Виды поршневых колец: ТИПЫ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ | Yenmak Engine Parts

Содержание

виды, функции, поломки и их устранение

Поршневые кольца – неотъемлемый элемент любого двигателя. Они устанавливаются в специальные канавки на поршнях. В данной статье рассмотрим разновидности поршневых колец, их функции и обслуживание.

Виды поршневых колец

Поршневые кольца бывают маслосъемными и компрессионными.

Первые служат для удаления излишков масла с поршня и цилиндра. После прохода этих колец на поверхностях остается тонкая масляная пленка в несколько микрон. В канавках деталей располагаются радиальные отверстия или прорези, по которым собранное моторное масло возвращается в поддон.

Существуют составные маслосъемные кольца с пружинами-расширителями и литые чугунные. Первые состоят из двух тонких колец, а также радиального и осевого расширителей. Их производство не слишком затратно, поэтому составные кольца используются чаще литых. Некоторые поршни оснащаются двумя составными или литыми кольцами. Для того чтобы стабилизировать прижим, чугунные дополняются пружинным расширителем.

Компрессионные кольца отвечают за изоляцию камеры сгорания. На поршни их устанавливается не более трех.

Выделяют верхние и нижнее компрессионные кольца. Первые ускоряют приработку, второе дополнительно герметизирует камеру после маслосъемного кольца. Оно предотвращает попадание газов в картер, препятствует проникновению излишков моторного масла в камеру сгорания, предупреждает детонацию двигателя.


Функции поршневых колец

Обобщая вышесказанное, можно выделить следующие функции поршневых колец:

  • Компрессия. Кольца изолируют камеру сгорания от картера. Предотвращая проникновение газов между поршнем и цилиндром, кольца способствуют их наиболее эффективному сжатию
  • Экономия моторного масла. Достигается за счет работы маслосъемных колец, которые убирают часть смазки с поверхностей цилиндра и направляют ее в картер
  • Теплообмен. Кольца передают тепло от поршня к стенкам цилиндра. При воспламенении топливно-воздушной смеси внутри камеры сгорания возникают температуры до +300 °C. Без отвода тепла высок риск поломки двигателя
  • Уменьшение горизонтальных колебаний поршня. Плотно посаженные кольца удерживают поршень строго в горизонтальном направлении и не дают ему "гулять". Благодаря этому предотвращается износ ЦПГ двигателя

Конструкционные материалы для поршневых колец

Поршневые кольца изготавливают из высококачественного чугуна или легированной стали. Чугунные имеют меньший вес и быстрее прирабатываются, однако стальные обладают лучшей термостойкостью и более высоким пределом прочности. Кроме того, стальные кольца требуют нанесения твердого приработочного антифрикционного покрытия.

Чаще всего верхние стальные кольца имеют оловянное или хромовое покрытие, нижние – молибденовое напыление.

Современные силовые агрегаты могут иметь большее количество поршневых колец, чем их "предшественники". Это связано с их более высокой мощностью и необходимостью в интенсивном отводе тепла от поршней.


Типичные неисправности поршневых колец

Износ поршневых колец вызывает увеличение зазора между стенками цилиндра и поршнем. Это приводит к тому, что при воспламенении топливно-воздушной смеси газы проникают в картер и снижают эффективность работы двигателя. Ухудшаются также характеристики моторного масла.

То же самое происходит при залегании колец. Раскаленные газы проникают из камеры сгорания и разрушают масло, вследствие чего в кольцевых каналах образуются отложения. Кроме того могут появляться побочные продукты сгорания топлива.


Из-за тяжелых отложений кольца в канавках залегают, в результате чего снижается подвижность поршня. Из-за образовавшегося между кольцами и стенкой цилиндра зазора происходит прорыв картерных газов, повышается расход моторного масла.

Износ поршневых колец можно определить по некоторыми внешним признакам, например, по синему дыму из выхлопной трубы. Особенно это заметно при холодном пуске двигателя.

Вместе с поршневыми кольцами изнашиваются, как правило, юбки поршней. И если поврежденные кольца нуждаются исключительно в замене, то состояние поршней можно улучшить при помощи специальных антифрикционных покрытий – к примеру, MODENGY Для деталей ДВС.

Данное покрытие обладает широким диапазоном рабочих температур (от -70 до +260 °C), способствует снижению трения и износа поршней, защищает юбки от задиров. Применение покрытия уменьшает расход топлива, повышает мощность двигателя и делает работу силового агрегата менее шумной.

Примечательно, что MODENGY Для деталей ДВС отверждается при комнатной температуре. Покрытие не требует дополнительного оборудования для нанесения, так как имеет удобную аэрозольную фасовку.

Перед нанесением покрытия рекомендуется использовать Специальный очиститель-активатор MODENGY. Он не только убирает разнородные загрязнения, но и образует на поверхностях пленку, улучшающую адгезию покрытия.


Замена поршневых колец

Чтобы снять поршневые кольца, нужно развести их края в области замка до тех пор, пока деталь не покинет канавку. Делается это при помощи специальных щипцов или небольшой плоской отвертки.

После снятия колец канавки очищаются от нагара при помощи специального инструмента или старого компрессионного кольца, сломанного на две части.

Перед установкой новых колец следует обратиться к инструкции, которая прилагается к комплекту. В ней описывается последовательность работы и правильное расположение деталей.

После очистки канавок необходимо проверить их на предмет повреждения радиусов и боковых поверхностей.

Установку новых колец начинают с нижнего. Процедура выполняется при помощи специального цангового устройства.

По окончании работы проверяют зазоры боковых поверхностей. Если они превышают 0,1 мм, поршни подлежат замене.

Обкатка двигателя с новыми кольцами производится в течение 3-5 тыс. км. Она включает в себя стандартные действия: прогрев двигателя, запрет длительного простоя на холостом ходу, движение на высоких оборотах, с малой скоростью при повышенных передачах и т.д. По прошествии обкатки двигатель не следует подвергать нагрузкам еще 5-10 тыс. км.

Компрессионные и маслосъемные кольца поршней двигателя. Как работает и почему изнашивается? | SUPROTEC

Всё это стало возможным благодаря постоянному совершенствованию цилиндро-поршневых групп, и в частности самих поршневых колец, от которых зависит стабильная и эффективная работа силового агрегата и возможность максимально продлить его ресурс.

Виды и назначение колец поршней двигателя

Эти детали представляют собой разомкнутые кольца, имеющие так называемые «замки». Они устанавливаются на внешнюю часть поршней в двигателях внутреннего сгорания. Главными их задачами являются:

  • обеспечение герметичности самой камеры сгорания;
  • удаление излишек тепла от деталей, в частности от поршня;
  • создание условий для минимального расхода моторного масла.

По видам различают компрессионные и маслосъёмные кольца.

Компрессионные кольца. В свою очередь они делятся на верхние и нижние. Первые обеспечивают предварительную герметичность системы, а вторые – финишную герметичность работающего силового агрегата, когда газы уже прошли через верхние и промежуточные. В итоге отработанные газы не попадают в картер, уходят в выхлопную систему без всяких примесей, а двигатель работает равномерно, чётко и стабильно.

Маслосъёмные кольца предназначены для удаления излишек моторного масла с поверхностей цилиндров. Они с одной стороны удаляют лишнее масло, а с другой оставляют тончайший слой масляной плёнки, для того чтобы максимально минимизировать силу трения между поршнями и цилиндрами.

Как компрессионные кольца двигателей, так и маслосъёмные могут быть изготовлены из следующих материалов:

  • ковкого и пластичного чугуна – материала, который благодаря своей пористой структуре отлично удерживает масло, что, в свою очередь значительно снижает износ цилиндров;
  • хромированного чугуна – материала, обладающего повышенной степенью устойчивости, но требующего прецизионной точности обработки;
  • маркированной нержавеющей стали, обладающей аналогичными с чугуном характеристиками, которая производится по более простой, а значит и более дешёвой технологии;
  • молибденового чугуна – дорогого материала, но при этом обеспечивающего наивысшую степень износоустойчивости, как правило, такие детали используются в элитных или уникальных сверхскоростных авто.

При изготовлении каждое изделие получается путём максимально точной резки трубы из чугуна или стали. При этом заготовка используется с сечением овальной формы. Именно такая форма обеспечивает необходимую эпюру давления на цилиндр, что обеспечивает гарантию полного прилегания детали и её надёжную приработку. Если бы в качестве заготовки была бы использована труба с круглым сечением, то готовые изделия попросту бы не прилегали в местах у замков.

Кольца, установленные в канавках, разворачиваются таким образом, чтобы был образован угол между замками. Для трёх колец величина этого угла составляет 120°, а при двух – 180°.

В итоге получается, что эпюры давлений не совпадают, что обеспечивает равный износ по диаметру. Кроме того, таким образом обеспечивается так называемый «лабиринт», который снижает прорыв отработанных газов. Ранее для обеспечения равномерного угла между деталями на каждой из них были предусмотрены специальные фаски. Сегодня снижения силы трения добиваются посредством выпуска более тонких деталей, но при этом всё равно изделия выпускаются с ориентацией для установки.

Поломку легче предупредить, чем устранить. Используйте присадку для восстановления нормальной работы поршней и колец.

Основные неисправности и способы их устранения

Надо понимать, что поршневые компрессионные кольца, равно как и маслосъёмные являются расходными деталями, которые на определённом этапе времени требуют замены. Во время эксплуатации они подвергаются трению о поверхности цилиндров, высоким температурам, различным химическим воздействиям, например серы, что особенно характерно для дизельных двигателей.

В качестве основных причин возникновения неисправностей, связанных с этими деталями можно назвать потерю упругости из-за нарушений режима обкатки или использования неоригинальных колец низкого качества. Из-за плохого прилегания и прорывов горячих газов кольцо попросту «садится», чем ещё больше усугубляет проблему. Надо понимать, что эти детали всегда находятся в экстремальных условиях – на них постоянно действуют ударные нагрузки от искровой детонации, которые вызывают вибрацию кольца в канавке. В свою очередь это приводит к тому, что увеличивается зазор компрессионного кольца, а, следовательно, растёт вероятность поломок этой детали. Всё это ещё раз подтверждает тот факт, что кольца надо менять.

На практике эти детали могут «ходить» до 500 тыс. и, наоборот, гораздо раньше изнашиваться. Всё зависит от стиля вождения, качества используемого топлива и моторного масла, стабильности и качества подготавливаемой воздушно-топливной смеси, своевременного обслуживания авто и многих других причин. Только вот, когда наступает это самое время замены, по каким признакам можно определить превышение допустимой степени износа, и можно ли максимально отложить ремонт? Эти вопросы возникают у автолюбителей чаще всего.

В технической документации на автомобиль каждый производитель указывает величину пробега, при которой требуется замена маслосъёмных и компрессионных колец поршня. Величины пробега для машин отечественного автопрома обычно находятся в пределах порядка 150 тыс. км, а для автомобилей ведущих мировых брендов – порядка 300 тыс. км. Эти цифры носят рекомендательный характер.

По каким внешним признакам можно определить, что нужна замена поршневых колец и замена компрессионных колец?

Ответ на этот вопрос не такой простой, как может показаться на первый взгляд. Дело в том, что внешние признаки неисправностей цилиндро-поршневых групп практически одинаковы, поэтому определить конкретную неисправность без «вскрытия» нереально. Общий подход такой. Если тяга резко уменьшилась, а нажатие на педаль газа не даёт достаточного ускорения, если мотор плохо запускается «на холодную» или даёт сбои при запуске «на горячую». Если замечено, что расход топлива увеличился, а из выхлопной трубы валит сизый или чёрный дым, то это свидетельствует об имеющейся неисправности. Потеря мощности говорит о снижении компрессии, сизый дым – повышенный расход масла, чёрный дым – перелив топлива. И не обязательно в этих случаях виноваты кольца.

В этих случаях вначале пытаются устранить проблему путём выставления правильного угла опережения зажигания, проверки и при необходимости замены свечей, диагностики работы датчика температуры охлаждающей жидкости, лямбда-зонда, другой электроники, отвечающей за подготовку смеси и правильную работу двигателя.

И только когда точно выявлено, что виновата поршневая группа, то приступают к ремонту, связанному с разборкой двигателя. При этом если автомобиль с большим пробегом, кроме устранения основной неисправности в случае большого износа колец, меняются и они.

Поломку легче предупредить, чем устранить. Используйте присадку для восстановления нормальной работы поршней и колец.

Основными неисправностями этих элементов можно назвать следующие:

– выламывание перегородок между канавками;

– заклинивание в канавках – наиболее часто встречающаяся проблема;

– вертикальные задиры;

– повышенный износ верхних компрессионных колец;

– следы диагонального контакта на юбке поршня;

– вымывание материала поршня в месте отверстия поршневого пальца;

Что касается признаков неисправности поршневых колец (ПК) и способов устранения, то нагляднее будет увидеть их в таблице:

Наименование неисправности

Признаки/причины

Способы устранения

Выламывание перегородок между канавками ПК

Повышенный расход масла/Повышенное давление в камере сгорания, сильно увеличенная степень сжатия, слишком раннее зажигание.

Устранение причин, замена деталей, возможная замена ПК

Заклинивание ПК в канавках – закоксовывание

Повышенный расход масла, потеря мощности/Слишком высокая температура сгорания смеси, возможно заклинивание поршня

Регулировка зажигания, регилировка топливно-воздушной смеси, замена повреждённых деталей

Вертикальные задиры на ПК и юбке поршня

Повышенный расход масла/Абразивные материалы в масле

Очистка масляных каналов, замена масляного и воздушного фильтров. При повторном проявлении – замена ПК

Повышенный износ верхних компрессионных колец

Перерасход масла, потеря мощности/Вымывание топлива из канавок ПК

Проверка системы впрыска, замена ПК.

Следы диагонального контакта на юбке поршня

Повышений шум двигателя/Изгиб или перекос шатуна, «плавание» коленвала

Замена неисправных деталей, замена ПК

Вымывание материала поршня в месте отверстия поршневого пальца

Повышенный шум в двигателе, перерасход масла/Неправильная установка или поломка стопорных колец

Регулировка, устранение несоосности пальца и коленвала, замена поршней и, соответственно, ПК

Доказано, что износ поршневых колец прямо пропорционален запылённостью воздуха, который поступает в цилиндр. Заклинивание и закоксовывание колец случаются из-за скопления в канавках сажи, что является следствием применения некачественных моторных масел, несоблюдением сроков их замены, длительная езда с повышенным перерасходом масла из-за порванных или «задубевших» манжет клапанов. Часто возникают эти проблемы сразу после неправильного монтажа маслосъёмных колец при их замене. Есть вообще экзотические случаи неисправностей и просто поломок колец. Например, езда на растительном масле вместо качественной солярки.

Можно ли избежать ремонта?

Может показаться, что всё очень удручающе – лезть внутрь двигателя для замены колец долго, сложно и недёшево. Однако есть выход. Сегодня на вопрос, можно ли избежать замены колец в случаях их закоксовывания, отвечает автохимия. Многие производители выпускают специальные средства, которые предназначены для решения этих проблем. Средства являются быстродействующими. Они способны возвращать подвижность кольцам, очищать цилиндры, поршни, камеры сгорания, выравнивать компрессию, снижать уровень вредных выхлопов.

Все они делятся на две группы. Первая – присадки в топливо, которые обеспечивают так называемую «мягкую» раскоксовку – очень простой способ, который обычно соединяется с заменой масла и масляного фильтра. Второй – средства для «жёсткого» способа, который рекомендуется для применения продвинутым автомобилистам или в условиях СТО.

Практика показывает, что использование этих средств при перегревах двигателя, появлении «дымления», повышенном расходе моторного масла, в подавляющем большинстве случаев решает проблему и исключает дорогостоящий ремонт.

Вывод простой. Если появилась проблема, то не надо сразу спешить заменять кольца или пытаться ремонтировать двигатель, ведь можно попытаться её устранить с помощью химической «раскоксовки» или использовать восстанавливающий триботехнический состав «СУПРОТЕК».

Поршневые кольца. Устройство, виды, функции поршневых колец

Содержание страницы

1. Требования к поршневым кольцам

Поршневые кольца для двигателей внутреннего сгорания должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к динамическому линейному уплотнению. Они должны не только выдерживать термические и химические нагрузки, но и выполнять ряд функций. Кроме того, они должны обладать следующими свойствами:

Функции поршневых колец

  • Предотвращение (за счет уплотнения) прорыва газов из камеры сгорания в картер, во избежание снижения давления газов и, следовательно, мощности двигателя
  • Уплотнение, т. е. предотвращение попадания смазывающего масла из кривошипной камеры (картера) в камеру сгорания
  • Обеспечение наличия на стенке цилиндра масляной пленки точно заданной толщины
  • Распределение смазочного масла по стенке цилиндра
  • Стабилизация движения поршня (качание поршня) – особенно на холодном двигателе и большом зазоре между поршнем и цилиндром
  • Передача тепла (отвод тепла) от поршня к цилиндру

Свойства поршневых колец

  • Низкое трение во избежание существенных потерь мощности двигателя
  • Высокая износостойкость и сопротивление термомеханической усталости, химическим нагрузкам и горячей коррозии
  • Поршневое кольцо не должно вызывать чрезмерный износ цилиндра, иначе значительно сокращается срок службы двигателя.
  • Длительный срок службы, эксплуатационная надежность и эффективность затрат в течение всего времени эксплуатации

2. Основные функции поршневых колец

2.1. Уплотнение от прорыва отработанных газов

Основной функцией компрессионных поршневых колец является предотвращение прорыва газов между поршнем и стенками цилиндра в картер. В большинстве двигателей это достигается за счет использования двух компрессионных поршневых колец, образующих лабиринт для газов.

В силу конструктивных особенностей, поршневые кольца для двигателей внутреннего сгорания не обеспечивают 100%-ого уплотнения, поэтому в картер всегда проникает небольшое количество газов. Это нормальное явление, полностью исключить прорыв газов невозможно в связи с особенностями конструкции колец.

Однако в любом случае необходимо избежать чрезмерного прорыва горячих отработанных газов между поршнем и стенкой цилиндра. Иначе это повлекло бы за собой снижение мощности, повышенный нагрев компонентов и прекращение смазывания. Всё это отрицательно сказалось бы на сроке службы и работе двигателя. Различные уплотняющие и прочие функции колец, а также возникающий прорыв газов будут подробнее рассмотрены ниже.

Уплотнение от прорыва отработанных газов.

2.2. Съем и распределение масла

Поршневые кольца не только обеспечивают герметичность между камерой сгорания и полостью картера, но и регулируют толщину масляной пленки. Кольца равномерно распределяют масло по стенке цилиндра. Съем избыточного количества масла осуществляется в основном маслосъемным поршневым кольцом (3-е кольцо), а также комбинированным компрессионным/скребковым кольцом (2-е кольцо).

Съем и распределение масла

2.3. Отвод тепла

Еще одна важная функция поршневых колец заключается в регулировании температуры поршня. Основная часть (около 70 %) тепла, поглощенного поршнем при сгорании топлива, отводится через поршневые кольца к цилиндру. Решающую роль при этом играют компрессионные поршневые кольца.

Отсутствие постоянного отвода тепла поршневыми кольцами привело бы к образованию на поршне задиров или даже к расплавлению поршня всего за несколько минут. В связи с этим очевидно, что поршневые кольца всегда должны иметь оптимальный контакт со стенкой цилиндра. Некруглости цилиндра или блокирование поршневых колец в кольцевых канавках (нагарообразование, грязь, деформация) с течением времени приводят к повреждениям поршня, вызванным перегревом из-за недостаточного отвода тепла.

Отвод тепла

3. Типы поршневых колец

3.1. Компрессионные поршневые кольца

Цилиндрические компрессионные поршневые кольца

Цилиндрическое компрессионное кольцо

Цилиндрическое компрессионное кольцо с внутренней фаской

Цилиндрическое компрессионное кольцо с внутренним углом

Цилиндрическое компрессионное кольцо

Цилиндрические компрессионные поршневые кольца – это кольца, имеющие прямоугольное поперечное сечение. У таких колец боковые поверхности параллельны друг другу. Данный тип компрессионных поршневых колец является самым простым и наиболее распространенным. В настоящее время кольца этого типа используются преимущественно в качестве первого компрессионного кольца во всех бензиновых, а иногда и в дизельных двигателях легковых автомобилей. Наличие внутренних фасок и углов вызывает скручивание колец в установленном (напряженном) состоянии. Фаска или внутренний угол, расположенные по верхней кромке, вызывают «положительное скручивание кольца». Более подробное описание воздействия скручивания колец приводится в 6. «Скручивание колец».

Конические кольца – компрессионные поршневые кольца с маслосъемной функцией

Коническое кольцо

Коническое кольцо с нижней внутренней фаской

Коническое кольцо с нижним внутренним углом

ЗАМЕЧАНИЕ

Конические кольца используются на двигателях любых типов (бензиновых и дизельных, для легковых и грузовых автомобилей) и устанавливаются, как правило, во вторую кольцевую канавку.

Эти кольца выполняют двойную функцию. Они помогают компрессионному кольцу в противодействии прорыву газов, а маслосъемному кольцу – в регулировании толщины масляной пленки.

Рабочая поверхность конических колец (Рис. 2) имеет коническую форму. В зависимости от исполнения, угловое отклонение рабочей поверхности в сравнении с кольцом прямоугольного сечения составляет от 45 до 60 угловых минут. Благодаря такой форме новое коническое кольцо контактирует с поверхностью цилиндра только по нижней кромке. По этой причине в данной области возникает высокое механическое давление на поверхность и происходит желаемый съем материала. В результате этого запланированного износа, возникающего в период приработки, уже после непродолжительной эксплуатации образуется идеально закругленная кромка, которая обеспечивает оптимальное уплотнение. За период эксплуатации в несколько сотен тысяч км pабочая поверхность кольца теряет коническую форму, и коническое кольцо начинает выполнять функцию кольца прямоугольного сечения. Обладая теперь свойствами кольца прямоугольного сечения, бывшее коническое кольцо по-прежнему обеспечивает надежное уплотнение. По причине того, что газы оказывают давление на кольцо также спереди (из-за проникновения газов в зазор между цилиндром и рабочей поверхностью поршневого кольца), усиление действия давления газов несколько снижается. За счет этого во время приработки кольца незначительно уменьшаются давление прижима и степень износа.

Конические кольца выполняют не только функцию компрессионных поршневых колец, но и обладают хорошими маслосъемными свойствами. Этому способствует смещенная внутрь верхняя кромка кольца. При движении поршня вверх, от нижней к верхней мертвой точке, кольцо скользит по масляной пленке. Под действием гидродинамических сил (образование масляного клина) кольцо слегка отходит от поверхности цилиндра. При движении поршня в обратном направлении кромка кольца проникает глубже в масляную пленку и таким образом снимает слой масла, отводя его в сторону картера. На бензиновых двигателях конические кольца устанавливаются также в первую кольцевую канавку. Фаска или внутренний угол, относительно нижней кромки, вызывают отрицательное скручивание кольца (смотри 6. «Скручивание колец»).

Давление газов на коническое кольцо

Скребковые кольца

Скребковое кольцо

У скребкового кольца, обеспечивающего как уплотнение от прорыва газов, так и съем масла, нижняя кромка рабочей поверхности имеет прямоугольную или скругленную проточку. В этой проточке скапливается определенное количество масла, которое затем стекает обратно в масляный поддон.

Раньше скребковые кольца имели прямоугольное сечение и устанавливались в качестве второго компрессионного поршневого кольца на многих моделях двигателей.

В настоящее время, вместо скребковых колец прямоугольного сечения используют преимущественно конические скребковые кольца. Скребковые кольца устанавливают также на поршнях для компрессоров пневматических тормозных систем, главным образом в качестве первого компрессионного поршневого кольца.

Коническое скребковое кольцо

Коническое скребковое кольцо является усовершенствованным типом скребкового кольца прямоугольного сечения. За счет конической pабочей поверхности улучшается процесс съема масла. В случае использования поршневых компрессоров, конические скребковые кольца устанавливают не только во вторую, но и в первую кольцевую канавку.

Коническое скребковое кольцо с закрытым стыком

У некоторых конических скребковых колец скругленная проточка не доходит до стыкового конца, благодаря чему улучшается функция уплотнения от прорыва газов. Тем самым, по сравнению с традиционными коническими скребковыми кольцами, такие кольца обеспечивают уменьшение прорыва газов в картер (см. также  6. «Тепловой зазор»).

Кольца трапециевидного сечения

Кольцо симметричного трапециевидного сечения

У колец симметричного трапециевидного сечения обе боковые поверхности расположены не параллельно друг другу, а под наклоном, в результате чего поперечное сечение приобретает форму трапеции. Угол наклона составляет, как правило, 6 °, 15 ° или 20 °.

Кольцо несимметричного трапециевидного сечения

У колец несимметричного трапециевидного сечения нижняя боковая поверхность не имеет угла наклона и расположена перпендикулярно рабочей поверхности.

Кольца трапециевидного или несимметричного трапециевидного сечения используются для предотвращения нагарообразования и, следовательно, заклинивания колец в кольцевых канавках. При наличии очень высокой температуры внутри поршневой канавки велика вероятность образования нагара из-за воздействия этой температуры на имеющееся в канавке масло. При этом у дизельных двигателей возможно образование не только масляного нагара, но и сажи. Наличие сажи ускоряет скопление отложений в кольцевой канавке. Если бы в результате накопления отложений произошло заклинивание поршневых колец в канавках, то горячие отработанные газы беспрепятственно проникли бы через зазор между поршнем и стенкой цилиндра и вызвали бы перегрев поршня. Это привело бы к расплавлению головки поршня и его серьезным повреждениям.

По причине действия повышенных температур и образования сажи, кольца трапециевидного сечения устанавливаются преимущественно на дизельных двигателях, в самой верхней кольцевой канавке, а иногда и во второй кольцевой канавке.

ВНИМАНИЕ!

Кольца (симметричного и несимметричного) трапециевидного сечения нельзя устанавливать в обычные прямоугольные канавки. Кольцевые канавки поршня, в которые необходимо установить кольца трапециевидного сечения, всегда должны иметь соответствующую форму.

Функция очистки: благодаря особенностям формы колец трапециевидного сечения и их движению в кольцевой канавке за счет качания поршня происходит механическое измельчение нагара.

3.2. Маслосъемные поршневые кольца

Назначение

Конструкция маслосъемных поршневых колец позволяет распределять масло по стенке цилиндра и снимать с нее избыточное масло. Для улучшения функций уплотнения и съема масла, маслосъемные поршневые кольца оснащаются, как правило, двумя маслосъемными рабочими поясками. Каждый их этих рабочих поясков снимает со стенки цилиндра избыточное масло. Таким образом, как у нижней кромки маслосъемного поршневого кольца, так и между рабочими поясками скапливается определенное количество масла, которое необходимо удалить из области кольца. Поскольку при движении поршня он качается внутри цилиндра, функция уплотнения выполняется тем лучше, чем ближе друг к другу расположены рабочие пояски кольца.

Маслосъемное поршневое кольцо

Прежде всего, масло, снимаемое верхним рабочим пояском и скапливающееся между обоими поясками, подлежит удалению из этой зоны, так как иначе оно может проникать в область над маслосъемным поршневым кольцом, что потребует его съема вторым компрессионным кольцом. Для этой цели коробчатые маслосъемные кольца и маслосъемные кольца из 2-х частей имеют между рабочими поясками продольные прорези или отверстия. Через эти отверстия в самом кольце масло, снимаемое верхним рабочим пояском, выводится на обратную сторону кольца.

 ЗАМЕЧАНИЕ

У двухтактных двигателей поршень смазывается маслом, содержащимся в топливной смеси. Поэтому из конструктивных соображений можно отказаться от использования маслосъемного поршневого кольца.

Оттуда дальнейший отвод снятого масла может осуществляться разными способами. Один из этих способов предусматривает отвод масла через отверстия в поршневой канавке к внутренней поверхности поршня, чтобы оно могло стекать обратно в масляный поддон. При наличии так называемых поверхностных пазов (cover slots) (Рис. 1) снятое масло выводится обратно на наружную поверхность поршня через расположенную вокруг бобышки выемку. Также используется комбинированный вариант, когда масло отводится сразу обоими способами.

Оба этих способа отвода масла надежно зарекомендовали себя и успешно используются, в зависимости от формы поршня, процесса сгорания топлива или цели применения. Теоретически сложно дать общий ответ, какой из этих способов лучше. По этой причине, выбор оптимального способа для конкретного поршня зависит от результатов различных практических испытаний.

Коробчатые маслосъемные поршневые кольца

Маслосъемное поршневое кольцо

В современном моторостроении коробчатые маслосъемные поршневые кольца больше не используются. Их упругость обеспечивается только за счет собственного поперечного сечения. Поэтому такие кольца относительно более жесткие, имеют меньшую подвижность и менее плотно прилегают к стенке цилиндра, вследствие чего их уплотняющая способность хуже, чем у маслосъемных поршневых колец, состоящих из нескольких частей.

Коробчатые маслосъемные кольца с прорезями изготавливают из серого чугуна.

Типы конструкции

Маслосъемное коробчатое кольцо с прорезями

Это самое простое исполнение с прямоугольными маслосъемными рабочими поясками и прорезями для отвода масла.

Маслосъемное коробчатое кольцо со сходящимися фасками

В отличие от маслосъемного кольца с прорезями, у этого кольца с кромок рабочих поясков сняты фаски, благодаря чему улучшается давление на поверхность.

Маслосъемное коробчатое кольцо с параллельными фасками

У рабочих поясков этого кольца фаски сняты только с кромок в направлении камеры сгорания. Это позволяет улучшить процесс съема масла при движении поршня вниз.

Маслосъемные поршневые кольца из 2-х частей (конструкция с пружинным расширителем)

Такие маслосъемные поршневые кольца состоят собственно из самого кольца (кольцевой детали) и расположенной за ним спиральной пружины. Поперечное сечение кольца намного меньше, чем у коробчатого маслосъемного поршневого кольца. Это придает кольцу относительную гибкость и позволяет ему оптимально прилегать к стенке цилиндра. Канавка для пружинного расширителя, расположенная на внутренней стороне кольца, имеет либо полукруглую, либо V-образную форму.

Упругость как таковая обеспечивается за счет спиральной нажимной пружины из жаропрочной пружинной стали. Она расположена внутри кольца и прижимает его к стенке цилиндра. Во время эксплуатации пружина плотно прилегает к обратной стороне кольца, образуя с ним единое целое. Хотя пружина в кольце не прокручивается, всё кольцо в целом – так же, как и другие кольца – свободно вращается в кольцевой канавке. У состоящих из 2-х частей маслосъемных поршневых колец радиальное давление всегда распределяется симметрично, так как давление прижима имеет одинаковую величину по всей окружности спиральной пружины.

Шлифование пружин по наружному диаметру, более плотное расположение витков в области замка поршневого кольца и защита тефлоновой оболочкой позволяют увеличить срок службы пружин. За счет этих мер уменьшается износ от трения между кольцом и спиральной пружиной. Собственно кольца маслосъемных колец из двух частей изготавливают из серого чугуна или стали.

ЗАМЕЧАНИЕ

У состоящих из нескольких частей маслосъемных поршневых колец зазор в замке ненапряженного кольца, т. е. расстояние между стыковыми концами самого кольца в демонтированном состоянии, без установленной внутри пружины-расширителя, является незначительным. В особенной степени это касается стальных колец, у которых данный зазор может быть равным нулю. Это не является дефектом или основанием для рекламации.

Маслосъемное коробчатое кольцо с прорезями и пружинным расширителем

Самый простой тип конструкции, обеспечивающий более эффективное уплотнение в сравнении с обычным коробчатым маслосъемным кольцом с прорезями.

Маслосъемное коробчатое кольцо с параллельными фасками и пружинным расширителем

Кольцо имеет такую же форму рабочей поверхности, как и у обычного коробчатого маслосъемного кольца с параллельными фасками, однако обеспечивает более эффективное уплотнение.

Маслосъемное коробчатое кольцо со сходящимися фасками и пружинным расширителем

Кольцо имеет такую же форму рабочей поверхности, как и у обычного коробчатого маслосъемного кольца со сходящимися фасками, однако обеспечивает более эффективное уплотнение. Маслосъемные поршневые кольца этого типа находят самое широкое применение. Их можно использовать на любых моделях двигателей.

Маслосъемное коробчатое кольцо со сходящимися фасками, пружинным расширителем и хромированными рабочими поясками

Это кольцо имеет такие же свойства, как у традиционного коробчатого маслосъемного кольца со сходящимися фасками и пружинным расширителем, однако отличается повышенной износостойкостью и, следовательно, более длительным сроком службы. Поэтому оно оптимально подходит для дизельных двигателей.

Маслосъемное коробчатое кольцо со сходящимися фасками и пружинным расширителем, изготовленное из азотированной стали

Это кольцо изготавливается из профильной листовой стали и со всех сторон покрыто износозащитным слоем. Оно отличается очень высокой гибкостью и ломается реже, чем указанные выше кольца из серого чугуна. Отвод масла из полости между рабочими поясками осуществляется через круглые штампованные отверстия. Маслосъемные поршневые кольца этого типа используются преимущественно на дизельных двигателях.

Маслосъемные поршневые кольца из 3-х частей

Данные маслосъемные кольца состоят из 3-х частей: двух тонких стальных пластинок (колец) и распорной пружинырасширителя, прижимающей кольца к стенкам цилиндра. Маслосъемные поршневые кольца со стальными пластинками либо имеют хромированные рабочие поверхности, либо со всех сторон обработаны азотированием.

Последние отличаются повышенной износостойкостью как в области pабочей поверхности, так и в месте контакта пружины-расширителя и пластинок (вторичный износ).

Состоящие из 3-х частей маслосъемные поршневые кольца оптимально прилегают к стенкам цилиндров и находят применение преимущественно в бензиновых двигателях легковых автомобилей.

Маслосъемное поршневое кольцо из 3-х частей

3.3. Типичная комплектация поршня кольцами

Комплексные требования, предъявляемые к поршневым кольцам, не могут быть выполнены при использовании только одного поршневого кольца. Это можно осуществить только с помощью нескольких поршневых колец различных типов. В современном автомобильном моторостроении устоявшимся решением является комбинация из компрессионного поршневого кольца, комбинированного компрессионного и маслосъемного поршневого кольца и отдельного маслосъемного поршневого кольца. Поршни с более чем тремя кольцами встречаются сегодня сравнительно редко.

  1. Компрессионное поршневое кольцо
  2. Комбинированное компрессионное и маслосъемное поршневое кольцо
  3. Маслосъемное поршневое кольцо

3.4. Наиболее подходящее поршневое кольцо

Не существует ни лучшего поршневого кольца, ни лучшей комплектации поршня кольцами. Каждое поршневое кольцо является «специалистом» в своей области. В конечном счете, любое исполнение и сочетание колец представляют собой компромисс для удовлетворения абсолютно разным и отчасти противоположным требованиям. Изменение в отношении хотя бы одного поршневого кольца может нарушить баланс работы всего комплекта колец.

Окончательный подбор поршневых колец для двигателя новой конструкции всегда осуществляется как на основании результатов интенсивных тестов на испытательном стенде, так и с учетом нормальных условий эксплуатации.

Приведенная ниже таблица не претендует на полноту, однако показывает в целом, как различные характеристики колец отражаются на их различных функциях.

  • благоприятное действие – положительно
  • среднее действие – нейтрально
  • неблагоприятное действие – отрицательно

4. Поршневое кольцо: термины

  1. Зазор в замке ненапряженного поршневого кольца
  2. Стыковые концы
  3. Спинка кольца (напротив стыковых концов)
  4. Рабочая поверхность кольца
  5. Боковая поверхность кольца
  6. Внутренняя поверхность кольца
  7. Тепловой зазор (зазор в холодном состоянии)
  8. Диаметр цилиндра
  9. Радиальная толщина стенки
  10. Осевой зазор
  11. Высота поршневого кольца
  12. Диаметр цилиндра
  13. Внутренний диаметр канавки
  14. Высота канавки
  15. Радиальный зазор

5. Конструкция и форма поршневых колец

5.1. Материалы для изготовления поршневых колец

Материалы для изготовления поршневых колец подбираются с учетом антифрикционных свойств и условий, при которых поршневые кольца должны работать. Высокая эластичность и коррозионная стойкость важны так же, как и высокая устойчивость к повреждениям при экстремальных условиях эксплуатации. Серый чугун до сих пор является основным материалом, из которого изготавливаются поршневые кольца. С трибологической точки зрения, серый чугун и содержащиеся в нем графитовые включения обеспечивают оптимальные свойства при работе в аварийном режиме (сухое смазывание графитом).

Эти свойства важны особенно тогда, когда прекращается смазывание моторным маслом и масляная пленка уже разрушена. Кроме того, графитовые жилки в структуре кольца служат в качестве масляных резервуаров и противодействуют разрушению масляной пленки при неблагоприятных условиях эксплуатации.

Процесс литья поршневых колец

Используемые материалы на основе серого чугуна

  • Чугун с пластинчатой структурой графита (чугун с пластинчатым графитом), легированный и нелегированный
  • Чугун с глобулярной структурой графита (чугун с шаровидным графитом), легированный и нелегированный

В качестве стальных материалов используются хромистая сталь с мартенситной микроструктурой и пружинная сталь. Для повышения износостойкости поверхность материалов подвергают упрочнению. Это осуществляется, как правило, путем азотирования.*

*В технической литературе под термином азотирование понимается процесс обогащения азотом (подачи азота) с целью упрочнения поверхности стали. Азотирование выполняется, как правило, при температуре от 500 до 520 °C; время обработки составляет от 1 до 100 часов. В результате диффузии азота на поверхности заготовки образуется очень твердый поверхностный связующий слой из нитрида железа. В зависимости от времени обработки, он может достигать толщины в 10–30 мкм. Наиболее распространенными методами являются азотирование в соляной ванне (например, коленчатых валов), газовое азотирование (поршневых колец) и плазменное азотирование.

5.2. Материалы для покрытия pабочей поверхности

С полным покрытием рабочей кромки

 С покрытием центра рабочей кромки

 С частичным покрытием рабочей кромки

На рабочие пояски или pабочие поверхности поршневых колец можно нанести покрытия, улучшающие трибологические свойства. При этом первоочередное значение отводится повышению износостойкости, а также обеспечению смазывания и уплотнения в экстремальных условиях. Материал покрытия должен быть совместим как с материалами, из которых изготовлены поршневое кольцо и стенка цилиндра, так и со смазывающей средой. Нанесение покрытий на рабочие поверхности поршневых колец находит широкое применение. На поршневые кольца серийных двигателей часто наносят покрытия из хрома, молибдена и феррооксида.

Трибология (греч.: учение о трении) изучает порядок взаимодействия поверхностей тел, движущихся относительно друг друга. Эта наука занимается описанием трения, износа и смазывания.

5.2.1. Молибденовые покрытия

Во избежание следов прижога рабочая поверхность компрессионных (не маслосъемных) поршневых колец может быть наполнена молибденом или полностью им покрыта. Для этого используются методы как газопламенного, так и плазменного напыления. Благодаря высокой температуре плавления молибдена (2620 °C) обеспечивается чрезвычайно высокая термостойкость. Кроме того, технология нанесения покрытий приводит к образованию пористой структуры материала. В микропустотах, образующихся при этом на рабочей поверхности кольца (Рис. 2), может скапливаться моторное масло. За счет этого обеспечивается наличие моторного масла для смазывания рабочей поверхности кольца даже при экстремальных режимах эксплуатации.

Свойства

  • Высокая термостойкость
  • Оптимальные свойства при работе в аварийном режиме
  • Мягче хрома
  • Износостойкость ниже, чем у колец с хромовым покрытием (повышенная восприимчивость к загрязнениям)
  • Повышенная восприимчивость к вибрациям поршневого кольца (из-за этого возможно крошение молибдена при экстремальных нагрузках, например, при детонационном сгорании и прочих нарушениях режима сгорания)
5.2.2. Гальванические покрытия
Хромовые покрытия

Большинство хромовых покрытий наносится гальваническим способом.

Свойства

  • Длительный срок службы (износостойкость)
  • Твердая, устойчивая поверхность
  • Снижение износа цилиндров (примерно на 50 % в сравнении с поршневыми кольцами без покрытия)
  • Высокая устойчивость к появлению следов прижога
  • Свойства при работе в аварийном режиме хуже, чем у молибденовых покрытий
  • По причине высокой износостойкости приработка длится дольше, чем у неармированных поршневых колец, маслосъемных поршневых колец со стальными пластинками или маслосъемных поршневых колец U-Flex.
Покрытия CK (Хромовая керамика) И DC (Diamond coated)

Данные покрытия состоят из нанесенного гальваническим способом слоя хрома с сеткой микротрещин, в которые прочно внедрены твердые материалы. В качестве заполнителя используются керамика (CK) или микроалмазы (DC).

Свойства

  • Минимальные потери на трение благодаря чрезвычайно гладкой поверхности
  • Максимальная износостойкость и длительный срок службы за счет заполнения твердыми материалами
  • Высокая устойчивость к появлению следов прижога
  • Незначительный самоизнос слоя, нанесенного на поршневое кольцо, при сохранении незначительного износа цилиндра
Покрытия PVD

PVD, сокращенно от «Physical Vapour Deposition» (физическое осаждение из парообразной фазы), – это вакуумная технология нанесения покрытий, при которой слои из высокопрочных материалов (CrN, нитрид хрома (III)) напрямую напыляются на поверхность поршневых колец.

Свойства

  • Благодаря чрезвычайно гладкой поверхности, потери на трение сводятся к минимуму.
  • За счет очень тонкой и плотной структуры слоя высокой твердости обеспечивается очень высокая износостойкость.
  • Ввиду высокой износостойкости контур кольца сохраняется на протяжении более длительного времени эксплуатации. Это позволяет, к примеру, дополнительно снизить упругость маслосъемного поршневого кольца с покрытием PVD, что дает значительные преимущества в отношении потерь на трение.

5.3. Отслаивание покрытий

В некоторых случаях происходит отслаивание напыленных на рабочие поверхности слоев молибдена и феррооксида. Причиной этого являются, главным образом, ошибки при монтаже поршневых колец (слишком сильное растягивание при установке на поршень или деформирование колец, как показано на Рис. 1). При неправильной установке кольца на поршень покрытие отслаивается только в области спинки кольца (Рис. 2). Отслаивание покрытия на стыковых концах указывает на вибрацию поршневого кольца в результате нарушения режима сгорания (например, при детонационном сгорании).

Рис. 1. Пeрeкручивание и растягивание поршневых колец при установке на поршень

Рис. 2. Отслаивание покрытия в области спинки кольца

5.4. Обработка рабочих поверхностей (обтачивание, притирка, шлифование)

Рабочие поверхности неармированных поршневых колец из чугуна обрабатывают, как правило, только путем тонкого обтачивания. По причине быстрой приработки неармированных колец, их рабочие поверхности не подвергают притирке или шлифованию. Снабженные покрытием или закаленные рабочие поверхности колец либо шлифуют, либо притирают. Это связано с их высокой износостойкостью, из-за которой потребовалось бы слишком много времени на то, чтобы рабочие поверхности колец приобрели скругленную форму и начали обеспечивать надлежащее уплотнение. Возможными последствиями стали бы потеря мощности и высокий расход масла.

Станок для обработки рабочих поверхностей

5.5. Выпуклая форма рабочей поверхности

Еще одна причина обработки притиркой или шлифованием связана с формой pабочей поверхности. У (неармированных) поршневых колец прямоугольного сечения pабочая поверхность спустя некоторое время приобретает выпуклую форму (Рис. 1), что связано с их возвратнопоступательным движением и движением в канавках (скручивание колец). Это положительно отражается на создании масляной пленки и сроке службы колец.

Рис. 1. Образование выпуклости под действием износа в период приработки

Рабочим поверхностям поршневых колец с покрытием придают слегка выпуклую форму еще в процессе изготовления. Благодаря этому не требуется их дополнительная приработка до желаемой формы. Это предотвращает усиленный износ в период приработки и, следовательно, повышенный расход масла. По причине точечного прилегания рабочей поверхности кольца достигается повышенное специфическое давление прижима к стенке цилиндра, благодаря чему улучшается уплотнение от прорыва газов и поступления масла. Кроме того, снижается риск образования кромочного контакта из-за еще пока острых кромок колец. Кромки колец с хромовым покрытием всегда сглаживают, чтобы предотвратить продавливание масляной пленки во время приработки. При неоптимальной конструкции кольца, твердое хромовое покрытие могло бы привести к значительному износу и повреждениям стенки цилиндра, выполненного из гораздо более мягкого материала.

Рабочие поверхности колец симметричной выпуклой формы (Рис. 2), образовавшейся в результате приработки или выполненной еще на стадии изготовления, обладают оптимальными антифрикционными свойствами и создают масляную пленку заданной толщины. Благодаря симметричной выпуклости, толщина масляной пленки при возвратно-поступательном движении поршня остается одинаковой. Силы, действующие на кольцо и обеспечивающие его скольжение по масляной пленке, одинаковы при движении поршня в обоих направлениях.

Рис. 2. Рабочая поверхность кольца симметричной выпуклой формы

Если выпуклость создается еще в процессе изготовления, то существует возможность придания ей асимметричной формы для улучшения контроля расхода масла. В этом случае наивысшая точка выпуклости будет располагаться не по середине pабочей поверхности, а немного ниже (Рис. 3).

Рис. 3. Рабочая поверхность кольца асимметричной выпуклой формы

Асимметричное разделение pабочей поверхности позволяет формировать разные поверхности скольжения кольца при его возвратно-поступательном движении. При движении вверх кольцо, из-за увеличенной площади рабочей поверхности в верхней части, сильнее выталкивается маслом («кольцо всплывает»), в результате чего со стенки цилиндра снимается меньше масла. При движении вниз уменьшенная площадь в нижней части способствует тому, что кольцо меньше «всплывает» и, соответственно, снимает больше масла (Рис. 4 и 5). Таким образом, кольца с рабочими поверхностями асимметричной выпуклой формы позволяют также контролировать расход масла, особенно при неблагоприятных условиях эксплуатации в дизельных двигателях. Такие условия возникают, например, в результате продолжительной работы на режиме холостого хода после работы на режиме полной нагрузки, когда при последующем нажатии на педаль акселератора часто происходит выброс масла в выпускную систему и образование синего дыма.

Рис. 4. Сильное «всплывание» при движении вверх

Рис. 5. Слабое «всплывание» при движении вниз

5.6. Обработка поверхностей

В зависимости от исполнения, поверхности поршневых колец могут либо остаться необработанными, либо быть подвергнуты фосфатированию или омеднению. Это влияет только на антикоррозионные свойства колец. Новые необработанные кольца хотя и имеют красивый блеск, но абсолютно не защищены от образования ржавчины. Кольца, подвергнутые фосфатированию, имеют черную матовую поверхность и защиту от образования ржавчины за счет нанесенного на них слоя фосфата.

Омедненные кольца тоже хорошо защищены от ржавчины и имеют некоторую защиту от образования следов прижога в период приработки. Медь обладает определенным сухим смазочным эффектом, улучшая свойства при работе в аварийном режиме во время периода приработки.

Обработка поверхностей колец не имеет, однако, никакого влияния на их функциональность. Поэтому цвет поршневого кольца не является показателем его качества.

6. Назначение и свойства

6.1. Тангенциальное напряжение

Диаметр поршневых колец в свободном состоянии превышает диаметр установленных в цилиндр колец. Это необходимо для того, чтобы после установки кольца оказывали требуемое давление прижима по всей окружности цилиндра.

На практике сложно измерить давление прижима в цилиндре. Поэтому диаметральная сила, прижимающая кольцо к стенке цилиндра, определяется с помощью формулы, исходя из тангенциальной силы. Под тангенциальной силой понимают силу, необходимую для сжатия стыковых концов до образования теплового зазора

(Рис. 1). Тангенциальную силу измеряют с помощью гибкой стальной ленты, которую обматывают вокруг кольца. Эту ленту затягивают до тех пор, пока не достигается заданный тепловой зазор поршневого кольца. После этого значение тангенциальной силы считывают по динамометру. Если речь идет о маслосъемных поршневых кольцах, то измерение всегда выполняют с установленной пружиной-расширителем. Чтобы обеспечить точность измерений, измерительный прибор подвергают вибрации, что позволяет пружине-расширителю принять свое естественное положение за кольцом. Если измерения проводятся на состоящих из 3-х частей кольцах с пружиной и стальными пластинками, то в связи с их конструкцией требуется дополнительная осевая фиксация всего кольца, так как иначе стальные пластинки сместятся в сторону и измерение станет невозможным. На Рис. 1 схематически показан процесс измерения тангенциальной силы.

ЗАМЕЧАНИЕ

В результате радиального износа, вызванного полусухим трением или длительной эксплуатацией, поршневые кольца утрачивают тангенциальное напряжение. Поэтому измерять это напряжение имеет смысл только у новых колец с еще полным поперечным сечением.

Рис. 1. Измерение тангенциальной силы

6.2. Распределение радиального давления

Радиальное давление зависит от модуля эластичности материала, зазора в замке ненапряженного поршневого кольца и, не в последнюю очередь, от поперечного сечения кольца. Различают два основных вида распределения радиального давления. Самым простым видом является симметричное распределение радиального давления (Рис. 2). Оно встречается, прежде всего, у составных маслосъемных поршневых колец, состоящих из собственно упругого кольца или стальных пластинок с относительно низким внутренним напряжением. Установленная внутри пружина-расширитель прижимает кольцо или, соответственно, стальные пластинки к стенке цилиндра. В результате того, что пружина-расширитель в сжатом состоянии (после установки) прижимается к обратной стороне кольца или стальных пластинок, радиальное давление распределяется симметрично.

Рис. 2. Симметричное распределение радиального давления

У компрессионных поршневых колец четырехтактных ДВС используется не симметричное распределение радиального давления, а грушевидное (позитивно-овальное), которое препятствует вибрации стыковых концов колец на высоких оборотах (Рис. 3). Вибрация всегда начинается на стыковых концах и передается от них к кольцу по всей его окружности. Под действием увеличенного усилия прижима, стыковые концы поршневого кольца сильнее прижимаются к стенке цилиндра, благодаря чему вибрация кольца эффективно снижается или прекращается.

Рис. 3. Позитивно-овальное распределение радиального давления

6.3. Увеличение давления прижима под действием давления сгорания

Гораздо более важным, чем внутреннее напряжение колец, является увеличение давления прижима, образующееся в результате сгорания смеси во время работы двигателя.

До 90 % общего усилия прижима первого компрессионного поршневого кольца создается за счет давления сгорания во время такта рабочего хода. Как показано на Рис. 1, компрессионное поршневое кольцо подвергается действию этого давления с задней стороны и сильнее прижимается к стенке цилиндра. Увеличенное усилие прижима воздействует главным образом на первое компрессионное кольцо и в меньшей степени на второе компрессионное кольцо.

Давление газов на второе поршневое кольцо может регулироваться за счет изменения теплового зазора первого компрессионного поршневого кольца.

Рис. 1. Увеличение давления прижима

При небольшом увеличении этого зазора, давление сгорания, действующее на обратную сторону второго компрессионного поршневого кольца, повышается, что также приводит к усилению прижима. При увеличении количества компрессионных поршневых колец, дальнейшего увеличения давления прижима под действием давления образующихся при сгорании газов, начиная со второго кольца, не происходит.

Маслосъемные поршневые кольца работают только за счет своего внутреннего напряжения. Ввиду особой формы этих колец, давление газов не вызывает увеличения усилия прижима. Кроме того, распределение силы на поршневом кольце зависит от формы рабочей поверхности поршневого кольца. У конических колец и шлифованных компрессионных поршневых колец выпуклой формы давление газов действует также в зазоре между рабочей поверхностью поршневого кольца и стенкой цилиндра, противодействуя давлению газов за поршневым кольцом (см. главу 1.3.1 «Компрессионные поршневые кольца»).

Осевое усилие, прижимающее компрессионное поршневое кольцо к нижней боковой поверхности канавки, возникает только за счет давления газов. Внутреннее напряжение колец в осевом направлении не действует.

ЗАМЕЧАНИЕ

Во время работы на режиме холостого хода, из-за снижения степени наполнения цилиндров наблюдается уменьшение усилия прижима колец. Это особенно заметно у дизельных двигателей. Двигатели, которые долго работают на холостом ходу, имеют повышенный расход масла, так как из-за снижения воздействия давления газов ухудшается процесс съема масла. Часто после длительной работы на режиме холостого хода и последующего нажатия на педаль акселератора, двигатели выбрасывают из выхлопной трубы клубы синего дыма. Это связано со скоплением масла в цилиндрах и в выпускной системе и его сгоранием после нажатия на педаль акселератора.

6.4. Специфическое давление прижима

Рис. 2 и Рис. 3. Упругость кольца и специфическое усилие прижима

Специфическое давление прижима зависит от упругости кольца и площади его прилегания к стенке цилиндра.

Удвоение значения специфического усилия прижима возможно двумя способами: либо за счет удвоения значения упругости кольца, либо путем уменьшения вдвое площади прилегания кольца в цилиндре. На Рис. 2 и Рис. 3 видно, что результирующее усилие (специфическое усилие прижима = усилие × площадь), действующее на стенку цилиндра, всегда остается неизменным, несмотря на то, что упругость кольца увеличивают или, соответственно, уменьшают вдвое.

ВНИМАНИЕ!

При оценке давления прижима и уплотняющих свойств недостаточно учитывать только упругость кольца. Сравнивая поршневые кольца, всегда необходимо обращать внимание также на площадь pабочей поверхности.

На новых двигателях всё чаще устанавливают более плоские кольца, чтобы уменьшить внутреннее трение в двигателе. Это возможно, однако, только за счет уменьшения эффективной площади контакта кольца со стенкой цилиндра. При уменьшенной вдвое высоте кольца снижаются также вдвое упругость поршневого кольца и, следовательно, трение.

Поскольку оставшееся усилие действует на уменьшенную площадь, специфическое давление прижима на стенку цилиндра (усилие × площадь) при уменьшенных вдвое площади и упругости остается таким же, как и при увеличенных вдвое площади и упругости.

6.5. Тепловой зазор

Тепловой зазор (Рис. 1) – это важная особенность конструкции, необходимая для обеспечения надлежащей работы поршневых колец. Его можно сравнить с зазором в приводе впускных и выпускных клапанов. При нагреве компонентов из-за естественного теплового расширения происходит увеличение их длины или, соответственно, диаметра. В зависимости от разности рабочей температуры и температуры окружающей среды, требуется определенный зазор в холодном состоянии, чтобы обеспечить надлежащую работу при рабочей температуре.

Рис. 1. Тепловой зазор в смонтированном состоянии

Основным условием для корректной работы поршневых колец является их свободное вращение в канавках.

Заклиненные в канавках поршневые кольца не обеспечивают ни уплотнения, ни отвода тепла. Тепловой зазор, который должен всё ещё присутствовать и при рабочей температуре, гарантирует, что окружность расширенного под действием тепла поршневого кольца всегда будет меньше окружности цилиндра. Если, в результате теплового расширения поршневого кольца, тепловой зазор полностью исчезнет, то его стыковые концы начнут давить друг на друга. При дальнейшем увеличении такого давления произойдет деформация поршневого кольца, вызванная увеличением длины его окружности в результате нагрева. Поскольку при тепловом расширении поршневое кольцо не имеет возможности раздвигаться в радиальном направлении, увеличение длины его окружности может быть скомпенсировано только в осевом направлении. На Рис. 2 показано, как деформируется кольцо при недостаточном пространстве в цилиндре.

Рис. 2. Деформация поршневого кольца при рабочей температуре

Приведенные ниже вычисления на примере поршневого кольца диаметром 100 мм показывают, как изменяется длина его окружности при рабочей температуре.

В данном примере для обеспечения надлежащей работы кольца требуется тепловой зазор не менее 0,6 мм. Однако, в результате нагрева при рабочей температуре происходит не только расширение поршня и поршневых колец, но также увеличивается внутренний диаметр цилиндра.

По этой причине тепловой зазор может быть немного меньше рассчитанного. Тем не менее, под действием тепла диаметр цилиндра увеличивается в гораздо меньшей степени, чем поршневое кольцо. Это объясняется тем, что, во-первых, структура блока цилиндров жестче, чем у поршня. Во-вторых, поверхность цилиндра нагревается не так сильно, как поршень с поршневыми кольцами.

К тому же, внутренний диаметр цилиндра увеличивается неравномерно по всей рабочей поверхности цилиндра. Под действием теплоты сгорания верхняя часть цилиндра расширяется сильнее, чем нижняя. В результате неравномерного теплового расширения цилиндра происходит отклонение от цилиндрической формы, которая слегка принимает форму воронки (Рис. 3).

Рис. 3. Цилиндр в форме воронки при рабочей температуре

6.6. Уплотнительные поверхности поршневых колец

Поршневые кольца обеспечивают уплотнение не только со стороны pабочей поверхности, но и в области нижней боковой поверхности. Рабочая поверхность кольца отвечает за уплотнение между кольцом и стенкой цилиндра, а нижняя боковая поверхность канавки служит для уплотнения обратной стороны кольца. Поэтому требуется плотное прилегание кольца не только к стенке цилиндра, но и к нижней боковой поверхности канавки поршня (Рис. 1). При отсутствии плотного прилегания, масло или отработанные газы могут проникать через обратную сторону кольца.

Приведенные рисунки наглядно показывают, что в результате износа (из-за загрязнений или длительной эксплуатации) больше не обеспечивается уплотнение обратной стороны кольца и через поршневую канавку поступает большее количество газов и масла. Поэтому устанавливать новые кольца в изношенные канавки не имеет смысла. Неровности на боковой поверхности канавки препятствуют плотному прилеганию кольца, а увеличенная по высоте канавка позволяет кольцу перемещаться в больших пределах. Из-за увеличения зазора по высоте нарушается правильное расположение кольца в канавке, в результате чего кольцо гораздо легче отделяется от нижней боковой поверхности канавки, происходит откачка масла (Рис. 2 и Рис. 3), возникает вибрация кольца и ухудшается уплотнение. Кроме того, pабочая поверхность кольца приобретает чрезмерно выпуклую форму. Это приводит к увеличению толщины масляной пленки и повышению расхода масла.

Рис. 1. Уплотнение за счет нижней боковой поверхности канавки

Рис. 2. Такт впуска

Рис. 3. Такт сжатия

6.7. Дросселирующая щель и прорыв газов

Поскольку конструкция используемых в моторостроении поршневых колец не обеспечивает 100%-ого уплотнения, возникает прорыв так называемых картерных газов.

Отработанные газы через мельчайшие зазоры, имеющиеся в области поршней и поршневых колец, проникают в картер двигателя. При этом количество проникающих газов определяется по размерам дросселирующего окна (x и y на Рис. 4), которые следуют из значений теплового зазора и половины рабочего зазора поршня. В действительности, дросселирующее окно, в отличие от изображенного на рисунке, ничтожно мало.

Рис. 4. Дросселирующее окно

В качестве ориентира, максимальное значение количества прорывающихся газов принимают равным 0,5 % от количества потребляемого двигателем воздуха. Количество газов, прорывающихся в картер во время работы двигателя, зависит от положения поршневых колец. Если тепловые зазоры первого и второго компрессионных поршневых колец располагаются в кольцевых канавках друг над другом, то прорыв газов слегка увеличивается.

В процессе работы двигателя такая ситуация повторяется регулярно, так как кольца совершают в канавках несколько оборотов в минуту. Если же тепловые зазоры колец оказываются на противоположных сторонах поршня, то из-за увеличения пути через уплотняющий лабиринт прорыв газов слегка уменьшается. Отработанные газы, проникающие в картер, отводятся системой вентиляции картера обратно во впускной тракт и далее попадают в камеры сгорания. Необходимость такого решения вызвана тем, что эти газы вредны для здоровья. В результате повторного сгорания в двигателе они обезвреживаются. Вентиляция также необходима для снижения давления в картере, иначе избыточное давление в его полости приводило бы к увеличению утечек масла через уплотнительные сальники коленчатого вала двигателя.

Повышенный прорыв газов связан либо со значительным износом поршневых колец в результате их длительной эксплуатации, либо с наличием трещин в днище поршня, через которые отработанные газы проникают в картер. Кроме того, нарушение геометрии цилиндров также приводит к увеличению прорыва газов в картер.

На стационарных двигателях или на двигателях, установленных на испытательном стенде, прорыв газов постоянно измеряется, контролируется и используется в качестве показателя, предупреждающего о возникновении повреждений в двигателе. Если измеренное количество прорывающихся газов превышает максимально допустимое значение, двигатель автоматически отключается. Это позволяет избежать серьезных и дорогостоящих повреждений двигателя.

6.8. Зазор кольца по высоте

Рис. 1. Зазор кольца по высоте

Зазор кольца по высоте (Рис. 1) не является результатом износа кольцевой канавки. Это важный функциональный параметр, обеспечивающий правильное функционирование поршневых колец. Благодаря наличию зазора у кольца по высоте, возможно его свободное вращение в кольцевой канавке.

Величина зазора должна быть достаточной, чтобы кольцо не заклинивало при рабочей температуре и чтобы давление сгорания, действующее в канавке на обратную сторону кольца, было достаточным.

С другой стороны, зазор кольца по высоте не должен быть слишком большим, так как иначе снижается стабильность положения кольца в осевом направлении. В результате этого усиливается склонность кольца к вибрации и чрезмерному скручиванию. Это приводит к неблагоприятному износу поршневых колец (чрезмерная выпуклость рабочей поверхности) и повышенному расходу масла.

6.9. Скручивание колец

Наличие у поршневых колец внутренних углов или фасок приводит к скручиванию колец в напряженном, установленном состоянии. Кольца в ненапряженном состоянии (на поршне, не установленном в двигатель) не скручиваются (Рис. 2) и ровно лежат в кольцевых канавках.

Установленное в двигатель кольцо, т. е. кольцо в напряженном состоянии, отклоняется в более слабую сторону, где из-за наличия внутренней фаски или внутреннего угла материала меньше. Происходит скручивание кольца.

В зависимости от расположения фаски или угла – у нижней или верхней кромки – различают положительное или отрицательное скручивание кольца (Рис. 3 и 4).

Рис. 2. Поршневые кольца в ненапряженном состоянии: скручивание пока отсутствует

Рис. 3. Положительное скручивание кольца

Рис. 4. Отрицательное скручивание кольца

Скручивание колец в условиях эксплуатации

Положительное и отрицательное скручивание колец проявляется тогда, когда на кольцо не действует давление сгорания (Рис. 5). Как только давление сгорания начинает действовать в кольцевой канавке, поршневое кольцо плотно прижимается к её нижней боковой поверхности, за счет чего улучшается контроль расхода масла (Рис. 6).

Кольца прямоугольного сечения (цилиндрические кольца) и конические кольца с положительным скручиванием всегда обладают хорошими маслосъемными свойствами. При возникновении трения о стенку цилиндра во время движения поршня вниз такие кольца всё-таки могут слегка отделиться от нижней боковой поверхности канавки, что приведет к проникновению в зазор масла и повышению его расхода.

Кольцо с отрицательным скручиванием обеспечивает уплотнение кольцевой канавки по нижней боковой поверхности снаружи и по верхней боковой поверхности внутри. За счет этого блокируется проникновение в канавку масла. Таким образом, кольца с отрицательным скручиванием способствуют снижению расхода масла, особенно на режимах частичной нагрузки и при наличии разрежения в камере сгорания (режим принудительного холостого хода). У конических колец с отрицательным скручиванием угол наклона pабочей поверхности примерно на 2° больше, чем у обычных конических колец. Это необходимо по причине того, что из-за отрицательного скручивания угол наклона частично уменьшается.

Рис. 5. Отсутствие давления сгорания

Рис. 6. Наличие давления сгорания

6.10. Способность поршневых колец прилегать к стенкам цилиндров

Под способностью поршневого кольца прилегать к стенкам цилиндра понимают его адаптацию к форме стенки цилиндра для обеспечения эффективного уплотнения. Эта способность зависит от эластичности коробчатого кольца (у маслосъемных поршневых колец из 2-х частей) или, соответственно, стальных пластинок (у маслосъемных поршневых колец из 3-х частей), а также от давления прижима кольца/кольцевой детали к стенке цилиндра.

При этом способность кольца прилегать к стенке цилиндра тем лучше, чем эластичнее кольцо/кольцевая деталь и чем выше давление прижима. Высокие кольца и кольца с большим поперечным сечением обладают высокой жесткостью, а также вызывают увеличение сил инерции во время работы по причине большей массы. Поэтому их способность прилегать к стенкам цилиндров хуже, чем у более плоских колец и колец с малым поперечным сечением и, следовательно, с уменьшенными силами инерции.

Оптимальную способность прилегать к стенкам цилиндров имеют маслосъемные поршневые кольца из 2-х или 3-х частей, поскольку они состоят из очень гибкой кольцевой детали или очень гибких стальных пластинок, без необходимости при этом обладать высокой упругостью.

Как уже было описано, усилие прижима маслосъемных поршневых колец, состоящих из 2-х или 3-х частей, обеспечивается за счет соответствующей пружины-расширителя. Кольцевая деталь и стальные пластинки обладают высокой гибкостью и легко адаптируются.

Хорошая способность поршневых колец прилегать к стенкам цилиндров особенно важна тогда, когда отверстия цилиндров теряют круглую форму. Это происходит в результате деформаций (тепловых и механических) или ошибок при ремонтной обработке и монтаже.

Рис. 1. Плохая способность кольца прилегать к стенке цилиндра

6.11. Движения поршневых колец

Вращение колец

Для того, чтобы обеспечивалась успешная приработка и дальнейшее оптимальное уплотнение, поршневые кольца должны свободно вращаться в кольцевых канавках. Вращение колец возникает как благодаря хонингованию (перекрестное шлифование), так и в результате качания поршней в верхней и нижней мертвых точках. При малых углах хонингования кольца вращаются медленнее, при больших углах частота их вращения увеличивается. Кроме того, вращение колец зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Для общего представления: поршневые кольца совершают в среднем от 5 до 15 оборотов в минуту.

В двухтактных двигателях кольца заблокированы от вращения. Это позволяет избежать попадания стыковых концов в газовые каналы. Двухтактные двигатели используются преимущественно на двухколесных транспортных средствах, в садовых инструментах и т. п. В этом случае допускается, что блокировка вращения колец приводит к их неравномерному износу, возможному нагарообразованию в кольцевых канавках и сокращению срока службы. Данное исполнение в любом случае рассчитано на более короткий срок службы двигателя. К пробегу автомобилей с обычным четырехтактным двигателем предъявляются гораздо более высокие требования.

Смещение замков поршневых колец на 120° относительно друг друга во время монтажа служит только для улучшения запуска нового двигателя. В процессе последующей эксплуатации поршневые кольца могут занимать в кольцевых канавках любое положение, если их вращение не блокируется преднамеренно, путем конструктивных изменений (двухтактные двигатели).

Вращение вокруг оси

В идеальном случае кольца должны прилегать к нижним боковым поверхностям канавок. Это важно для обеспечения уплотняющей функции колец, так как они уплотняют не только в области рабочих поверхностей, но и в области нижних боковых поверхностей. Нижняя боковая поверхность канавки уплотняет от проникновения газов или масла на обратную сторону кольца. Рабочая поверхность поршневого кольца уплотняет его переднюю сторону, прилегающую к стенке цилиндра (см. главы, начиная с 1.6.6 «Уплотнительные поверхности поршневых колец»).

В результате возвратно-поступательного движения поршня и изменения направления его движения, на кольца воздействуют также силы инерции, из-за которых кольца отделяются от нижних боковых поверхностей канавок. Вызванное силами инерции отделение поршневых колец от нижних боковых поверхностей канавок сдерживается имеющейся внутри канавок масляной пленкой. Проблемы здесь возникают в основном тогда, когда кольцевые канавки и, следовательно, зазоры колец по высоте, увеличиваются в результате износа. Это приводит к отделению кольца от поверхности прилегания к поршню и к его вибрации, которая начинается на стыковых концах. В результате поршневое кольцо перестает уплотнять, и расход масла увеличивается.

Это происходит, прежде всего, во время такта впуска, когда при движении поршня вниз и образовании разрежения в камере сгорания, кольцо отделяется от дна канавки и масло, проникшее к задней стороне кольца, всасывается в камеру сгорания. В процессе выполнения трех остальных тактов кольца прижимаются к канавкам нижней боковой поверхностью под действием давления в камере сгорания.

Радиальное движение

В принципе, кольца совершают радиальные движения не сами по себе, а в результате движения поршня внутри цилиндра, при котором он соприкасается то с одной, то с другой стенкой цилиндра (перекладка поршня). Это происходит как в верхней, так и в нижней мертвых точках положения поршня. В результате кольца совершают в кольцевых канавках радиальное движение. Это приводит к измельчению образовавшегося слоя масляного нагара (особенно при использовании колец трапециевидного сечения), а также к вращению колец, обработанных перекрестным шлифованием.

Радиальное движение поршневого кольца

Скручивание колец

В результате действия сил инерции, скручивания колец и наличия зазоров по высоте, кольца совершают движения, показанные стрелками на рисунках. Как описано в 5.5 «Выпуклая форма рабочей поверхности», рабочая поверхность поршневых колец приобретает со временем выпуклую форму.

Скручивание кольца

Часть2. Монтаж и сервис поршней, поршневых колец, цилиндров двигателя

Просмотров: 8 177

Поршневые кольца: описание,виды,устройство,назначение,фото,видео.

Многим водителям знакомы принципы работы двигателя внутреннего сгорания. В нем много комплектующих, определяющих нормальное функционирование всех систем агрегата. Например, такие, казалось бы, незначительные детали, как поршневые кольца, выполняют достаточно важную функцию в работе мотора.

Если эти детали износились, это сразу отражается на производительности мотора, резко возрастает потребление топлива и моторного масла. Но для того, чтобы поставить новые кольца самостоятельно, нужно разобраться в их видах и особенностях. Если по незнанию поставить на поршень комплект не того диаметра или установить детали в неправильном порядке, это может быть чревато необходимостью капитального ремонта двигателя.

НАЗНАЧЕНИЕ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ

Не будем подробно разбираться в принципах работы двигателя внутреннего сгорания. Коснемся только вопроса соединения поршней и двигателя цилиндра. Как известно, оно является герметичным. Тем не менее, поршни легко скользят по внутренним кольцам цилиндра, не давая газам из надпоршневого пространства проникать в зазор между двумя поверхностями в картер агрегата.

Тем не менее, некоторая утечка газов все равно происходит даже на полностью исправном двигателе, но при качественных кольцах она составляет допустимую норму и никак не может повлиять на работу агрегата. В том случае, когда эти детали поршня значительно изнашиваются, количество проникающих в картер газов увеличивается.

Но существует и другое назначение, для выполнения ряда таких функций:

  • герметичное соединение поверхностей поршней и стенок цилиндра;
  • обеспечение нужного количества масла, находящегося на стенках цилиндра, и предотвращение его попадания в камеру сгорания;
  • кольца отводит тепло от поршней к стенкам цилиндра, что предотвращает их перегревание и коррозию.

Не трудно догадаться, что поршни выполняют свою задачу в крайне агрессивных условиях. С одной стороны, это экстремальные температуры, возникающие в процессе работы агрегата. С другой – условия масляного голодания в верхней части поршня. Данные задачи решаются за счет подбора материала для всех видов колец и их различная форма.

Важно!Качественные поршневые кольца должны быть достаточно узкими. Специалисты утверждают, что чем тоньше кольцо, тем эффективнее оно будет предотвращать вибрации поршней при высоких оборотах двигателя. Кроме того, они лучше справляются с трением в процессе хода поршня.

Но если двигатель имеет средние показатели мощности, то достаточно будет и обычных, более дешевых широких колец.

Из чего делают кольца двигателя?

Одним из первых эффективных материалов, использованных для поршневых колец, был ковкий чугун. Он сочетается с чугуном, используемым в блоках цилиндров, а его пористая структура позволяет ему удерживать масло, уменьшая износ. Широко используется также производная от ковкого чугуна, известная как пластичный чугун. Он обладает большинством качеств чугуна, а кроме этого, он может упруго деформироваться, что облегчает установку колец.

Поршневые кольца, сделанные из нержавеющей стали, являются усовершенствованием хромированных чугунных колец. По сути, нержавеющая сталь является материалом, в который входит большое количество хрома. И нет ничего странного в том, что такие кольца имеют свойства, аналогичные свойствам хромированных колец. Нержавеющая сталь также имеет способность противостоять высокой температуре, превосходящую хромированный чугун.

При попытках увеличения срока службы колец и обеспечения быстрой их приработки, были созданы молибденовые кольца. Такое кольцо является обычно кольцом с основой из чугуна с молибденовым покрытием поверхности. Молибден обладает многими противоизносными свойствами хрома, а в некоторых случаях он может иметь даже большую сопротивляемость износу. С течением времени молибденовые кольца стали основными в двигателях, так как они долговечные, относительно легко прирабатываются и более надежные.

ПОДБОР ЗАПЧАСТЕЙ

При выполнении капремонта двигателя необходимо правильно подобрать поршневые кольца, поскольку неправильный подбор приведет либо к отсутствию необходимой компрессии, либо к заклиниванию поршней в цилиндрах с последующим разрушением колец и образованием многочисленных задиров на поршнях и стенках цилиндров. Рассмотрим на примере двигателя ВАЗ-2111, как правильно подобрать нужные детали.

Существует таблица ремонтных размеров поршней и колец, с помощью которой подобрать подходящий диаметр деталей достаточно легко. Базовый диаметр цилиндров мотора ВАЗ-2111 составляет 82 мм, ремонтные поршни имеют увеличенный диаметр: на 0,4 мм для первого ремонта и на 0,8 мм – для второго. Кольца под ремонтные размеры также имеют увеличенный диаметр, и на них проставляется соответствующая маркировка.

В общих чертах процесс капремонта двигателя ВАЗ-2111 выглядит так: цилиндры растачиваются под первый ремонтный размер, при этом оставляется небольшой припуск на хонингование. Затем старые поршни заменяются на новые увеличенного диаметра, и на них монтируются поршневые кольца первого ремонтного размера.

Таблица ремонтных размеров существует для всех двигателей, и подобрать нужный диаметр не составит труда для любого мотора, будь то двигатель ВАЗ или Субару.

Модель двигателя (ВАЗ) Размер колец (мм)
  нормальный 1-й ремонтный 2-й ремонтный
2101, 2103, 2108, 21081, 1111 76 76,4 76,8
21011, 2105, 2106, 2121 79 79,4 79,8
21082, 21213, 2110, 11113 82 82,4 82,8

КАКИЕ КОЛЬЦА ЛУЧШЕ

Вопрос, какие поршневые кольца лучше приобрести для замены, не дает покоя многим автовладельцам. При имеющемся многообразии выбор сделать нелегко. Ответить можно так: если цель замены– восстановление нормальной работоспособности мотора, вполне достаточно штатных, если же владелец хочет улучшить характеристики двигателя, лучше обратить внимание на более «навороченные» изделия, например, хромированные или молибденовые.

ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН ТЕПЛОВОЙ ЗАЗОР В ПОРШНЕВЫХ КОЛЬЦАХ

Известно, что в процессе перемещения поршня, он воспринимает огромное давление. Это давление передается на коленвал. Именно наличие зазора в конструкции позволяет максимально передать это давление и полностью использовать его величину.

Кроме того, тепловой зазор обеспечивает минимальный контакт поверхностей поршня и цилиндра. В противном случае эти детали подвергались бы повышенному износу. Еще одна не менее важная функция – это обеспечение поверхностей оптимальным количеством масляной смазки. Масло проникает в зазоры, но при этом не попадает в камеру сгорания.

Важно!Необходимый тепловой зазор должен находиться в пределах 0,6-0,3 мм. Кроме того, следует позаботиться о допустимом боковом зазоре между кольцом и стенкой поршня. Нормой является расстояние в 0,08-0,04.

Именно зазоры обеспечивают эффективный отвод тепла от поверхностей деталей. В данном случае они применяются для компенсации избыточного температурного воздействия. В том случае, если приведенные выше параметры не будут обеспечены, двигатель не будет выдавать ожидаемых от него характеристик.

ВИДЫ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ

В зависимости от своего назначения, поршневые кольца разделяются на такие виды

  • компрессионные;
  • маслосъемные.

Ранее на поршнях старых двигателей с невысокими показателями мощности устанавливалось большое количество колец. Теперь, для большинства моделей авто используется по три кольца. Устанавливаются они в следующем порядке.

  1. Верхнее компрессионное. Оно имеет молибденовую противоизносную вставку.
  2. Второе компрессионное.
  3. Маслосъемное.

Маслосъемное кольцо состоит из трех частей. Это – верхняя и нижняя маслосъемные пластины, а между ними расположен тангенциальный расширитель.

Именно так выглядит набор поршневых колец для современных бензиновых двигатель. В зависимости от года выпуска автомобиля, могут применяться и другие комплекты деталей.

Компрессионные поршневые кольца предназначаются для уплотнения поверхностей поршня и цилиндра, они же предотвращают проникновение газа в камере сгорания и обеспечивают отвод тепла.

Эти виды деталей так или иначе отличаются друг от друга. Стоит учитывать и тот факт, что различные производители могут изменить конструкцию и материал колец, таким образом повышая их показатели прочности и улучшая работоспособность агрегата.

Второе компрессионное и маслосъемное кольца двигателя

Основная задача второго компрессионного кольца — обеспечение дополнительного уплотнения после верхнего маслосъемного кольца. Из-за этого второе кольцо обычно «следит» только за газами, которые проходят мимо верхнего кольца, а давление и температура отличаются от значений для верхнего компрессионного кольца. Соответственно материалы и конструкция второго кольца являются менее критичными.

Однако, второе кольцо имеет важную дополнительную функцию: оно помогает маслосъемному кольцу, действуя как «скребок», предотвращает попадание излишнего масла в камеру сгорания и возникновение детонации.

Некоторые вторые компрессионные кольца специально сделаны скошенными, чтобы содействовать работе маслосъемного кольца, а скос наименьший у верхнего края кольца. При этом оно стремится двигаться поверх масла при движении вверх в цилиндре и будет удалять масло при движении вниз. Если удаление масла является проблемой, то такой тип кольца принудительно удаляет масло, хотя второе кольцо с плоской поверхностью вместе с маслосъемным кольцом «нормального» усилия — это все, что нужно.

Второе компрессионное кольцо без зазора является новой конструкцией. Используемый здесь термин «без зазора» в чем-то неправильный, т. к. вообще невозможно изготовить кольцо полностью без зазора — его будет невозможно установить на поршень, и кольцо будет нерегулируемым даже при самых малых отклонениях формы отверстия цилиндра от окружности. Не обращая внимания на это, кольцо можно сделать без видимого зазора для газов, проходящих мимо кольца. При использовании этих колец двигатель прирабатывается быстрее в процессе обкатки, и он выдает немного большую мощность при проверке на стенде.

Потребность в беззазорных кольцах зависит в той или иной степени от того, как работают другие кольца. Если верхнее компрессионное кольцо обеспечивает качественное уплотнение, то беззазорное второе компрессионное кольцо менее важно. Однако, в реальности дело обстоит не так и второе беззазорное компрессионное кольцо может быть реальным средством при получении большей мощности на коленчатом валу.

Маслосъемные кольца очень важны для функционирования двигателей, особенно при использовании низкооктанового топлива. Моторное масло, которое остается в камере сгорания, будет уменьшать октановое число топлива, что может привести к детонации. Оно также может загрязнять камеры сгорания и головки поршней, что обязательно вызовет снижение мощности двигателя.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:

  • Volkswagen Amarok 2017 года фото видео обзор описание комплектация.
  • Volkswagen Polo 2017 года описание обзор фото видео комплектация.
  • Тормозная жидкость: описание,виды,состав,основные свойства,фото,видео
  • Как изготавливают двигатели для БМВ в Китае — видео
  • Способы очистки автокондиционеров. Какой препарат выбрать, и как эффективно избавиться от пыли и грязи?
  • BMW x5 m 2017: описание,история,обзор,характеристики,фото,видео,цена.
  • Как выбрать самый экономичный внедорожник по расходу топлива?
  • volkswagen passat b3: обзор,описание,фото,видео,характеристика .
  • Планетарный редуктор: описание,преимущества,характеристики,принцип работы.
  • Хорошая видимость: как правильно выбрать «незамерзайку» и не купить подделку?
  • 5 отзывов о BMW X5
  • Как взять на прокат элитное авто в Европе?

Как выбрать поршневые кольца | Новости автомира

Все автолюбители знают, что одним из основных элементов ДВС является поршень. Однако не все принимают во внимание тот факт, что без специальных колец поршни не могут нормально выполнять свои функции. Маслосъемные и компрессионные кольца являются важными деталями двигателя внутреннего сгорания, так как от них зависит разгонная динамика авто, расход масла и топлива, токсичность выхлопа и пусковые свойства агрегата. Эксперты Авто.про решили разобраться с тем, как устроены поршневые кольцами и с какими проблема могут столкнуться водители, владеющие автомобилей с изношенными кольцами.

Назначение и конструкция

Для начала стоит определиться с тем, какими бывают поршневые кольца. Это понятие охватывает кольца двух типов и одного промежуточного подтипа. На первый взгляд подобные изделия практически одинаковы – незамкнутые кольца, которые при установке утапливаются в канавки поршней. Однако различия в их конструкции все же есть:

  1. Компрессионные кольца. Они предотвращают попадание горячих газов в картер двигателя из камер сгорания. Наружный диаметр таких колец несколько больше внутреннего диаметра цилиндров, так они имеют вырез, называемый замком;
  2. Маслосъемные кольца. Предотвращают попадание масла уже из картера двигателя в камеры сгорания. Как следует из названия, кольца снимают масло со стенок цилиндров. Имеют сквозные прорези, чем отличаются от компрессионных колец, а устанавливаются ниже последних;
  3. Компрессионно-маслосъемные. Ближе к компрессионным, однако имеют специфическую геометрию, благодаря которой они способны как удалять излишки масла, так и герметизировать камеру сгорания.

Стоит отметить, что некоторые автоконцерны проектируют двигатели из расчета на то, что они будут иметь повышенный расход масла. Как ни странно, обусловлено это специфической конструкцией поршневых колец. Несмотря на очевидную парадоксальность такого решения, в нем есть смысл. Во-первых, в таких двигателях потери на трения ниже, чем в тех, что экономнее расходуют масло. Во-вторых, цилиндро-поршневая группа подобных агрегатов изнашивается медленнее. Поршни подавляющего большинства двигателей оснащены тремся кольцами:

  • Верхним компрессионным;
  • Средним компрессионно-маслосъемным;
  • Нижним маслосъемным.

Верхнее кольцо герметизирует камеру сгорания. Как правило, изнашивается быстрее остальных двух колец, так как воспринимает сильные нагрузки: высокие температуры, давление, контакт с химически агрессивными отработавшими газами. Повышенный расход масла в большинстве случаев обусловлен износом именно этих колец. Обычно их изготавливают из чугуна, легированного хромом, молибденом и никелем или же из легированных сталей с дополнительным износостойким покрытием.

Компрессионно-маслосъемные кольца берут на себя сразу несколько функций. Первая: дополнительная герметизация камер сгорания. Вторая: предотвращение излишнего расхода масла. По факту, кольцо одновременно и перекрывает доступ к камере сгорания, и снимает излишки масла по ходу движения поршня от верхней точки к нижней. Такие кольца имеют более сложную форму, нежели обычные компрессионные. В подавляющем большинстве случаев на изготовление таких колец идет легированный чугун с пластинчатым графитом – материал менее прочный, нежели, например, чугун, легированный молибденом.

Нижние маслосъемные кольца, как несложно догадаться по их названию, берут на себя задачу снятия масла со стенок цилиндров и дальнейшего его отведения в картер двигателя через специальные пазы или отверстия. Маслосъемные кольца бывают двух видов:

  1. Наборные, включающие в себя пару колец и двухфункциональный расширитель;
  2. Коробчатые с эспандерной пружиной.

Основное требования к маслосъемным поршневым кольцам: способность быстро и качественно прирабатываться к стенкам цилиндра. Проще говоря, кольцо должно по максимуму заполнять свободное пространство, так как это увеличивает эффективность снятия масла. На изготовление маслосъемных колец идет углеродистая сталь или же серый легированный чугун. Если гильзы цилиндров выполнены из чугуна, то маслосъемные кольца поршня должны быть хромированными.

Почему поршневые кольца выходят из строя

Читателю может показаться, что в силу простой конструкции и использования износостойких материалов поршневые кольца должны иметь огромный, практически неисчерпаемый эксплуатационный ресурс. Практика успела показать, что кольца даже самых надежных двигателей изредка нуждаются в замене, хотя и случаи, когда мотор эксплуатировался в течение многих лет без замены основных комплектующих, встречаются. Стоит понимать, что поршневые кольца, а в особенности верхние компрессионные, страдают от:

  • Перепадов давления;
  • Влияния химически агрессивной среды;
  • Перепадов температур;
  • Сухого трения.

Последний пункт стоит разобрать подробнее. Когда поршень приближается к критической точке, в месте расположения компрессионного кольца количество смазка быстро уменьшается. При этом возрастает давление и температура. Как только поршень останавливается, масляная пленка разрывается. Дальнейший путь до нижней точки компрессионное кольцо может и вовсе пройти в условиях сухого трения, что приводит к его быстрому износу. По этой причине именно верхние кольца проверяют самыми первыми – они изнашиваются быстрее остальных. Компрессионно-маслосъемные кольца испытывают намного меньшие нагрузки, так что и выходят из строя они намного реже обычных компрессионных. Так как кольца берут на себя сразу две функции, они имеют особую форму: коническую с небольшим углом наклона. На их эксплуатационном ресурсе это практически не сказывается.

По факту самыми живучими являются маслосъемные кольца – они испытывают небольшие нагрузки, так как отвечают лишь за отвод излишков масла. В предыдущем разделе уже было указано, что такие кольца имеют более сложную форму, чем компрессионные: два пояса, собирающие остатки масла, а также специальная кромка для отвода смазочного материала. Усложнение конструкции негативно сказывается на эксплуатационном ресурсе изделия, но в силу малых нагрузок, оно редко нуждается в замене.

Признаки неисправности

Первое, на чем читателю стоит заострить свое внимание, так это на величине зазора поршневых колец. Принимая форму канавок поршня, кольца образуют зазор в 0.15-0.50 мм. В технической документации двигателя указана точная величина зазора, однако в среднем она попадает в указанный диапазон. При значительном увеличении зазора будут наблюдаться проблемы с двигателем. К основным признакам неисправности поршневых колец обычно относят:

  1. Падение мощности силового агрегата, обусловленное снижением компрессии;
  2. Повышение расхода горючего;
  3. Серьезное увеличение расхода масла.

Пробег недорогих поршневых колец обычно не превышает 150 тыс. км. Более дорогие аналоги от известных производитель могут «отходить» порядка 300 тыс. км, хотя известно немало случаев, когда пробег колец превышал отметку в 500 тыс. км. Неисправность поршневых колец бывает сложно выявить без непосредственного осмотра поршней. Однако определить степень их износа можно по неявным признакам. К ним относят:

  1. Появление черного дыма. Причина кроется в том, что часть газов из камер сгорания проходит через компрессионные кольца с попадает в картер двигателя. При этом падает давление в цилиндрах и, соответственно, мощность двигателя;
  2. Появление голубого дыма, имеющего сизый оттенок. Указывает на факт попадание смазочного материала в камеры сгорания;
  3. Появление выхлопа белого цвета. Обычно появление белого выхлопа обусловлено наличием влаги. Если цвет выхлопа не изменился после продолжительного прогрева двигателя, имеет смысл проверит маслосъемные кольца;
  4. Изменение состава топливно-воздушной смеси. Зачастую смесь переобогащается, на что указывает едкий черный дым и хлопки в системе выхлопа.

Даже если автолюбитель наблюдает что-то из вышеуказанного, не стоит сразу приступать к частичной разборке двигателя и осмотру поршневых колец. Для начала стоит проверить свечи зажигания. Если они покрыты масляном нагаром и свежей смазкой, вероятнее всего, целостность поршневых колец нарушена. Также имеет смысл проверить воздушный фильтр и воздушную гофру – на них не должно быть следов масла.

Существует одна достаточно надежная проверка: запустите двигатель и оставьте его поработать на холостом ходу, прислушиваясь. Переключите передачу. Если двигатель нестабилен, трясется, то давление в его цилиндрах неравномерно – это указывает на износ первых двух поршневых колец. Хорошо слышимые стуки могут указывать на недостаток смазки. Ответственными за эту неисправность узлами могут быть как маслосъемные кольца, так и, например, масляный насос. В этом случае требуется осмотр и диагностика на СТО.

Выбор новых колец

Подобрать новые поршневые кольца несложно. Мы живем в век развития цифровых технологий, так что поиск нужных запчастей сильно упрощают интернет-магазины. Они помогут найти как оригинальные поршневые кольца, так и более дешевые аналоги. Сразу отметим, что кольца являются ответственным элементом поршневой группы, так ни экономить на их покупки, ни тем более надеяться на взаимозаменяемость деталей разных моделей не стоит. Вести поиски можно по:

  • VIN-коду автомобиля;
  • Кодам имеющихся колец;
  • Параметрам двигателя.

Все чаще автолюбители ведут поиски по параметрам своего транспортного средства и техническим параметрам двигателя. Это достаточно надежный способ поиска, однако его надежность сильно падает, если поиски ведутся в интернет-магазинах с сомнительной репутацией. Хорошие ресурсы имеют продвинутую кросс-базу, которая позволяет найти не только оригинальные поршневые кольца, но и сразу подбирает подходящие аналоги. Аналогам стоит уделить особое внимание. На вторичном рынке можно найти кольца из таких материалов:

  • Чугун;
  • Легированная сталь.

Кроме того, кольца из указанных выше материалов могут иметь особое защитное покрытие. Например, молибденовое или хромое. Кольца с защитными покрытиями обходятся дороже более «простых» моделей, но зато имеют больший эксплуатационный ресурс. На высокофорсированные двигатели имеет смысл ставить стальные кольца с защитным покрытием, тем временем как маломощные двигатели поддержанных городских автомобилей можно оснастить более доступными чугунными кольцами.

При выборе автолюбитель также может столкнуться с изделиями стандартной ширины и с тонкими кольцами. Практика успела показать, что тонкие кольца являются самыми дорогими, а их изготовлением занимается ограниченное число производителей. В первую очередь они предназначены для установки на двигатели с оборотами свыше 6000 в минуту. При этом важно понимать, что нестандартные кольца служат несколько меньше стандартных, так что и менять их придется чаще.

Экскурс по производителям

В силу кажущейся простоты изготовлены поршневых колец сегодня из выпускает большое число фирм. Многие фирмы работают исключительно на рынок своей страны, однако усилиями мелких поставщиков их продукция получает некоторое распространение в мире. Вторичный рынок стран Восточной Европы богат товарами от разных брендов и… подделками. О подделках мы поговорим чуть позже, а пока выделим несколько брендов, под именами которых автолюбитель сможет найти действительно качественные поршневые кольца:

Продукцию именно этих компаний с высокой вероятностью удастся найти и у фирм-упаковщиков. Указанные выше производители также являются поставщиками на конвейеры автомобильных концернов, что говорит о стабильно высоком качестве выпускаемых ими изделий. К несчастью, именно их продукцию часто подделывают. Больше всего подделок под Victor Reinz и Goetze. При выборе поршневых колец обращайте внимание на:

  1. Упаковку. К примеру, на упаковках поддельных колец Mahle отсутствует защитная полоска и другие защитные элементы. Также обращайте внимание на качество полиграфии;
  2. Общее качество изделия. Многие подделки отлично имитируют фирменный продукт, но в некоторых случаях визуальный осмотр позволяет выявить контрафакт. Особое внимание уделите маркировке.

Как показывает практика, выявить поддельные поршневые кольца проще всего именно по упаковке. Настоятельно рекомендуем узнать о защитных признаках продукции всех вышеуказанных компаний и сопоставлять полученные данные с реальным положением дел – если упаковка предложенного вам кольца отличается от фирменной, перед вами точно подделка.

Существует и продвинутый способ выявления подделок, который, впрочем, подойдет не всем автолюбителям. Дело в том, что твердость поршневых колец должна соответствовать определенным нормам. В случае компрессионных колец из чугуна марок СМ или ВЧ (самые распространенные на вторичном рынке) твердость должна составлять 96-112НВ и 100-112НВ соответственно. Если у вас есть возможность проверить соответствие колец стандартам, проблем с подделками не будет – вы сможете их выявить и вернуть продавцу.

Вывод

Поршневые кольца являются важным элементом поршней двигателя. От качества их исполнения и соответствия определенной концерном геометрии буде зависеть работоспособность силового агрегата, его топливная экономичность, мощностные показатели, расход горючего и экологичность. Автолюбители редко сталкиваются с необходимостью замены поршневых колец, так как даже относительно недорогие имеют значительный эксплуатационный ресурс. К несчастью, поршневые кольца известных фирм часто подделывают. Советуем покупать запчасти в проверенных местах и тщательно изучать каждое изделие – так вы серьезно уменьшите вероятность того, что покупаемые поршневые кольца окажутся поддельными.

Поршневые кольца двигателя авто - основное назначение и из чего делают?

Расскажем про поршневые кольца двигателя автомобиля, какие они бывают и их основное назначение. Из чего делают поршневые кольца мотора?

Какие бывают

Компрессионные кольца

Предотвращают порыв газов из камеры сгорания в картер. Наружный диаметр кольца в свободном состоянии больше внутреннего диаметра цилиндра, поэтому часть кольца вырезана. Вырез в поршневом кольце называют замком.

Маслосъемные кольца

Препятствуют проникновению масла из картера в камеру сгорания, снимая излишки масла со стенки цилиндра. Их устанавливают ниже уровня компрессионных. Они в отличие от компрессионных колец имеют сквозные прорези.Некоторые производители изначально конструируют двигатели с повышенным расходом масла на угар из-за особой конструкции поршневых колец. Это делается, во-первых, ради снижения потерь на трения; во-вторых, ради меньшего износа цилиндро-поршневой группы; в-третьих, освежается масло внутри большого межсервисного интервала.

Из чего делают

Одним из материалов, использованных для поршневых колец - чугун. Его структура позволяет ему удерживать масло, уменьшая износ. Широко используется также производная от ковкого чугуна - пластичный чугун. Он обладает большинством качеств чугуна и может упруго деформироваться, что облегчает установку колец.

Поршневые кольца, сделанные из нержавеющей стали, являются усовершенствованием хромированных чугунных колец. По сути, нержавеющая сталь является материалом, в который входит большое количество хрома. И такие кольца имеют свойства, аналогичные свойствам хромированных колец. Нержавеющая сталь также имеет способность противостоять высокой температуре, превосходящую хромированный чугун.

Для увеличения срока службы колец и обеспечения быстрой их приработки созданы молибденовые кольца. Его основа из чугуна с молибденовым покрытием. Молибден обладает многими противоизносными свойствами хрома, а в некоторых случаях может иметь большую сопротивляемость износу. С течением времени молибденовые кольца стали основными в двигателях, так как они долговечны, относительно легко прирабатываются и более надежны.

Верхние компрессионные кольца

Существует много конфигураций верхнего компрессионного кольца и различия трудно уловимы. К примеру, кольцо может иметь преднамеренное небольшое перекручивание. Другими словами, верхняя и нижняя поверхности кольца не лежат плоско в канавке для кольца, а слегка наклонены, и только верхний или нижний край лицевой поверхности контактирует с отверстием цилиндра. Кольца сконструированы таким образом, чтобы ускорить приработку поверхностей поршневых колец и стенок цилиндров и помогать уплотнению кольца в верхней и нижней частях канавки для кольца. Величина перекручивания кольца очень мала и оно обычно делается путем стачивания фаски на внутреннем крае кольца.

Второе компрессионное и маслосъемное кольца

Основная задача второго компрессионного кольца — обеспечение дополнительного уплотнения после верхнего маслосъемного кольца. Из-за этого второе кольцо обычно «следит» только за газами, которые проходят мимо верхнего кольца, а давление и температура отличаются от значений для верхнего компрессионного кольца. Соответственно материалы и конструкция второго кольца являются менее критичными.

Второе кольцо имеет важную дополнительную функцию: оно помогает маслосъемному кольцу, действуя как «скребок», предотвращает попадание излишнего масла в камеру сгорания и возникновение детонации.


Некоторые вторые компрессионные кольца специально сделаны скошенными, чтобы содействовать работе маслосъемного кольца, а скос наименьший у верхнего края кольца. При этом оно стремится двигаться поверх масла при движении вверх в цилиндре и будет удалять масло при движении вниз. Если удаление масла является проблемой, то такой тип кольца принудительно удаляет масло, хотя второе кольцо с плоской поверхностью вместе с маслосъемным кольцом «нормального» усилия — это все, что нужно. Второе компрессионное кольцо без зазора является новой конструкцией. Используемый здесь термин «без зазора» в чем-то неправильный, т. к. невозможно изготовить кольцо полностью без зазора — его будет невозможно установить на поршень, и кольцо будет нерегулируемым даже при самых малых отклонениях формы отверстия цилиндра от окружности. Несмотря на это, кольцо можно сделать без видимого зазора для газов, проходящих мимо кольца.

При использовании этих колец двигатель прирабатывается быстрее в процессе обкатки, и он выдает немного большую мощность при проверке на стенде.

Потребность в беззазорных кольцах зависит от того, как работают другие кольца. Если верхнее компрессионное кольцо обеспечивает качественное уплотнение, то беззазорное второе компрессионное кольцо менее важно. В реальности дело обстоит не так и второе беззазорное компрессионное кольцо может быть средством при получении большей мощности.

Маслосъемные кольца важны для функционирования двигателей, особенно при использовании низкооктанового бензина. Моторное масло загрязняет камеры сгорания и головки поршней, что вызовет снижение мощности.

Маслосъемные кольца и повышенный расход масла

Одними из наиболее важных и ответственных деталей автомобильного двигателя являются поршневые компрессионные и маслосъемные кольца. От их состояния в значительной степени зависят такие эксплуатационные показатели как разгонная динамика автомобиля, расход топлива и моторного масла, пусковые свойства двигателя, а также токсичность отработавших газов.

Многие автолюбители интересуются, как своевременно определить проблему с поршневыми кольцами и какие основные признаки неисправности этих деталей. Для того чтобы разобраться в этом вопросе необходимо четко понимать назначение компрессионных и маслосъемных колец двигателя, особенности их конструкции и условий работы.

Особенности конструкции и назначение поршневых колец двигателя.

Поршневые кольца автомобильного двигателя выполняют 3 основные задачи:

  1. Предотвращение прорыва газов из камеры сгорания в картер.
  2. Отведение теплоты от нагретого отработавшими газами поршня в стенки цилиндров.
  3. Обеспечение смазки деталей цилиндропоршневой группы и предотвращение (или хотя бы минимизация) попадания масла с картера в камеру сгорания и как следствие повышенного расхода масла.

В большинстве современных двигателей эти функции выполняют три поршневых кольца:

  1. верхнее компрессионное;
  2. среднее компрессионно-маслосъемное;
  3. нижнее маслосъемное кольцо.

Верхнее компрессионное кольцо отвечает за герметизацию камеры сгорания и испытывает очень большие нагрузки, так как воспринимает большую часть давления отработавших газов при сгорании. К тому же кольца работают в условиях повышенных температур, что сказывается на условиях их смазки и износа, что в итоге приводит к повышенному расходу масла. Для обеспечения противостояния большим температурным и силовым нагрузкам верхние кольца изготавливают из высокопрочного чугуна, легированного молибденом, никелем и хромом.

Среднее компрессионно-маслосъемное кольцо кроме функции уплотнения выполняет еще управление смазкой деталей и предотвращает повышенный расход масла. Во время хода поршня от верхней мертвой точки к нижней кольцо снимает масло со стенок цилиндра. Для обеспечения выполнения этой функции средние кольца имеют специальную форму, которая позволяет снимать масло со стенок при ходе поршня вниз и пропускать его при ходе вверх, что предотвращает попадание масла в камеру сгорания. Так как эти кольца менее нагружены чем компрессионные, то их, как правило, изготавливают из менее прочного материала - серого легированного чугуна с пластинчатым графитом.

Как можно догадаться из самого названия, главной задачей нижнего маслосъемного кольца является снятие масла с поверхности цилиндра и через отверстия или пазы в канавке поршня сбрасывание его в картер. Так как функции этого кольца отличаются от тех, что выполняют компрессионные кольца, то и его конструкция существенно отличается.

В настоящее время наибольшее распространение получили 2 типа маслосъемных колец:

  1. коробчатое с эспандерной пружиной;
  2. наборное, которое состоит из двух дисков и двухфункционального расширителя.

Основными требованиями к этим кольцам являются хорошая приработка к стенкам цилиндра и высокое давление на них, что обеспечивает эффективное снятие смазочного материала и предотвращение повышенного расхода масла. В зависимости от типа маслосъемные кольца изготавливают из серого легированного чугуна или из углеродистой стали. Для эффективной работы в паре с чугунной гильзой их поверхность хромируют.


Основные признаки износа поршневых колец

При износе верхних компрессионных колец, как правило, снижается компрессия в двигателе, что проявляется в ухудшении разгонной динамики автомобиля, а в случае если изношены кольца не у всех цилиндрах, то такой двигатель работает неравномерно. Для того чтобы определить в каком цилиндре изношены кольца необходимо замерить компрессию. В исправном бензиновом двигателе она должна составлять 11 – 13 бар, в дизеле – от 23 до 40 бар.

Когда изношены маслосъемные кольца

Износ или неисправность маслосъемных колец проявляется в повышенном расходе масла при нормальных условиях эксплуатации. Также признаком износа колец служит наличие черного дыма из системы выпуска и системы вентиляции картера (сапуна). Причиной этого является выгорание попавшего в камеру сгорания моторного масла.

Одним из возможных признаков, что может свидетельствовать о износе маслосъемных колец, служит загрязнение свечей маслом, но такое бывает и в случае если изношены масляные колпачки клапанов. Для точного определения причины неисправности потребуется разборка двигателя.

В большинстве случаев у современных двигателях внутреннего сгорания срок службы маслосъемных колец составляет 150-200 тысяч километров пробега, а в некоторых моторах даже от 300 до 500 тыс. Однако если автомобиль эксплуатируется в тяжелых условиях или его владелец своевременно не меняет масло, то их замена будет необходима уже через 50 тыс. километров. В связи с этим, принимая решение о замене компрессионных и маслосъемных колец, не стоит ориентироваться только по пробегу автомобиля.

Что делать при износе колец?

Для того чтобы выбрать путь решения проблемы необходимо выяснить, по какой причине она возникла. Возникновение вышеуказанных симптомов может быть вызвано износом или поломкой компрессионных и маслосъемных колец или же в случае если они закоксовались и залегли.

В первом случае нужно будет обязательно разбирать двигатель, и устанавливать новые детали вместо поврежденных. При этом следует тщательно осмотреть все сопряженные детали, так как при поломке колец возможно возникновение задиров, что можно устранить только путем проведения капитального ремонта.

В случае если есть предположение, что поршневые и маслосъемные кольца залегли, то можно добавить в масло специальную присадку. Но такой способ применяется, как правило, в профилактических целях.

Связанные с поршневыми кольцами неисправности возникают в практике довольно часто. Поэтому для того чтобы предотвратить возникновение серьезных последствий и, как результат, больших расходов на ремонт, необходимо вовремя распознавать первые их симптомы и принимать соответствующие меры.

 Евгений Шуба, к.т.н., преподаватель кафедры двигателей и теплотехники Национального транспортного университета

Типы поршневых колец и техническое обслуживание поршневых колец

Поршневые кольца производятся и классифицируются на основе функции и удобства использования. Первичное использование поршневого кольца - уплотнение камеры (в которой движется поршень), которая может быть камерой сгорания двухтактного или четырехтактного двигателя. Судовые двигатели имеют три или более типа колец, установленных по окружности поршня.

Поршневое кольцо является важной частью поршня, его количество и функциональность различаются в зависимости от типа и мощности двигателя.

В 2-тактных больших двигателях поршневые кольца компрессионного типа используются для уплотнения камеры сгорания, а грязесъемные кольца устанавливаются под ними для удаления отложений с гильзы и распределения масла по поверхности гильзы.

Прочтите по теме: Причины износа гильзы цилиндра и способы его измерения

Однако в небольших судовых двигателях используются разные типы поршневых колец для специальных целей. Например. Маслосъемное кольцо используется в 4-тактном двигателе, поскольку это двигатель магистрального типа, а масло картера имеет прямой доступ к гильзе цилиндра и поршню.В этой статье мы рассмотрим различные типы поршневых колец, используемых в морских двигателях.

Типы и функции поршневых колец

Компрессионные кольца или кольца давления

Компрессионные кольца обеспечивают уплотнение над поршнем и предотвращают утечку газа со стороны сгорания. Компрессионные кольца расположены в первых канавках поршня.

Однако это может отличаться в зависимости от конструкции двигателя.Основная функция этих колец - герметизировать газообразные продукты сгорания и передавать тепло от поршня к стенкам поршня.

Масло регулируется путем срезания слоя масла, оставленного масляным кольцом, таким образом обеспечивая достаточную смазку верхних компрессионных колец. Кроме того, он также помогает верхнему компрессионному кольцу в уплотнении и теплопередаче.

Стеклоочистительное кольцо

Грязесъемное кольцо, также называемое кольцом Напье или резервным компрессионным кольцом, устанавливается под компрессионным кольцом.Их основная функция - очищать поверхность гильзы от излишков масла и действовать как опорное опорное кольцо при остановке любой утечки газа дальше вниз, выходящей из верхнего компрессионного кольца. Большая часть грязесъемных колец имеет поверхность с углом сужения, которая обращена к нижней части для обеспечения очищающего действия при движении поршня к коленчатому валу.

Связанное чтение: Как внутренние силы в морских двигателях влияют на их работу?

Если грязесъемное кольцо установлено неправильно с углом сужения, ближайшим к компрессионному кольцу, это приводит к чрезмерному расходу масла.Это вызвано тем, что грязесъемное кольцо вытирает излишки масла в сторону камеры сгорания.

Кольца контроля масла / скребки

Маслосъемные кольца регулируют количество смазочного масла, проходящего вверх или вниз по стенкам цилиндра. Эти кольца также используются для равномерного распределения масла по окружности гильзы.

Масло разбрызгивается на стенки цилиндра. Эти кольца также называются скребковыми кольцами, поскольку они соскабливают масло со стенок цилиндра и отправляют обратно в картер.

Эти кольца не позволяют маслу выходить из пространства между лицевой стороной кольца и цилиндром.

Связанное чтение: Интеллектуальная система смазки цилиндров для современных судовых двигателей

В масляном кольце отверстия или прорези прорезаны в радиальном центре кольца, что позволяет избыточному маслу стекать обратно в резервуар.

Масляные кольца могут быть как цельными, так и двухчастными. Чтобы увеличить контактное давление между кольцом и поверхностью гильзы, кольца могут иметь скошенные края либо на внешних сторонах площадок, либо напротив камеры сгорания, чтобы снизить расход масла за счет улучшенного соскабливания масла из отверстия.

Двухкомпонентные маслосъемные кольца состоят из чугунного или профилированного стального кольца и винтовой пружины, изготовленной из жаропрочной пружинной стали, и действуют по всей окружности кольца для поддержания давления и контакта.

Материал поршневого кольца

Один из самых известных материалов, используемых при производстве поршневых колец, - чугун. Это связано с тем, что он содержит графит в пластинчатой ​​форме, который сам действует как смазка, помогая скользящему движению между кольцами и гильзой.

На поршневые кольца нанесены сплавы и покрытия, и они будут варьироваться в зависимости от типа кольца, поскольку функции этих колец отличаются друг от друга.

Наиболее распространенной формой легирования чугуна является хром, молибден, ванадий, титан, никель и медь.

Материал поршневых колец держится тверже, чем гильза цилиндра, что обеспечивает максимальный срок службы.

Связанное чтение: Как изготавливаются поршневые кольца?

Поршень главного двигателя

Камера сгорания двухтактного морского двигателя - это большое пространство, производящее огромное количество тепла и напряжений.

Верхние кольца поршня непосредственно контактируют с камерой сгорания, поэтому они нуждаются в лучшей защите и покрытии, чтобы справиться с тепловым напряжением и обеспечить надлежащее уплотнение.

Множество новых разработок было разработано специально для больших двухтактных судовых двигателей. Некоторые из представленных важных разработок:

Двигатель MAN

Самое верхнее поршневое кольцо относится к типу контролируемого сброса давления, в котором на поверхности имеется несколько наклонных неглубоких канавок (с твердым хромированием), позволяющих некоторому давлению газа проходить через 2-е кольцо, тем самым уменьшая нагрузку на верхнее кольцо.На концах колец имеется соединение типа «S».

Недавно была представлена ​​новая конструкция, представляющая собой модифицированную версию колец CPR, известную как кольца CPR Port on Plane (CPR POP).

Изменено положение канавок, которые теперь расположены на нижней стороне кольца, поскольку было отмечено, что износ канавок колец CPR на рабочей стороне был быстрее, чем обычно.

Второе или промежуточное кольцо

Остальные кольца имеют косой надрез на концах колец.Все поршневые кольца имеют алюминиевое покрытие на внешней поверхности для облегчения приработки.

Двигатель Wartsila

В 2-тактном двигателе Wartsila канавки для поршневых колец на поверхности поршня закалены для обеспечения превосходной износостойкости. Верхнее поршневое кольцо (также известное как газонепроницаемое кольцо (GT) в Wartsila) имеет перекрывающиеся концы, чтобы избежать утечки газа благодаря асимметричной форме цилиндра. Они имеют хромокерамическое (CC) покрытие вместе с покрытием для приработки (RC).

Количество поршневых колец зависит от размера двигателя.Например. RTflex 35 будет иметь очень короткую юбку и оснащен тремя поршневыми кольцами, но двигатель RTA может иметь 5 поршневых колец.3

Двигатель четырехтактный

Требование к поршневому кольцу в 4-тактном двигателе отличается, поскольку узел гильзы поршня открыт для отстойника. Следовательно, в пакете поршневых колец для 4-тактных поршней дополнительно требуются маслосъемные кольца. Обычно он состоит из 2-5 колец в зависимости от типа и спецификации двигателя. Обычно предусмотрены 2-4 компрессионных кольца для герметизации газов из камеры сгорания и 1-3 маслосъемных кольца для предотвращения попадания масла в камеру сгорания.

Кольца компрессора обычно цилиндрического типа с конической поверхностью для эффективного газового уплотнения. Профили маслорегулирующего кольца содержат две площадки и вставленную цилиндрическую пружину для поддержки предварительного натяжения кольца.

Как работают поршневые кольца?

Как объяснялось, в поршне на разных уровнях предусмотрены кольца разных типов, которые выполняют разные задачи.
Самая верхняя канавка поршня состоит из компрессионного кольца, основная функция которого заключается в герметизации любых утечек внутри камеры сгорания во время процесса сгорания.

При воспламенении топливовоздушной смеси давление газов сгорания прикладывается к головке поршня, заставляя поршень двигаться по направлению к коленчатому валу.

Сжатые газы проходят через зазор между стенкой цилиндра и поршнем в канавку поршневого кольца.

Во время процесса сгорания сила газов под высоким давлением прижимает поршневое кольцо к стенке гильзы цилиндра, что способствует образованию эффективного уплотнения. Это давление, толкающее поршневое кольцо, пропорционально давлению газов сгорания.

Следующий набор колец в поршне, который расположен под компрессионным кольцом и над масляными кольцами, называется грязесъемными кольцами.

Они имеют конструкцию с конической поверхностью и служат для дополнительного уплотнения камеры сгорания. Как следует из названия, они помогают очистить стенку футеровки от излишков масла и загрязнений. Если какой-либо из продуктов сгорания смог пройти через компрессионное кольцо, эти газы будут заблокированы стеклоочистителем в хорошем состоянии.

Последний набор колец представляет собой масляные кольца, которые расположены в нижних канавках поршня, ближайшего к картеру.Основная функция масляного кольца - соскребать излишки масла со стенок гильзы цилиндра во время движения поршня.

Большая часть протертого масла направляется в картер обратно в масляный поддон. Эти масляные кольца поставляются с пружиной, установленной сзади в 4-тактном двигателе, чтобы обеспечить дополнительный толчок для очистки гильзы.

Почему выходят из строя поршневые кольца?

Камера сгорания оказывает огромное давление на поршневые кольца. Если давление сгорания газа, производимого внутри камеры, выше обычного, это может повлиять на работу кольца.

Это может быть из-за детонации и звона топлива из негерметичной форсунки или когда топливо смешано с грязным воздухом.

Загрязненное жидкое топливо или неправильный сорт цилиндрового масла также влияет на работу кольца. Когда кольцо начнет изнашиваться, станет очевидной их способность герметизировать дымовые газы.

Плохое качество топлива или масла в цилиндре, плохой процесс сгорания, неправильная синхронизация подачи топлива, изношенная гильза и т. Д. Являются нормальной причиной износа поршневых колец. Наиболее частым признаком или признаком изношенного кольца является прохождение газа в картер или под поршень, известное как продувка.

Заедание кольца из-за нагара или шлама, а также поломка или трещина на кольце из-за износа.

Что необходимо проверить при осмотре поршневого кольца

Осмотр поршневых колец является важной задачей для определения надлежащей работы поршневых колец с последующей очисткой или заменой поршневых колец (если они сломаны или изношены).

В двухтактных двигателях отверстие, содержащее верхнее кольцо, обычно находится в более высоком положении, чем канавка верхнего кольца четырехтактного двигателя.

При плановом осмотре

При обычном осмотре продувочного пространства поршневые кольца прижимаются с помощью отвертки. Это делается для проверки действия пружины или натяжения колец. Это также говорит о том, сломано кольцо или нет. Если кольцо сломано, пружина не сработает.

Кольца проверяются на предмет их мягкости в канавках, так как они могут застрять из-за нагара и, наконец, сломаться, что приведет к серьезным повреждениям гильзы.

Также проверяется зазор между кольцом и канавкой и рассчитывается износ. Кольцо проверяется на наличие следов истирания и повреждений, а также оценивается общее состояние.

Связанное чтение: Основное руководство по техническому обслуживанию судовых двигателей для морских инженеров

При капитальном ремонте

При капитальном ремонте поршневые кольца полностью заменены на новый комплект. Но для списания колец необходимо учитывать следующие шаги: -

1) Если поршневое кольцо застряло в канавке.
2) Если осевая высота колец уменьшена, а зазор в кольцах и канавке велик.
3) Если слой хрома отслоился или поврежден.

Во время капитального ремонта необходимо тщательно очистить канавки от нагара и проверить на наличие повреждений кольцевые канавки.

Перед тем, как поставить поршневое кольцо, его необходимо предварительно прокатить скруглить в канавках. При этом кольцо полностью перемещается внутри канавок.

С помощью этого теста мы можем проверить, что канавки имеют большую глубину, чем радиальная ширина кольца.

При установке поршня с замененными кольцами во гильзу используйте хорошо смазанный инструмент для сжатия поршневых колец, который гарантирует, что кольца не будут прилипать к поверхности гильзы при входе в камеру сгорания.

Поршневые кольца вставляются внутрь изношенной гильзы, также проверяется стыковой зазор. Для колец небольшого поршня (например, компрессора) концы можно обработать с помощью фильтра для поршневых колец, но для судовых двигателей кольца необходимо отправить в береговую мастерскую для ремонта, если стыковой зазор необычный.При надевании колец их следует проверять на наличие маркировки, указывающей, какая часть находится вверху или внизу, а также проверять различную маркировку для разных положений.

Кольца следует укладывать с помощью автодорожки, т.е. с помощью расширителя колец. Зазор между кольцом и канавкой проверяется с помощью щупа.

Осевой и радиальный зазор старого кольца проверяется и записывается для оценки степени износа за несколько часов эксплуатации.

Как выполняется установка поршневого кольца?

Перед установкой поршневого кольца новое или запасное кольцо проверяется на наличие маркировки и сравнивается со старым на тот же уровень или положение.Если старая маркировка поршневого кольца стерта, проверьте руководство по идентификации поршневого кольца, чтобы его можно было поместить в соответствующую канавку.

Канавку необходимо тщательно очистить, чтобы в ней не осталось нагара и шлама. При очистке следует учитывать, что некоторые канавки поршня покрыты специальной защитной пленкой. Они не должны быть повреждены ножом или шлифовальным инструментом.

После того, как канавка будет должным образом очищена, поршневое кольцо устанавливается с помощью инструмента для поршневых колец, который расширяет кольцо для вставки в канавку, сдвигая его с верхней части головки поршня.Убедитесь, что кольцо вставлено, удерживая отметку на верхней стороне.

На большинстве поршневых колец имеется маркировка «TOP», или поверхность с нанесенным идентификационным номером считается верхней поверхностью, если нет специальной маркировки.

Чрезвычайно важно правильно использовать расширитель колец, так как неправильное использование может повредить кольцо или нанести вред оператору, поскольку кольцо находится под постоянным натяжением.

В небольших 4-тактных двигателях, если инструмент недоступен, кольцо можно расширить с помощью одежды или тряпок, имеющихся в машинном отделении.

Две ветоши помещаются с каждой стороны концов колец, и они вытягиваются так, чтобы кольца можно было расширить и вставить через верхнюю часть поршня.

После установки всех поршневых колец убедитесь, что отверстие или торец всех поршневых колец не совмещены, чтобы избежать утечки газа из камеры.

Ресурс поршневых колец

Как и все другие детали машинного оборудования, поршневое кольцо также подлежит капитальному ремонту и замене в установленный срок.Срок службы поршневого кольца полностью зависит от типа поршневого кольца, размера двигателя, на котором оно установлено, а также от рабочего состояния кольца и гильзы.

Для большого двухтактного поршневого кольца с внутренним диаметром около 900 мм общий срок службы кольца может составлять до 24 000 часов, а для двигателей меньшего размера с внутренним диаметром 500 мм - до 16 000 часов.

Для вспомогательных судовых 4-тактных двигателей, имеющих высокую скорость, срок службы поршневых колец обычно меньше, чем у 2-тактных двигателей.Средний срок службы морского 4-тактного высокоскоростного двигателя составляет примерно 8000 часов, после чего требуется обновление.

Возможно, вы также прочитаете:

Заявление об ограничении ответственности: Мнения авторов, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Marine Insight. Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом.Автор и компания «Марин Инсайт» не утверждают, что они точны, и не принимают на себя никакой ответственности за них. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих принципов или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.

Данная статья или изображения не могут быть воспроизведены, скопированы, переданы или использованы в любой форме без разрешения автора и Marine Insight.

Теги: указания по машинному отделению поршневые кольца

Как правильно выбрать поршневые кольца и зазор между ними

Почему выбор поршневых колец и концевых зазоров так важны для правильной обкатки, мощности и долговечности

Что делает выбор поршневых колец и кольцевой зазор так важен для срока службы и мощности двигателя? Более того, что делает первый запуск двигателя настолько важным для правильной обкатки и долговечности? Эти первые несколько минут работы двигателя создают основу для мощности, эффективности и срока службы двигателя.В идеальном мире все сборки двигателя должны включать в себя динамометрический стенд для правильной обкатки двигателя. Однако, если вы похожи на большинство из нас, вы вряд ли можете позволить себе сборку движка, не говоря уже о дополнительных расходах на дино-сессию. На динамометрическом стенде изготовителю двигателя приходится нагружать двигатель и сильно опираться на дроссель, чтобы посадить поршневые кольца и подшипники, что сложнее сделать на открытой дороге.

Однако обкатка двигателя опережает нашу историю. Выбор поршня и кольца - это то, с чего он начинается. Прежде чем мы перейдем к типам поршневых колец, нам нужно поговорить о том, что делают поршневые кольца.Хотя работа поршневых колец очевидна - уплотнение цилиндра и контроль уровня масла, - другой не менее важной функцией является перенос тепла от поршня к стенке цилиндра посредством прямого контакта. Масло также уносит разрушительный жар. Поскольку поршневые кольца стали тоньше для снижения трения, повышения эффективности и увеличения мощности, передача тепла от поршня к стенке цилиндра стала более критичной и явно более сложной для поршней.

См. Все 23 фотографии Перед проверкой зазора поршневого кольца проверьте совместимость поршневого кольца с поршнем.Подходят ли кольца к канавкам? Для подтверждения проверьте зазоры со стороны кольца.

Если вы планируете высокопроизводительное вождение, выбор поршневого кольца так же важен, как и выбор поршня. Выбор зависит от того, как будет использоваться ваш двигатель. Существует три основных типа поршней: литые, заэвтектические и кованые. Литые поршни, как правило, относятся к старой школе и были оригинальным оборудованием большинства легковых и грузовых автомобилей в свое время. Заэвтектические поршни отлиты из высококремниевого литья, выбранного из-за их твердости и стоимости. Они не стоят намного дороже, чем литые, и более прочные.Кованые поршни очень прочные и могут выдерживать множество злоупотреблений. Это единственный выбор для высокопроизводительных приложений. Обратной стороной кованых поршней является скорость расширения. Они требуют большего зазора между поршнем и стенкой цилиндра, потому что в них используются высокие темпы расширения. В результате они шумят при холодном запуске с очень предсказуемым дребезжанием, которое сменяется тихим по мере прогрева двигателя.

Ширина кольца - это первое, что нужно учитывать при выборе кольца, который зависит от того, как вы собираетесь использовать свой двигатель.Если вы собираетесь участвовать в гонках или хотите сэкономить топливо, вам нужны более тонкие поршневые кольца, которые создают меньшее трение и потребляют меньше энергии. Поршневые кольца более обычных размеров (шире) подходят для круизеров выходного дня и ежедневных поездок, поскольку они лучше изнашиваются и несут большие нагрузки. Вы получите от них больше жизни.

См. Все 23 фотографии Боковые зазоры канавки поршневого кольца в среднем должны составлять от 0,001 до 0,004 дюйма. Уточните у производителя поршня рекомендуемые зазоры.

Раньше стандартными пакетами колец были 5/64-дюймовые верхние компрессионные и вторичные кольца, за которыми следовали 3/16-дюймовые маслосъемные кольца. Эти размеры относятся к толщине кольца. Толщина 5/64 дюйма (0,078 дюйма) требовала значительного давления на стенку цилиндра для надлежащего уплотнения. Производители поршневых колец называют это радиальным натяжением. Обратной стороной этого является трение. Наибольшее трение в любом пакете поршневых колец создается масляными кольцами. Однако совокупное трение всех трех колец является значительным.Он лишает двигатель мощности и эффективности.

Автомобильные инженеры в конечном итоге поняли, что более тонкий пакет поршневых колец снизит внутреннее трение и повысит эффективность. Заводские двигатели поставлялись с пакетом поршневых колец 1,5 мм / 1,5 / 3,0 мм, начиная с 1980-х годов для снижения трения. По мере того, как поршневые кольца становятся тоньше, величина радиального натяжения, необходимого для прилегания их к стенке цилиндра, значительно уменьшается. Это происходит потому, что по мере уменьшения общей площади поверхности кольца, соприкасающегося со стенкой цилиндра, можно уменьшить радиальное натяжение, создавая такую ​​же нагрузку на кольцо.

См. Все 23 фотографии Поршневые кольца, установленные в поршне, расширяются за пределы посадочных площадок кольца. Когда они сжимаются стенкой цилиндра, они должны упираться в стенку цилиндра. Концевой зазор предназначен для того, чтобы оставить место для расширения при повышении температуры. Слишком маленькие концевые зазоры могут вызвать заедание кольца и отказ двигателя.

За счет уменьшения радиального натяжения на стенке цилиндра с помощью тонкого поршневого кольца мы также уменьшаем трение, возникающее при скольжении кольца о стенку цилиндра.Мы повышаем мощность за счет уменьшения внутреннего трения в нескольких цилиндрах. Также можно с уверенностью сказать, что более тонкие поршневые кольца лучше уплотняются, что означает уменьшение прорыва колец (потери мощности). Это означает, что над поршнями улавливается большее давление в цилиндре (тепловая энергия), что награждает нас большей мощностью. Постепенно индустрия послепродажного обслуживания предлагала нам более широкий выбор комбинаций поршней и колец.

Поршневые кольца Total Seal от Summit Racing Equipment предлагают расширенную линейку тонких пакетов колец с низким коэффициентом трения для прогрессивных производителей двигателей, с поршневыми кольцами серии Ultra-Thin Advanced Profile с 0.Верхнее и второе кольца 9 мм с масляным кольцом 2 мм. Согласно Summit Racing, замена типичного пакета тонких колец 1/16/1/16/3/16 дюйма на комбинацию Total Seal Ultra-Thin 0,9 / 0,9 / 2 мм снижает внутреннее трение на целых 90 процентов. Именно эта передовая кольцевая технология обеспечивает производительность и эффективность.

Усовершенствованная технология поршневых колец стоит недешево. Комплект колец Total Seal Classic 1/16 дюйма от Summit для диаметра 4,030 дюйма стоит немногим более 100 долларов. Вторичные кольца Total Seal Gapless стоят чуть менее 400 долларов за комплект.Прокладки для колец стоят еще выше - почти 500 долларов.

Посмотреть все 23 фотографии Пакеты поршневых колец состоят из трех типов и трех видов работ. Слева направо расположены верхнее компрессионное кольцо, вторичное компрессионное кольцо и маслосъемные кольца. Верхнее компрессионное кольцо удерживает горячие расширяющиеся газы над поршнем. Вторичное компрессионное кольцо служит опорой для верхнего кольца, а также обеспечивает определенный контроль масла, поднимая масло вверх по стенке цилиндра. Маслосъемные кольца протирают стенку цилиндра при движении вниз.

Для приложений с высокими эксплуатационными характеристиками это больше касается выбора правильной конфигурации поршня и степени сжатия, а также выбора оптимизированного пакета колец. Это необходимо прежде всего начать с выбора правильного материала кольца. Ширину и тип кольца можно выбрать после выбора материала. Например, JE Pistons предлагает огромный выбор материалов для колец, который поначалу может показаться огромным. Во-первых, это углеродистая сталь , которая является гораздо более пластичным материалом, чем традиционный чугун, способна выдерживать более высокие температуры, не теряя самообладания, и лучше выдерживает детонацию. Чугун по своей природе хрупкий и не такой прочный, как закаленная кованая сталь. Верхние кольца из закаленной стали работают настолько хорошо, что даже автопроизводители в наши дни используют их все больше в производственных двигателях для повышения долговечности. Сталь имеет больше смысла, если вы планируете наддув, закись азота или чрезмерное сжатие, потому что она переносит экстремальные условия лучше, чем железо.

Кольца с хромированным покрытием одно время были популярны, но потеряли популярность и больше не используются производителями двигателей.Проблема многих колец с хромированным покрытием заключалась в том, что они были чрезвычайно твердыми и их трудно было сломать из-за своей твердости. Более того, они не очень хорошо справлялись с детонацией. Предлагается не использовать их.

См. Все 23 фотографии Здесь, над поршнем, вся энергия вырабатывается через лампу подачи топлива / воздуха. Работа компрессионных колец - удерживать эту тепловую энергию. Невозможно использовать всю тепловую энергию, произведенную при выключенном свете, потому что большая ее часть уходит через выхлопную систему и систему охлаждения.

Некоторые кольца из нитрида стали предлагаются с прочным плазменным молибденовым покрытием в дополнение к газовому нитриду для обеспечения долговечности. Верхние кольца из нитрида стали - хороший выбор для применения в рабочих условиях, однако они не всегда оптимальны, поскольку могут быть дорогими. JE Pistons предлагает множество вариантов колец, если у вас ограниченный бюджет. Закаленный ковкий чугун - хороший вариант для двигателей, работающих на улице, и шаг вперед по сравнению с традиционным чугуном с добавлением магния в серый чугун для повышения пластичности, поскольку ковкий чугун более гибкий.С меньшей вероятностью сломается. Фактически, высокопрочный чугун примерно в два раза превышает предел прочности серого чугуна и изгибается, а не разрушается при воздействии высоких нагрузок. Это делает ковкий чугун отличным верхним кольцом, когда вы беспокоитесь о стоимости. JE Pistons сообщает, что кольца из ковкого чугуна предлагаются с лицевым покрытием из плазменного молибдена (молибдена), чтобы сделать их более совместимыми со стенками железных цилиндров.

JE Pistons добавляет свой пакет колец Premium Race серии - отличный пример верхнего кольца из ковкого чугуна, в котором используется более современная технология вкладки молибдена и плазмы, которая обеспечивает чрезвычайно твердую, пористую, износостойкую поверхность, удерживающую масло и улучшает смазку и в то же время снижает внутреннее трение.Плазма наносится путем распыления на кольцо порошка сплава, содержащего хром, молибден и никель вместе с другими элементами, в небольшой канал на поверхности кольца. При сильном нагреве металлический порошок превращается в расплавленную аэрозоль, обладающую адгезионными характеристиками, снижающими вероятность отслаивания и разрушения. Такой подход означает более быструю обкатку и лучшее уплотнение цилиндра.

Второе поршневое кольцо не справляется с сильным нагревом и давлением верхнего кольца. JE Pistons сообщает нам, что их комплект колец Plasma Moly является отличным выбором, поскольку верхнее кольцо из нитрида углеродистой стали со вторым элементом из высокопрочного чугуна.Менее дорогой версией этой комбинации является комплект колец Sportsman Series , который включает верхнее кольцо из ковкого чугуна с плазменным напылением в сочетании со вторым кольцом из серого чугуна, что является более доступным кольцом.

Масляные кольца в третьей канавке проще, в большинстве пакетов колец используется углеродистая сталь для двух уплотнительных колец. Расширитель в середине двух колец может отличаться, но главный вопрос, который вы хотите задать себе, - как будет использоваться двигатель? После того, как вы выбрали материал кольца, вы можете перейти на следующий уровень принятия решений с точки зрения дизайна верхнего и второго кольца, стилей поверхностей, радиальной толщины и, возможно, любых специальных обработок, таких как притирка и / или ультра или критический закончить шаги.Весь этот процесс направлен на оптимизацию кольцевого уплотнения и улавливание давления в цилиндре над поршнем, где оно может быть преобразовано в мощность.

См. Все 23 фотографии Концевой зазор поршневого кольца следует проверять со всеми поршневыми кольцами, в том числе и с предварительно установленными зазорами. Поскольку хонингование стенок цилиндров может быть разным, никогда не принимайте заделку концов как должное. Концевые зазоры поршневых колец должны быть больше в высокопроизводительных приложениях из-за более высоких температур и давлений сгорания.

Если вы хотите сэкономить и не собираетесь участвовать в гонках, Summit Racing Equipment и Speedway Motors предлагают широкий выбор литых, заэвтектических и даже кованых поршней Speed ​​Pro практически для всех двигателей, родившихся в Детройте.Сверхэвтектические поршни - хороший компромисс по сравнению с коваными и литыми, если вы просто собираетесь путешествовать. Технический персонал Summit может лучше всего посоветовать вам, что выбрать, а также правильный пакет колец для выбранного вами поршня.

Посмотреть все 23 фотоВ отношении установки поршневых колец существует две точки зрения. Некоторые строители используют расширители, а другие накатывают их. Уловка в любом случае состоит в том, чтобы свести к минимуму деформацию кольца и быть осторожным с каждым кольцом во время установки. См. Все 23 фотографии Расширитель масляного кольца устанавливается первым, следуя инструкциям производителя кольца в буквальном смысле.Концы эспандера должны стыковаться и никогда не перекрываться. Масляные кольца наматывают осторожно, стараясь не задеть контактные поверхности колец. Смотрите все 23 фотографии Установка поршневых колец является делом личных предпочтений и техники. В то время как некоторые строители используют расширители колец и проявляют большую осторожность, другие катят их осторожно, стараясь не забить приземления кольца. Главное помнить, чтобы свести к минимуму искажения, которые могут повредить кольцо там, где оно не будет правильно сидеть. Смотрите все 23 фотографии Стенки этих цилиндров имеют красивую штриховку, которая будет полезна для посадки кольца.Однако они содержат пыль и мусор, смешанные с маслом, и их необходимо очистить, а затем покрыть моторным маслом. Просмотреть все 23 фотографии Просмотреть все 23 фотографии Верхнее и вторичное компрессионные кольца имеют особую форму, отражающую то, что они делают. Это вторичное компрессионное кольцо из ковкого чугуна с внутренними ступенями. См. Все 23 фотографии. Стандартные комплекты колец представляли собой верхнее компрессионное кольцо 5/64 дюйма и вторичные кольца (справа), за которыми следовали 3/16-дюймовые масляные кольца. В 1980-х годах появились гораздо более тонкие пакеты колец диаметром 1,5 мм (слева) для уменьшения трения и лучшего уплотнения.См. Все 23 фотографии Перед установкой расширитель масляного кольца проверяется на правильность установки. Сделайте это при проверке кольцевых зазоров. Мы видели неправильно упакованные поршневые кольца, и вы не захотите обнаружить это, когда двигатель будет собран. Концы расширителя должны соприкасаться друг с другом. См. Все 23 фотографии. Рекомендуемый зазор компрессионного кольца зависит от того, как будет использоваться двигатель. С диаметром отверстия 4000 дюймов и высокой производительностью на улице вам понадобится 0,018-дюймовый зазор с верхним кольцом.Это только рекомендуемый номер. Чем больше тепла мы бросаем на кольца, тем больше должен быть зазор. Обратитесь к производителю поршня и колец для уточнения деталей в зависимости от типа выбранного кольца и того, как будет использоваться ваш двигатель. См. Все 23 фотографии. Это шлифовальный станок для поршневых колец, в котором производитель двигателя может обрезать концы колец до нужного зазора. Концевые зазоры колец проверяются, затем тщательно шлифуются до нужного размера. См. Все 23 фотографии. Как только концевые зазоры колец обрезаются до нужного размера, производитель двигателя подшивает эти участки, чтобы предотвратить образование задиров на площадках колец и стенках цилиндров.Посмотреть все 23 фотографииКомпрессионным кольцам нужно пространство, чтобы двигаться и расширяться, поэтому существуют эти характеристики. Боковые зазоры должны быть в среднем от 0,001 до 0,002 дюйма, в зависимости от того, как вы собираетесь использовать двигатель. Боковые зазоры могут достигать 0,004 дюйма в экстремальных условиях. За кольцом также должно быть место в канавке. См. Все 23 фотографии На этом рисунке показан пример установки поршневых колец, а также правильное расположение концевых зазоров колец.Концевые зазоры колец и боковые зазоры различаются от производителя к производителю и от типа кольца к типу кольца. См. Все 23 фотографии Перед установкой поршневых колец промойте их смазкой для двигателя или моторным маслом, не содержащим моющих присадок, массой 30. Вы хотите, чтобы эти парни были скользкими для хорошей посадки на ринге. Посмотреть все 23 фото Посмотреть все 23 фото Кольца Je Pistons, которые можно приобрести в Summit Racing Equipment, предлагают вам различные варианты колец в зависимости от того, как вы собираетесь управлять своим двигателем. Посмотреть все 23 фото

Детали, название, функции с (PDF)

Из этой статьи вы узнаете, что такое поршневое кольцо , как оно работает в поршне? различные поршневые кольца типа с их функциями и многое другое.

Кроме того, вы можете скачать PDF-версию этой статьи в конце.

Поршневые кольца

Что такое поршневые кольца?

Поршневые кольца закреплены в канавках поршня для обеспечения хорошего уплотнения между поршнем и стенкой цилиндра.

Поршневые кольца выполняют три функции:

  1. Обеспечивают герметичное уплотнение для предотвращения прорыва отработанных газов. Продувка - это название, которое определяет выхлоп отработавших газов из камеры сгорания через поршень в картер.
  2. Для формирования основного пути отвода тепла от днища поршня к стенкам цилиндра.
  3. Для управления потоком масла к юбке и самим кольцам недостаточное количество, в то же время предотвращая попадание чрезмерного количества масла в камеру сгорания с последующими отходами и карбонизацией.

Читайте также: Список деталей автомобильного двигателя: его функции (с изображениями)

Типы поршневых колец:

Ниже приведены типы поршневых колец

  1. Компрессионные кольца
    1. Противоточные и скребковые кольца
    2. Кольца поворотной гона
  2. Маслосъемные кольца
    1. Цельный чугун с пазами
    2. Цельный штампованный стальной тип
    3. Цельный стальной рельс с расширителем

Компрессионные поршневые кольца

В современных двигателях , в верхние канавки вставлены два или три компрессионных кольца.Количество компрессионных колец улучшает степень сжатия. Маслосъемное кольцо вставлено в нижнюю канавку поршня. Обычно второе и третье компрессионные кольца имеют коническую поверхность и поставляются для улучшения масляного уплотнения.

Компрессионные кольца с конической стороной используются для решения проблемы заедания колец в двигателях большой мощности. Его нельзя устанавливать в канавки, отличные от канавок того же сечения. Специальное гребнеобразное кольцо с малым шагом специально разработано для использования в изношенных двигателях, так что гребень износа, оставленный исходным компрессионным кольцом, очищается.

Во многих случаях маслосъемные кольца имеют ряд прорезей, через которые через отверстия в канавке поршня излишки масла передаются внутрь поршня и, таким образом, в отстойники, но оставляют достаточно масла для смазки стенок цилиндра. Маслосъемные кольца немного больше радиального давления, чем компрессионные кольца.

Кольца со встречными отверстиями и скребковые кольца

Во многих двигателях эти поршневые кольца типа используются для верхнего и второго компрессионных колец. Во время хода всасывания, как показано на рисунке, кольца слегка скручиваются из-за внутренних сил, возникающих при срезании угла колец.

Таким образом, по мере того, как кольца движутся вниз, они стирают масло, оставшееся на стенке цилиндра из-за маслосъемных колец. Во время такта сжатия, когда кольца движутся вверх, они имеют тенденцию скользить по масляной пленке на стенке цилиндра. Таким образом, в камеру сгорания попадает меньше масла.

Во время рабочего хода, как показано на рисунке, давление сгорания вызывает раскручивание колец, таким образом, они имеют полный контакт со стенками цилиндра для эффективного уплотнения. Во время такта выпуска происходит то же действие, что и во время такта сжатия.

Кольца поворотной полосы

Кольцо поворотной полосы - это специальный тип компрессионных колец, имеющих L-образное поперечное сечение. Он покрывает или экранирует зону разворота поршня. Это область поршня между канавкой верхнего кольца и головкой поршня.

Эта область содержит определенное количество топливовоздушной смеси, которая не горит, потому что стенка цилиндра и поршень охлаждают эту топливовоздушную смесь ниже точки сгорания. Эта несгоревшая воздушно-топливная смесь выходит из двигателя и может образовывать смог.

За счет использования кольца разворотной полосы на поршне специального типа, имеющего скошенную верхнюю часть, это пространство устраняется, так что количество несгоревшей топливовоздушной смеси, выходящей из цилиндра, уменьшается. Это увеличивает мощность до 10%.

Кольцо разворотной полосы также имеет преимущество хорошего уплотнения во время рабочего хода. Когда начинается сгорание, давление быстро действует на верхнюю кромку кольца, выжимая, таким образом, обеспечивая хорошее уплотнение со стенкой цилиндра.

Почему два компрессионных кольца?

Обычно на поршень устанавливают два компрессионных кольца.Во время рабочего хода давление увеличивается до 70 кгс / см2, и одному компрессионному кольцу будет трудно удержать такое давление.

Если есть два кольца, это давление будет разделено между двумя кольцами. Нагрузка на верхнее кольцо снижена, поэтому оно не так сильно давит на стенку цилиндра. Также снижается износ кольца и цилиндра.

Маслосъемные кольца

Некоторые шатуны имеют отверстие для разделения масла, через которое масло отделяется от масляного поддона на стенке цилиндра при каждом обороте шатунной шейки.Для большего количества масла на стенке цилиндра необходимо. Его необходимо соскоблить и вернуть на масляный штифт. В противном случае он попадет в камеру сгорания и сгорит.

Это приведет к увеличению расхода масла, так что двигатель потребует частой доливки масла. Кроме того, сгоревшее масло загрязняет свечу зажигания, увеличивает вероятность детонации и затрудняет работу компрессионных колец.

Вместо того, чтобы оказывать охлаждающее, уплотняющее, очищающее и смазывающее действие на стенки цилиндра, масло необходимо каждый раз удалять со стенок цилиндра, чтобы оно не могло попасть в камеру сгорания.Это делается с помощью маслосъемного кольца.

1. Цельное чугунное соединение с прорезями Тип

Поршневые кольца этих типов имеют прорези между верхней и нижней поверхностями, которые опираются на стенку цилиндра. Масло, соскребшее со стенок цилиндра, попадает в пазы в задней части канавок масляных колец в поршне, а оттуда возвращается в масляный поддон.

Некоторые кольца этого типа устанавливаются с расширительными кольцами. Пружина расширителя увеличивает давление кольца на стенку цилиндра, что улучшает эффект соскабливания масла.

2. Цельное прессованное стальное кольцо Тип

Цельное масляное регулировочное кольцо прессованного стального типа в основном используется в двигателях с изношенными стенками цилиндров. Он изготовлен из штампованной стали, а не из чугуна. Он может уплотнять только одну сторону кольцевой канавки в поршне за раз, оставляя, таким образом, открытый путь, по которому масло может проходить вверх в камеру сгорания.

3. Трехкомпонентный стальной рельс с расширителем

В трехсекционном маслосъемном кольце стального рельсового типа пружина расширителя вынуждает рельсы не только вверх, чтобы они соприкасались со стенками цилиндра, но также вверх и вниз по верхней и нижней сторонам. кольцевых канавок в поршне.Это обеспечивает более эффективное уплотнение в этих трех жизненно важных точках для обеспечения эффективного контроля масла.

Почему только одно масло-контрольное кольцо?

Обычно четырехпоршневые кольца устанавливались на поршни с длинной юбкой двигателей более ранних легковых автомобилей. Два нижних кольца были масляными кольцами. Но использование нижних линий капота сократило количество колец до трех.

Поскольку для выдерживания высокого давления сгорания необходимы два компрессионных кольца, поэтому остается только одно масляное регулировочное кольцо.Использование одного маслозащитного кольца возможно благодаря усовершенствованиям в производстве и более эффективному действию современного маслозащитного кольца.

Покрытие кольца

Для предотвращения быстрого износа на компрессионных кольцах используются различные покрытия. Покрытие также влияет на износ. Термин «износ» означает быстрое устранение неровностей новых колец. Новые кольца и стенка цилиндра имеют определенные неровности и не подходят идеально, однако через некоторое время эти неровности стираются, так что получается гораздо лучшая посадка.

Для покрытия колец часто используются относительно мягкие вещества, такие как графит, фосфат и оксид железа, которые быстро изнашиваются. Уровень износа в отверстии цилиндра можно значительно снизить, хромируя верхнее кольцо, а не отверстие. Однако хромированное кольцо нельзя использовать в сочетании с металлическим отверстием или закаленным линейным кольцом.

Кольцевое покрытие также обладает хорошими маслопоглощающими свойствами. Они «впитывают» масло, улучшая смазку колец.Покрытия также предотвращают истирание колец. Задиры возникают в результате контакта металла с металлом, высоких местных температур и фактической сварки металла кольца и стенки цилиндра на небольшой площади.

Хотя при дальнейшем движении поршня сварной шов ломается, царапины остаются. Покрытие предотвращает такие задиры, поскольку сварка невозможна без реального контакта железа с железом.

Материал поршневого кольца

Поршневые кольца изготовлены из мелкозернистого легированного чугуна.Этот материал обладает отличной тепло- и износостойкостью, присущей его графитовой структуре.

Эластичность этого материала также достаточна для обеспечения радиального расширения и сжатия, которые требуются для сборки и снятия кольца, и особенно для того, чтобы оно могло оказывать гибкое давление на стенки цилиндра.

Поршневые кольца имеют разъемные части, поэтому их можно растягивать и надевать на головку поршня и в углубленные канавки, прорезанные в поршне. Кольца обычно имеют стыковые соединения, но в некоторых двигателях большой мощности соединение может быть угловым, внахлест или герметичным.

Внешний диаметр кольца несколько больше диаметра цилиндра, а точка разъема открыта. Когда он установлен, он сжимается, придавая ему начальное натяжение, соединение почти закрыто. Находясь в нужном положении, он плотно прижимался к стенке цилиндра.

Зазор поршневого кольца [Измерение зазора]

Поршневые кольца имеют зазор, поэтому их можно устанавливать в канавки поршня и снимать при износе путем их расширения. Зазор обеспечивает радиальное давление на стенку цилиндра, обеспечивая эффективное уплотнение для предотвращения утечки высокого давления сгорания.

Этот зазор необходимо проверить, если он слишком велик из-за износа отверстия цилиндра, радиальное давление будет уменьшено. Чтобы проверить этот зазор, очистите нагар на концах кольца, а затем проверьте его с помощью щупов. Этот зазор может быть в диапазоне 0-178-0-50 мм в зависимости от диаметра отверстия, но он превышает 1 мм на 100 мм диаметра отверстия, необходимо установить новые кольца.

Зазор между кольцом и канавкой в ​​поршне также следует проверять с помощью щупов. Этот промежуток обычно составляет 0-038-0.102 мм для компрессионных колец и немного меньше для маслосъемных колец.

Износ канавок поршневых колец заставляет кольца подниматься и опускаться во время движения поршня, создавая перекачивающее действие и приводя к большому расходу масла. Чрезмерный прорыв газа, потеря компрессии также будут иметь место, если этот зазор будет слишком большим.

Во время обслуживания поршневое кольцо могло потерять некоторые из своих упругих свойств, из-за чего радиальное давление на стенку цилиндра будет уменьшено.Это свойство можно проверить, сжав вместе изношенное и новое кольцо, как показано на рисунке, и наблюдая, закрывается ли зазор изношенного кольца больше, чем у нового кольца.

Как снять и установить поршневые кольца?

Поршневые кольца следует осторожно снять с поршня либо с помощью специального инструмента для снятия и установки, либо с помощью трех латунных полос. Инструмент расширяет кольцо, чтобы его можно было легко снять с поршня. В последнем случае по окружности поршня расположены три планки, и на них надеваются кольца.

Полосы можно вынуть, и кольцо опустить в канавку. Кольцевой компрессор используется для сжатия колец для вставки его в цилиндр при сборке поршня и цилиндра. Зазоры колец не должны быть на одной линии, но они должны быть расположены в шахматном порядке, чтобы сжатие не проходило напрямую через юбку поршня.

Поршневой палец

Поршневой палец соединяет поршень и малый конец шатуна. Поршневой палец обычно полый и изготовлен из закаленной стали, подвергнутой термообработке для получения твердой износостойкой поверхности.

Существует три различных метода соединения поршня и шатуна с помощью поршневого пальца.

  1. Штифт прикреплен к поршню с помощью установочных винтов через бобышку поршня и имеет опору на шатуне, что позволяет концу шатуна поворачиваться в соответствии с требованиями комбинированного возвратно-поступательного и вращательного движения поршня и коленчатого вала. Как показано на рисунке.

2. Штифт крепится к шатуну с помощью зажимного винта.В этом случае бобышки поршня образуют подшипник. На окружности поршневого пальца сделана подходящая прорезь, в которую вставлен зажимной винт. Как показано на рисунке.

3. Штифт плавает как в бобышках поршня, так и в малом конце шатуна. Контакт со стенкой цилиндра предотвращается двумя стопорными кольцами, установленными в канавках на внешнем конце бобышек поршня, эти кольца называются стопорными кольцами.

В настоящее время этот метод используется чаще всего. В этом случае в малом конце шатуна используется втулка из фосфористой бронзы или алюминия.Втулка очень мало изнашивается и обновляется только через длительные промежутки времени.

Фитинг поршневого пальца

Поршневые пальцы могут устанавливаться выборочно и, если они поставляются с поршнем, не являются взаимозаменяемыми. При очень сильном попеременном нагружении поршневых пальцев двигателей с воспламенением от сжатия особое внимание уделяется риску возникновения усталостных трещин.

Наружная опорная поверхность обработана с очень высокой степенью точности, чтобы гарантировать правильную посадку в поршне и шатуне.Поршневой палец следует проверить на предмет износа, трещин или точечной коррозии. Стопорные кольца следует всегда заменять, а если установлены мягкие концевые накладки, убедитесь, что они не болтаются и не имеют трещин.


Если у вас остались сомнения по поводу « Типы поршневых колец », вы можете связаться с нами или задать вопрос в комментариях.

У нас также есть сообщество на Facebook для вас, ребята. Если вам понравилась наша статья, поделитесь ею с друзьями. Если у вас есть какие-либо вопросы по любой теме, просто задавайте их в комментариях.

Наконец, подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать уведомления, когда мы загружаем новые статьи.

Загрузите PDF-файл этой статьи:

Читать дальше:

  1. Какие 18 различных свойств смазочных материалов
  2. Три основных типа регуляторов, используемых в автомобильном двигателе
  3. 6 основных типов амортизаторов и как они Работает?

Типы поршневых колец - компрессионное кольцо

Существует много типов поршневых колец: прямоугольные, с конической поверхностью, со скосом изнутри или со ступеньками, трапецеидальные искажения, трапецеидальные искажения и L-образные компрессионные кольца - здесь мы сосредоточимся на компрессионном кольце, его использовании и вариациях.

Поршневое кольцо - это металлическое кольцо, используемое для уплотнения камеры в двигателе внутреннего сгорания, чтобы поддерживать сжатие газа между поршнем и стенкой цилиндра и обеспечивать поток тепла от поршня к цилиндру.

Наиболее часто используемые поршневые кольца включают компрессионное кольцо, используемое для уплотнения камеры, и маслоуправляемое кольцо (также известное как скребковое кольцо), используемое для управления подачей масла к стенке цилиндра.

Типы компрессионных колец

Прямоугольное поршневое кольцо:

Прямоугольное поршневое кольцо имеет простую геометрическую форму и обеспечивает функции уплотнения в нормальных условиях эксплуатации.Прямоугольное кольцо имеет периферийное покрытие и используется в двигателях внутреннего сгорания и в качестве уплотнений вала вращения, например. уплотнения трансмиссии.

Поршневое кольцо с конической поверхностью:

Коническое кольцо соединяет отверстие цилиндра с его нижней внешней кромкой. Конус сокращает время приработки и улучшает соскабливание масла. Газовые силы, первоначально действующие на рабочую поверхность, обеспечивают некоторый сброс давления. Кольца с конической поверхностью часто используются во второй канавке в двигателях легковых и грузовых автомобилей, но могут также использоваться в верхней канавке.

Поршневое кольцо со скосом изнутри или ступенчатое:

Создание зазора на верхней стороне прямоугольных колец и колец с конической гранью приводит к эффекту скручивания, который без нагрузки давлением газа приводит кольцо в контакт отверстия только с его нижней внешней кромкой, в то время как внутренняя кромка контактирует со стороной нижней канавки. Эффект скручивания помогает улучшить контроль расхода масла. При использовании давление газа прижимает кольцо к канавке поршня, что создает дополнительное динамическое поведение кольца.Кольца с внутренней фаской или ступенчатые кольца используются в верхней и второй канавке бензиновых двигателей легковых и грузовых автомобилей.

Поршневое кольцо с конической поверхностью и внутренней нижней кромкой или ступенькой:

В верхней и второй канавке поршня используются кольца со скошенной кромкой или ступенчатые кольца. Установка зазора на верхней стороне прямоугольных колец и колец с конической гранью приводит к эффекту скручивания, в результате чего кольцо входит в контакт отверстия только с его нижней внешней кромкой, в то время как внутренняя кромка контактирует со стороной нижней канавки.

Поршневое кольцо Keystone:

Кольцо трапециевидной формы используется в верхней канавке поршня. Представляет собой компрессионное кольцо клинового сечения. Его конические стороны создают рабочую поверхность, допускающую радиальное движение кольца в канавках во время работы двигателя, что приводит к увеличению осевого зазора в канавке и уменьшению заедания.

Поршневое кольцо Half Keystone:

Поршневое кольцо с половинным трапецеидальным искажением представляет собой компрессионное кольцо с конической верхней стороной.Как и у поршневого кольца Keystone, его коническая кромка допускает радиальное перемещение кольца, уменьшая заедание.

Г-образное компрессионное кольцо:

Вертикальный рычаг L-образного кольца спроектирован так, чтобы он был заподлицо с верхним краем днища поршня, создавая уплотнение, когда он входит в контакт с верхней стороной канавки поршня, и часто используется в 2-тактных двигателях

. МАГАЗИН ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА ТИПЫ СКРЕБОЧНЫХ КОЛЬЦ ТИПЫ УПРАВЛЯЮЩЕГО КОЛЬЦА МАСЛА

Условия лицензии

Вы можете: Делиться, копировать и распространять материал в исходном формате для любых целей при соблюдении условий лицензии Условия ниже:

  • Указание авторства - вы должны указать соответствующую ссылку и предоставить ссылку на исходную статью в разумной и видимой форме.
  • Вы никоим образом не можете предлагать лицензиару одобрить вас или ваше использование.
  • Без производных - Материал должен распространяться полностью, включая отказ от ответственности, вы не можете распространять или передавать измененный материал.
  • Никаких дополнительных ограничений - Вы не можете применять юридические положения, которые юридически ограничивают других делать все, что разрешено лицензией.
  • Гарантий не дается. Лицензия может не давать вам всех разрешений, необходимых для предполагаемого использования. Например, другие права, такие как публичность, неприкосновенность частной жизни или неимущественные права, могут ограничивать использование вами материала.
Отказ от ответственности

Anglo Agriparts, ни какие-либо подобные рецензенты или разработчики контента не предоставляют никаких гарантий в отношении точности любой информации на этом веб-сайте и не могут нести ответственность за любые ошибки или упущения. Информация в этой статье предназначена только для общих информационных целей. Он не является юридическим, техническим и / или коммерческим советом, и на него нельзя полагаться как таковой. Конкретный совет всегда следует запрашивать отдельно. Несмотря на все усилия авторов, информация, представленная в этой статье, может быть неточной, актуальной или применимой к обстоятельствам любого конкретного случая.Ни Anglo Agriparts, ни автор этой статьи не делают никаких заявлений и не дают никаких гарантий относительно полноты или точности информации, содержащейся в настоящем документе, и не принимают на себя никакой ответственности за убытки или ущерб, возникшие в результате их использования, независимо от того, исходит ли такая информация от Anglo Agriparts или наши участники. Anglo Agriparts не контролирует содержимое любого другого веб-сайта, доступ к которому осуществляется через этот веб-сайт, и не несет ответственности за какие-либо убытки или ущерб, возникшие в результате использования содержимого таких веб-сайтов.Ни Anglo Agriparts, ни какие-либо рецензенты или разработчики контента на веб-сайте не несут ответственности перед каким-либо лицом за любые убытки или ущерб, которые могут возникнуть в результате использования информации, содержащейся в этой статье или на этом веб-сайте. Эти исключения ответственности не распространяются на ущерб, возникший в результате смерти или телесных повреждений, вызванных халатностью компании Anglo Agriparts или любого из ее сотрудников или агентов, а также рецензента или автора контента.

Поршневые кольца - Функции, типы

Поршневое кольцо - это металлическое разрезное кольцо, которое прикрепляется к внешнему диаметру поршня в двигателе внутреннего сгорания или паровом двигателе.В основном они производятся и классифицируются на основе функций и удобства использования. Первичное использование поршневого кольца - уплотнение камеры, которая может быть камерой сгорания двухтактного или четырехтактного двигателя. Судовые двигатели имеют три или более типа колец, установленных по окружности поршня.

Поршневое кольцо является важной частью поршня, его количество и функциональность различаются в зависимости от типа и мощности двигателя. В 2-тактных больших двигателях поршневые кольца компрессионного типа используются для уплотнения камеры сгорания, а грязесъемные кольца устанавливаются под ними для удаления отложений с гильзы и распределения масла по поверхности гильзы.

Функция поршневых колец:

Основные функции поршневых колец в двигателе:

  1. Уплотнение камеры сгорания для минимальной потери газов в картер.
  2. Улучшение теплопередачи от поршня к стенке цилиндра.
  3. Поддержание необходимого количества масла между поршнем и стенкой цилиндра
  4. Регулировка расхода моторного масла путем соскабливания масла со стенок цилиндра обратно в поддон.

Типы поршневых колец:

Кольцо компрессионное-

Компрессионное кольцо является верхним или ближайшим к газам сгорания кольцом и подвержено наибольшему количеству химической коррозии и наибольшей рабочей температуре. Он передает 70% тепла камеры сгорания от поршня к стенке цилиндра. В большинстве двигателей Briggs & Stratton используются компрессионные кольца с конической или цилиндрической поверхностью. Компрессионное кольцо с конической поверхностью представляет собой поршневое кольцо, имеющее угол конуса приблизительно 1 ° на рабочей поверхности.Этот конус обеспечивает мягкое очищающее действие, предотвращая попадание излишков масла в камеру сгорания.

Компрессионное кольцо с торцевой поверхностью - это поршневое кольцо, имеющее изогнутую рабочую поверхность, обеспечивающую равномерную смазку поршневого кольца и стенки цилиндра. Это также обеспечивает эффект клина для оптимизации распределения масла по всему ходу поршня. Кроме того, изогнутая рабочая поверхность снижает вероятность разрыва масляной пленки из-за избыточного давления на кромке кольца или чрезмерного наклона поршня во время работы.

Стеклоочистительное кольцо-

Грязесъемное кольцо также называется скребковым кольцом, кольцом Напье или резервным компрессионным кольцом, которое является следующим кольцом на поршне от головки блока цилиндров. Грязесъемное кольцо обеспечивает равномерную толщину масляной пленки для смазки рабочей поверхности компрессионного кольца. Большинство стеклоочистителей в двигателях Briggs & Stratton имеют конусообразную поверхность. Конический угол расположен по направлению к масляному резервуару и обеспечивает очищающее действие при движении поршня к коленчатому валу.

Угол конуса обеспечивает контакт, который направляет излишки масла на стенке цилиндра к масляному кольцу для возврата в масляный резервуар. Неправильно установленное грязесъемное кольцо с углом сужения, ближайшим к компрессионному кольцу, приводит к чрезмерному расходу масла. Это вызвано тем, что грязесъемное кольцо вытирает излишки масла в сторону камеры сгорания.

Масляное кольцо-

Масляное кольцо состоит из двух тонких направляющих или рабочих поверхностей. Отверстия или прорези, вырезанные в радиальном центре кольца, позволяют излишку масла стекать обратно в масляный резервуар.Масляные кольца, как правило, представляют собой одно целое и обладают всеми этими характеристиками. В некоторых цельных масляных кольцах используется пружинный расширитель для приложения дополнительного радиального давления к поршневому кольцу. Это увеличивает единицу давления (измеренную величину силы и размер рабочей поверхности) на стенку цилиндра.

Масляное кольцо имеет самое высокое собственное давление из трех колец на поршне. В некоторых двигателях Briggs & Stratton используется маслосъемное кольцо из трех частей, состоящее из двух направляющих и расширителя. Масляные кольца расположены с каждой стороны расширителя.Расширитель обычно имеет несколько прорезей или окон для возврата масла в канавку поршневого кольца. Масляное кольцо использует внутреннее давление поршневого кольца, давление расширителя и высокое единичное давление, обеспечиваемое небольшой рабочей поверхностью тонких направляющих.

Ссылки:

(1) https://www.marineinsight.com/guidelines/types-of-piston-rings-and-piston-ring-mainasted/
(2) https://courses.washington.edu/engr100/Section_Wei/ двигатель / UofWindsorManual / Поршень% 20и% 20Поршень% 20Кольца.htm

Поршневые кольца

: конструкция, функции и конструкция

Для чего служат поршневые кольца?

Поршневые кольца - важная часть двигателей внутреннего сгорания. Они перемещаются вверх и вниз вместе с поршнями. Назначение поршневых колец - обеспечить уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра. Эффективность и экономичность двигателя в первую очередь зависят от плавной работы поршня и колец.

Оба они должны работать в цилиндре с минимальным трением.Кроме того, кольца должны выдерживать высокие температуры и давления в цилиндре. Они также должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать перепад давления в камере сгорания и картере.

Функции поршня следующие. Они

  1. Образует уплотнение и предотвращает попадание продуктов сгорания в картер.
  2. Обеспечьте легкий путь для теплопередачи от днища поршня к стенкам цилиндра.
  3. Обеспечьте достаточное количество смазочного масла на стенках цилиндра по всей длине хода поршня.
  4. Минимизируйте износ стенок цилиндра, поддерживая постоянную масляную пленку между поверхностями.
  5. Не допускайте попадания смазочного масла в камеру сгорания, где оно со временем сгорит, оставив нагар.

Конструкция поршневых колец:

Обычно поршневые кольца отливают индивидуально. Он тщательно обработан так, чтобы оказывать равномерное давление на стенки цилиндра в своем положении. На концах необходимо вырезать зазор, чтобы можно было расширить, надеть на головку поршня и высвободить ее, вставляя ее в кольцевую канавку.

Конструкция поршневого кольца

Кроме того, зазор почти закрывается, когда поршень находится внутри цилиндра. Таким образом, кольцо может оказывать давление на стенки цилиндра, что необходимо для лучшего уплотнения. Кроме того, торцевой зазор также обеспечивает любое расширение кольца по окружности при более высоких рабочих температурах. Поршневые кольца всегда работают при температурах выше стенок цилиндра. Следовательно, тепло от колец течет к стенкам.

Кольцевой зазор:

Производители тщательно определяют величину торцевого зазора.Если зазор слишком велик, это приводит к прорыву газа (утечке газов в картер). Это также может вызвать истирание колец. Напротив, меньший зазор вызывает стыковку поршневых колец при более высоких температурах. Это приводит к чрезмерному и неравномерному давлению на стенки цилиндра и вызывает чрезмерный износ. В идеале зазор поршневого кольца при установке составляет от 0,30 мм до 0,35 мм.

Типы концевых зазоров колец

Существует три типа концевых зазоров поршневых колец. Они бывают прямого, конического и уплотнительного типа.Из них прямой тип является наиболее распространенным из-за его простоты и рентабельности. Однако конические и уплотнительные типы более эффективны в предотвращении утечки, но они дороги.

Материалы поршневого кольца:

Обычно поршневые кольца изготавливаются из мелкозернистого легированного чугуна, содержащего кремний и марганец. Обладает хорошими термостойкостью и износостойкостью. Он также имеет хорошую твердость. Производители используют хромирование верхних колец, поскольку они подвергаются воздействию самых высоких рабочих температур и коррозии из-за горения.Хромирование также помогает кольцам противостоять истиранию, поскольку его очень трудно приваривать к чугунному цилиндру. Однако хромированные кольца не следует использовать, если само отверстие цилиндра покрыто хромом или другим твердым материалом.

Обычно производители предоставляют поршневые кольца с пористым фосфатным покрытием. Уменьшает образование задиров на поверхностях во время приработки. Пористая поверхность имеет полости для изношенных частиц. Он также действует как масляный резервуар, который остается даже после износа покрытия.Таким образом, уменьшается трение между кольцами и стенками цилиндра.

Производители также используют кольца с молибденовым наполнением в современных двигателях. Поверхность из молибдена имеет большую маслопроводность. Следовательно, он обеспечивает лучшую смазку стенок цилиндра, что приводит к увеличению срока службы двигателя. Молибден также выдерживает более высокие температуры (2620 ° C) и, следовательно, противостоит истиранию.

Кроме того, производители также используют термохимически обработанный хром для верхнего кольца, где имеется минимальная смазка.Кроме того, производители также используют легированную сталь и нержавеющую сталь из-за их противоскользящих и антикоррозионных свойств. Он также предотвращает засорение углеродом и чрезмерную потерю натяжения при более высоких температурах двигателя.

Тип поршневых колец:

Есть в основном два типа поршня кольца.

  1. Компрессионные кольца
  2. Маслосъемные кольца

Количество колец:

Кроме того, количество колец, используемых на поршне, варьируется в зависимости от требований.Ранее в двигателях использовалось от двух до четырех компрессионных колец и от одного до двух маслосъемных колец. Однако для современных двигателей с меньшей высотой производители ограничивают количество колец до трех. Из них два являются компрессионными кольцами, а одно - масляным кольцом.

Требуется минимум два компрессионных кольца из-за разницы высокого давления между камерой сгорания и картером двигателя. Этот перепад давления может достигать 70 атмосфер. Одно кольцо не выдержит такого высокого давления.Следовательно, производители используют два компрессионных кольца вместо одного. Увеличение количества колец также снижает давление между кольцами и стенками цилиндра. Уменьшает износ и увеличивает срок службы двигателя.

Mahle, Diamond, CP Carrillo, Ross и Arias - одни из мировых производителей поршней.

Посмотрите, как измерить зазор поршневого кольца:

О CarBikeTech

CarBikeTech - это технический блог. Его члены имеют опыт работы в автомобильной сфере более 20 лет.CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи по автомобильным технологиям.

Посмотреть все сообщения CarBikeTech

Типы и функции поршневых колец

Поршневое кольцо представляет собой разрезное металлическое кольцо в поршневых двигателях или двигателях внутреннего сгорания, которое размещается вокруг внешнего диаметра головки поршня. Поршневые кольца могут быть изготовлены из железа или стали. Одна поршневая головка имеет более одного кольца, каждое из которых выполняет определенную функцию.В основном есть три типа поршневых колец: компрессионное / нажимное кольцо, промежуточное / скребковое кольцо, маслосъемное кольцо. Их функции описаны ниже:

Компрессионные / нажимные кольца
Компрессионное кольцо обычно размещается на верхней части головки поршня, которая является стороной камеры сгорания. Его основная функция

служит для предотвращения утечки продуктов сгорания из камеры сгорания / цилиндра в картер.Он также передает тепло от поршня к стенкам цилиндра. Из-за своего расположения в некоторых двигателях его иногда называют верхним кольцом.

Промежуточные / скребковые кольца
Скребковые кольца ставятся вторыми после компрессионных колец. Их основная функция - вытирать масло, оставшееся на масляных кольцах. Они также размазывают масло по стенкам цилиндра, обеспечивая надлежащую смазку компрессионных колец. Скребковые кольца также помогают компрессионным кольцам задерживать дымовые газы

и нагреть в камеру сгорания.

Кольца масляные контрольные
Эти кольца размещаются внизу поршня со стороны картера. Основная функция масляных колец - контролировать количество и экономию смазочного масла, используемого в двигателях. Они гарантируют, что масло равномерно распределяется по стенкам цилиндров, и соскабливают излишки масла со стенок и отправляют их в картер.

Некоторые конструкции двигателей могут иметь только компрессионные кольца и только масляные кольца. В таких двигателях компрессионные кольца обозначаются как; верхнее компрессионное кольцо и второе компрессионное кольцо.Второе компрессионное кольцо в таких двигателях выполняет функцию скребкового кольца.

Для повышения эффективности компрессионные кольца и скребковые кольца изготавливаются по-разному в зависимости от области применения. Поверхности поперечного сечения колец имеют различные формы от прямоугольных до конических колец. С момента изобретения поршневые кольца уменьшили трение в двигателях, что увеличило срок службы цилиндров. Уменьшение трения и утечки газа также привело к увеличению энергоэффективности двигателей.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *