez dłuższy czas z dużą prędkością. Żeby nie było! Amortyzatory dwururowe nie od razu tłumiły w dwie strony. Zaczęto od jednostronnego tłumienia i takie np. zastosował F. Porsche w konstruowanym popularnym samochodzie KdF (późniejszy VW Kaffer), ale dość szybko przekształciły się w dwustronnego działania, czyli taki, których opis znajduje się powyżej i takie spotykamy również dziś.

 

Wspomnienie! Licencyjny samochód Warszawa M20 od początków produkcji w 1951 r. wyposażany był amortyzatory dźwigniowe dwustronnego działania, ale na drodze modernizacji ok. 1956 r. w Dziale Głównego Konstruktora FSO zaczęto prace nad zastąpieniem ich amortyzatorami teleskopowymi rodzimej konstrukcji.
Autorem ich konstrukcji był inż. Feliks Adler, a pierwsze testy dokonywane były w samochodach startujących w długim Rajdzie Przyjaźni, który odbywał się na trenie Polski, ZSRR i innych krajów RWPG.

 

Jak wspominał uczestnik imprezy Marian Repeta „w zasadzie spełniały swoje zadanie”, ale na wyboistych drogach Kraju Rad wymagały codziennej modernizacji, czyli np. nawiercania dodatkowych otworów w tłokach lub uzupełnianiu uszczelnień.

 

Tak czy inaczej wkrótce ruszyła ich produkcja seryjna w Krośnie i po Warszawie M20 „teleskopy” stosowane były również we wszystkich autach użytkowych (Zuk i Nysa) jak również nieco później w Syrenach.  W 1959 r. podczas projektowania Warszawy 210 F.Adler zaprojektował również pierwsze polskie McPhersony (wzorowane na fordowskim oryginale), ale jak wiadomo skończyło się tylko na prototypach.

A może wystarczy tylko jedna rura. Będzie taniej!

Na następny wynalazek, a właściwie kontynuację sukcesu „teleskopów” należało poczekać do 1953 r. i skonstruowany po raz pierwszy przez Christiana Borciera de Carbon (znowu Francuzi górą) ciśnieniowy hydrauliczny amortyzator dwururowy.

Amortyzatory jednorurowe określane również jako wysokociśnieniowe wykonane są z rury tworzącej jeden cylinder, w którym za pomocą tłoczyska porusza się tłok. Ponieważ wraz z w suwaniem się tłoczyska do wnętrza cylindra przyrasta „zajęta” objętość przez elementy konieczna jest jej kompensacja. W tym przypadku olej nie wypełnia w całości wnętrza cylindra, a większość objętości cylindra wypełnia poduszka gazowa o ciśnieniu ok. 30 barów.

 

Aby nie dochodziło do mieszania się oleju z gazem stosuje się tzw. pływający tłok przedzielający te dwa czynniki, który nie jest związany ani z tłokiem roboczym ani z tłoczyskiem a jego ruch odbywa się na zasadzie różnic ciśnień powstających w wyniku ruchu tłoczyska. Miało być taniej…, ale niekoniecznie!

 

Mimo prostszej budowy amortyzatory jednorurowe są trudniejsze technologicznie co oznacza, że wymagają bardziej trwałych materiałów i bardziej skomplikowanej obróbki elementów. Dzisiaj stosowane są obydwa rodzaje amortyzatorów zarówno dwu jak i jednorurowe i określa się je jako „konwencjonalne” i charakteryzują się tym, że mogą przenosić siły tylko wzdłuż swojej osi co oznacza, że mocowane u góry i z dołu nie przenoszą momentów ani sił bocznych.
Zasadnicze różnice?!

 

Amortyzatory dwururowe ze względu na zakłócenia działania komory wyrównawczej nie powinny być montowane pod kątem większym niż 45°, co może ograniczać ich zabudowę. Dwururowe są bardziej od nich dogodne konstrukcyjnie, a ponadto ze względu na to, że ciecz robocza oddzielona jest od otoczenia tylko jedna ścianką charakteryzują się lepszym odprowadzeniem ciepła.

 

Jednocześnie mają też większą długość, a co z kolei ma wpływ na czułość w zakresie odporności naszkodzenia zewnętrzne jak wymagają bardziej wyrafinowanych technicznie i rozbudowanych uszczelnień.

No i co teraz?!

Właściwe nic. a może wszystko. Nadal podstawą w amortyzatorach jest hydraulika, tyle że w najróżniejszy sposób konfigurowana z pneumatyką i elektroniką, która obecnie „rządzi” w każdym aspekcie budowy samochodu i przeważnie” na własna rękę” wspomaga kierowcę w doborze optymalnej siły tłumienia drgań w zależności od aktualnych warunków jazdy.

 

Mamy więc amortyzatory o ręcznie regulowanym tłumieniu (pokrętłem zewnętrznym, poprzez obrót trzpienia w tłoczysku, za pomocą elektromagnetycznych zaworów sterowanych elektronicznie pozwalających na pracę w trybach: normal, komfort lub sport, amortyzatory z regulacją tłumienia przez wykorzystanie pola magnetycznego (także przez zmianę pola magnetycznego elektromagnesu umieszczonego w tłoku) itp.

 

Niektóre z tych metod pochodzą jeszcze z lat 70. minionego stulecia, inne z początku takt 80., a jeszcze inne (np. elektryczne sterowanie zaworów), czyli półaktywne, czy w pełni aktywne systemy tłumienia to już wiek XXI.

 

To oczywiście bardzo rozległy temat z tysiącami rozwiązań stosowanych przez producentów amortyzatorów w ich odpowiedzi na potrzeby zmieniającego się rynku i ciągle zaostrzanych norm bezpieczeństwa. Nie sposób zatem ich omówić w najkrótszym nawet zarysie tak jak wymienić wszystkich innych nie wspomnianych tu rodzajów np. sposobów tłumienia drgań w zawieszeniach pneumatycznych.

 

Czy pozostaniemy przy ewolucji znanych już rozwiązań, czy np. poprzez całkowite odizolowanie pojazdu od nawierzchni nie będzie już nikomu potrzebna nauka o teorii drgań? Jak zwykle pokaże czas!

 

Zdjęcia z archiwum autora, Bilstein

Zobacz podobne

Szanowny Czytelniku

Zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (ogólne rozporządzenie o ochronie danych) informujemy Cię o przetwarzaniu Twoich danych.

Administratorem danych jest Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28. Chodzi o dane, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług, w tym stron internetowych, newsletterów i innych funkcjonalności udostępnianych przez Proautomotive Sp. z o.o., głównie zapisanych w plikach cookies i innych identyfikatorach internetowych, które są instalowane na naszych stronach przez nas oraz naszych zaufanych partnerów. Gromadzone dane są wykorzystywane wyłącznie w celach: świadczenia usług drogą elektroniczną wykrywania nadużyć w usługach pomiarów statystycznych i udoskonalenia usług

Osoba, której dane dotyczą, ma prawo dostępu do danych, sprostowania i usunięcia danych, ograniczenia ich przetwarzania. Osoba może też wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych. Wszelkie zgłoszenia dotyczące ochrony danych osobowych prosimy kierować na adres biuro@motofaktor.pl lub pisemnie na adres Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28 z dopiskiem "ochrona danych osobowych".

Więcej o zasadach przetwarzania danych osobowych i przysługujących Użytkownikowi prawach znajduje się w Polityce prywatności.

Zapisz się na newsletter główny

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

To był tydzień!

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

Strefa Ciężka

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

Subscribe to our newsletter

Send me your newsletter (you can unsubscribe at any time).