Типы поршневых колец
Autoservice-ryazan.ru

Автомобильный портал

Типы поршневых колец

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.

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.

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

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.

Поршневые кольца: виды, функции, типичные проблемы

  1. Виды и функции колец
  2. Функции поршневых колец
  3. Из чего изготавливают поршневые кольца?
  4. Последствия износа поршневых колец
  5. Выбор и замена поршневых колец

Поршневые кольца являются неотъемлемыми элементами цилиндро-поршневой группы двигателя. Они представляют собой детали в форме незамкнутой окружности, установленные с минимальным зазором в специальные канавки на внешних поверхностях поршней.

Основная функция поршневых колец состоит в придании необходимого радиального давления для поддержания уплотнения между поршнем и цилиндром.

Рассмотрим виды, назначение и правила обслуживания колец подробнее.

Виды и функции колец

Почти во всех двигателях установлены 2 типа поршневых колец: компрессионные и маслосъемные.

Компрессионные кольца

Компрессионные кольца (от трех до семи штук) вставляются в специальные пазы в верхней части поршня.

Они обеспечивают герметичность камеры сгорания, участвуют в передаче тепла от поршня к гильзе цилиндра, а также поглощают часть поршневых колебаний из-за боковой тяги.

Верхнее компрессионное кольцо имеет несколько конфигураций: оно может быть плоским, перекрученным или с L-образным участком. Верхняя и нижняя поверхности перекрученного кольца лежат в канавке под легким наклоном, контактируя с отверстием цилиндра только краями рабочей стороны.

Изделия с L-образным участком отличаются конструкцией большого выступа, имеющего форму буквы L. Уплотнительная способность таких колец зависит от силы давления газов, которая действует на заднюю часть выступа. При высоком давлении в цилиндре – например, после сгорания топливовоздушной смеси или в такте сжатия – кольца с L-образным участком увеличивают усилие, прикладываемое к стенкам. Когда давление в цилиндре низкое, они ослабляются, тем самым снижая трение и износ.

Второе (нижнее) компрессионное кольцо дополняет работу маслосъемного и обеспечивает уплотняющую функцию. Оно препятствует попаданию газов в картер, предотвращает детонацию и проникновение излишков моторного масла в камеру сгорания.

Некоторые кольца специально сделаны скошенными – для большей эффективности в удалении масла со стенок цилиндра при движении вниз. Новыми конструкциями являются кольца без зазора. Их использование способствует скорейшей приработке двигателя и более высокой мощности ДВС.

Маслосъемное кольцо

Благодаря маслосъемному кольцу с компрессионных колец, поршня и внутренней стенки цилиндра удаляется лишнее моторное масло.

После его прохода на поверхностях остается небольшая масляная пленка (толщиной в несколько микрон). В канавке маслосъемного кольца предусмотрены прорези или радиальные отверстия, по которым излишки масла возвращаются в поддон.

Выделяют 2 вида маслосъемных колец: цельные и составные. Последние состоят из двух тонких колец, а также осевого и радиального расширителей. Такие модели дешевле в производстве, поэтому встречаются чаще, чем чугунные цельные.

В некоторых случаях на поршень устанавливается не по одному, а по два цельных или составных кольца.

Функции поршневых колец

Подводя итог вышесказанному, можно выделить следующие функции поршневых колец:

  • Компрессия. Уплотняющие кольца поддерживают изоляцию камеры сгорания от картерного пространства, что способствует более эффективному сжатию топлива.
  • Экономия расхода масла. Маслосъемные кольца снимают часть масла со стенок цилиндра во время работы двигателя, благодаря чему оно не попадает в камеру сгорания.
  • Теплообмен. При сгорании топливно-воздушной смеси температура внутри камеры достигает примерно +300 °С. Кольца отводят тепло к цилиндру во избежание повреждения поршня из-за перегрева.
  • Снижение горизонтальных колебаний поршня. Благодаря плотной посадке кольца не дают поршню перемещаться в горизонтальном направлении, что предотвращает износ ЦПГ.

Из чего изготавливают поршневые кольца?

Для производства поршневых колец используются высокопрочные виды чугуна или нержавеющая сталь. Предел прочности и теплостойкость стали выше, однако чугунные изделия дешевле, обеспечивают более легкую и быструю приработку.

Верхние компрессионные поршни из стали чаще всего обрабатываются оловом или пористым хромом (сталь становится легированной).

Увеличенным сроком службы и способностью к быстрой приработке отличаются кольца с молибденовым покрытием.

Похожие антифрикционные покрытия наносятся также на юбки поршней – в целях продления работоспособности этих важнейших элементов двигателя.

Сегодня имеется возможность использовать покрытия не только в процессе производства поршней, но и перед их установкой, заменой и в прочих незаводских условиях.

Современные антифрикционные материалы выпускаются в форме жидких средств, по консистенции напоминающих краски, или в аэрозольных баллонах. В России покрытия для деталей ДВС и узлов промышленного оборудования выпускает компания «Моделирование и инжиниринг».

Для юбок поршней, вкладышей коленчатых и распределительных валов, шлицевых соединений, дроссельных заслонок, штоков клапанов предназначено антифрикционное твердосмазочное покрытие (АТСП) MODENGY Для деталей ДВС.

Благодаря основным действующим компонентам – высокодисперсному дисульфиду молибдена высокой степени очистки и графиту – оно предотвращает появление задиров на юбках поршней, защищает их от повышенного трения и механических повреждений. В результате применения этого материала снижается шум при работе двигателя, повышается его КПД, уменьшается расход топлива.

Удобная аэрозольная упаковка позволяет наносить покрытие быстро и равномерно. Состав высыхает при комнатной температуре за 12 часов, при нагреве до +170 °C – за 20 минут.

Перед использованием материала поверхности подготавливаются с помощью Специального очистителя-активатора MODENGY, который гарантирует отличную адгезию покрытия и долгий срок его службы.

Последствия износа поршневых колец

При износе поршневых колец зазор между поверхностью детали и стенками цилиндра увеличивается. В результате газы, образующиеся при сгорании топливно-воздушной смеси, проникают в масляный картер, снижая эффективность работы двигателя и ухудшая характеристики моторного масла.

Продукты разрушения масла и сгорания бензина, в свою очередь, способствуют образованию отложений в кольцевых канавках, что приводит к снижению подвижности и залеганию колец.

Последствия износа поршневых колец легко заметить без разборки двигателя. Задуматься о смене колец следует, если обычная норма потребления масла вдруг резко возросла, а при запуске ДВС из выхлопной трубы идет синий дым (моторное мало горит).

Выбор и замена поршневых колец

От качества поршневых колец напрямую зависит срок их службы и возможности вашего двигателя, поэтому, выбирая новые комплекты этих деталей, обратите внимание на следующие моменты:

  • Цена. Дешевые детали долго не прослужат
  • Внешний вид и содержание упаковки. На упаковке должна содержаться полная информация об изготовителе, материалах и т.д. Внутри нее должна быть подробная инструкция по установке деталей
  • Внешний вид самих колец. Детали не должны иметь даже самых мелких дефектов, неровностей металла и пр.

Замена поршневых колец – процедура несложная. Для снятия колец разведите их края до тех пор, пока они не выйдут из канавки. Сделать это можно небольшой плоской отверткой, но лучше специальным цанговым инструментом, который пригодится вам и при установке новых колец.

Далее очистите канавки от нагара. Без этой процедуры установить поршень обратно в цилиндр будет достаточно сложно. Для удаления загрязнений воспользуйтесь подходящим инструментом или старым компрессионным кольцом, сломанным на две части. После очистки канавок проверьте их на наличие повреждений.

Перед установкой новых колец обязательно ознакомьтесь с инструкцией – в ней содержится информация о последовательности действий и правильном расположении деталей.

Все операции проводите аккуратно, помните, что прочность нижнего компрессионного и маслосъемного колец ниже, чем у верхнего компрессионного.

Первым установите нижнее кольцо. Чтобы его случайно не деформировать, контролируйте усилия. Если на кольце имеется маркировка “TOP”, его нужно располагать маркированной частью в сторону днища поршня.

После установки проверьте зазоры между боковыми поверхностями колец и стенками цилиндра. Он должен составлять до 0,1 мм. Если указанная цифра больше, предстоит менять сами поршни, возможно, в расточке или перегильзовке нуждается цилиндр.

По завершению замены колец произведите обкатку ДВС в течение 3-5 тыс. км. В процессе обкатки обязательно прогревайте двигатель после запуска, не эксплуатируйте его на высоких оборотах, избегайте длительного простоя на холостых и движения на повышенных передачах с малой скоростью.

Виды поршневых колец, из чего изготовлены, подбор и маркировка

Поршень и цилиндр двигателя внутреннего сгорания имеют близкие размеры, однако, с какой бы высокой точностью они не изготавливались, между ними все равно остается зазор, через который в картер могли бы свободно проходить газы, образующиеся в результате сгорания рабочей смеси, а из картера в камеру сгорания попадало бы моторное масло. Для предотвращения этих крайне нежелательных явлений применяются поршневые кольца.

Они представляют собой незамкнутые кольца, посаженные с небольшим зазором в предназначенных для этой цели поршневых канавках. По своему предназначению они делятся на две группы:

  • компрессионные, задача которых состоит в предотвращении прорыва газов из камеры сгорания в картер двигателя;
  • маслосъемные, предназначенные для удаления излишков моторного масла со стенок цилиндров.

Компрессионные поршневые кольца имеют наружный диаметр немного больше диаметра цилиндра. Чтобы деталь могла поместиться внутри, в ней делается вырез, называемый замком. Поверхность компрессионного кольца изготавливается ровной, без каких-либо выемок. Маслосъемные кольца, в отличие от них, имеют сквозные прорези, предназначенные для отвода масла.

Количество колец, устанавливаемых на один поршень, может варьироваться. На заре автомобильной эры, когда двигатели были тихоходными, чтобы как можно лучше справиться с потерями компрессии, их количество доходило до семи. В современных двигателях для каждого поршня, как правило, применяется три: два компрессионных и одно маслосъемное. У спортивных автомобилей с высокооборотистыми форсированными моторами инженеры довольно часто ограничиваются и вовсе двумя.

Какие материалы применяются для изготовления поршневых колец

В состав нержавеющей стали входит большое количество хрома для увеличения жаростойкости и сопротивляемости износу. Благодаря этому кольца из «нержавейки», как и хромированные, лучше сопротивляются высоким температурам, нежели чугунные. Поскольку первое компрессионное кольцо работает в условиях недостатка смазки, необходимо учитывать и этот фактор при выборе материала для него. Как нельзя лучше для покрытия подходит все тот же хром. Хромированные изделия намного лучше сопротивляются истиранию.

Молибден применяется в качестве покрытия рабочей части колец с целью увеличения их ресурса. Помимо этого, молибденовые поршневые кольца быстрее прирабатываются к стенкам цилиндров, что особенно важно в случае их замены при проведении капитального ремонта двигателя.

Анатомия поршневых колец

Не следует думать, что для всех колец из комплекта применяется один и тот же металл. На применяемый материал основное влияние оказывает расположение поршневых колец на поршне. Поскольку все поршневые кольца работают в разных условиях, то и требования, предъявляемые к сплавам, из которых они изготовлены, различны.

Первое компрессионное кольцо

В наиболее тяжелых условиях находятся первые компрессионные кольца, поэтому к ним предъявляются наиболее высокие требования по жаростойкости и сопротивляемости износу. Чаще всего их изготавливают из чугуна с противоизносной вставкой из молибдена.

На первый взгляд все компрессионные кольца выглядят одинаково, однако их конфигурация может существенно различаться. Например, верхнее может быть немного перекручено. В результате с поверхностью цилиндра контактирует только его кромка, а не вся поверхность. Благодаря этому, уменьшаются потери на трение, и сокращается время приработки.

Другой тип – компрессионные кольца с L-образным участком. Их отличительная особенность – способность менять степень уплотнения в зависимости от давления, оказываемого рабочими газами на тыльную часть большого L-образного выступа. Под давлением они расширяются, улучшая компрессию (во время такта сжатия), когда давление уменьшается, диаметр наоборот, уменьшается, при этом уменьшается трение и износ деталей. Какие из колец лучше, каждый решает сам, поскольку у всех имеются свои преимущества.

Второе компрессионное кольцо

Условия его работы менее напряженные, поэтому требования, предъявляемые к материалу, из которого оно изготовлено, менее жесткие. Второе компрессионное кольцо выполняет двойную задачу:

  1. обеспечивает дополнительное уплотнение, задерживая газы, прорвавшиеся через первое;
  2. работает наподобие скребка, препятствуя попаданию моторного масла в камеру сгорания.

Нередко вторые компрессионные кольца имеют форму усеченного конуса, т.е. диаметр верхней части меньше, чем диаметр нижней. Благодаря такой конструкции, при движении поршня вниз со стенок цилиндра удаляется масло.

Маслосъемные кольца

Они устанавливаются под компрессионными. В отличие от последних, их поверхность не сплошная, она имеет окошки, предназначенные для отвода моторного масла. В современных двигателях маслосъемные кольца устанавливаются по одному на каждый поршень, раньше они устанавливались по несколько, особенно в двигателях, предназначенных для стационарного использования.

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.

Поршневые кольца и их назначение

Для чего нужны поршневые кольца и какими они бывают.

Нержавеющая сталь один из материалов при производстве поршневых колец, разработаны они в помощь поршню, чтобы создать достаточное давление в камере сгорания и отвести излишки моторного масла.

Автомобильная промышленность при создании двигателей внутреннего сгорания не могла обойти один из камней преткновения, а именно, донышко самого поршня ну никак не может быть одного диаметра с цилиндром. Значит должен быть между ними определенного размера зазор, но как тогда избежать попадания моторного масла в камеру сгорания? Использование в конструкции гибкого кольца с надежным подвижным замком и стало решением этой проблемы.

А поршневые кольца бывают разными?

Кольца делятся на 2 типа:

  1. Компрессионные – как мы явно понимаем из названия, предназначены для создания компрессии. Пространство между поршнем и цилиндром не даст создать нужного давления, поток газов при расширении обязательно попадет в картер. Решение задачи при помощи, стальных тонких колец с не большим разрезом было гениальной идеей. Разрез, он же замок дает кольцу свободно сжиматься и разжиматься в точно выверенных пределах и одновременно крепко держаться в пазах, на внешней части поршня.

Изготавливают кольца из стали с высоким коэффициентом упругости. Аналогию можно провести с пружинкой, находясь в поджатом состоянии, оно очень плотно прилегают к стенкам цилиндра. По мере эксплуатации двигателя кольца стачиваются о стенки цилиндра (ведь они находятся в постоянном напряжении), а в следствии теряется компрессия и количество картерных газов увеличивается.

У новых автомобилей сегодня на каждом поршне стоит по 3 колечка. Два, из которых именно компрессионные. Даже учитывая этот факт, мы не можем полностью изолировать камеру сгорания. Решение как многие уже догадались простое, размещать кольца так, чтобы их замки не пересекались. Логично устанавливать их с разворотом на 120 градусов. Это золотое правило и при капиталке.

  1. Маслосъемное кольцо отвечает за съем излишек масла, которые попадают на нижнюю часть цилиндра. Масло проникает туда благодаря вращению коленвала, ведь именно он создает бурю из воздуха и моторного масла в картере двигателя. Необходимость в этом понятна, нужно смазывать цилиндры для свободного скольжения поршня, но проникновение его в камеру сгорания – недопустимо. Если масло попадет в цилиндр, ремонта двигателя не избежать.

Представьте, в четко отлаженный механизм, в котором все выверено до миллиметра врывается масляный поток, под воздействием высоких температур он начинает гореть и покрывать жженым осадком – нагаром, зеркальные стенки цилиндра, поршень, клапана и кольца. А при всем этом, как правило, компрессионные кольца перестают выполнять свою функцию. Причина в образовавшемся на них нагаре, который не позволяет кольцам разжиматься. Сразу чувствуется потеря мощности двигателя.

Правильная эксплуатация поршневых колец

Помните, что не прогретый двигатель в момент работы его на высоких оборотах, очень сильно влияет на износ поршневых колец. Все слышали, что машину после покупки в автосалоне следует эксплуатировать в щадящем режиме, первые две-три тысячи километров. И тут снова вступают колечки, в момент работы нового двс они проходят цикл притирки к цилиндрам и имеющийся на это время зазор со временем полностью пропадает. Если вы ответственный автолюбитель, не пренебрегайте режимом обкатки и старайтесь прогревать двигатель перед началом движения.

Еще можно заострить внимание на такую деталь как замок, существует немало его типов. От прямоугольного выреза, до ступенчатого или даже косого разреза. В зависимости от типа замка, увеличивается надежность его крепления, а также стоимость. В серийных автомобилях, производители для экономии используют самые дешевые, с вырезом в виде прямоугольника. Кстати такой тип замка имеет самые низкие характеристики по качеству уплотнения.

При визуальном осмотре не подготовленному человеку трудно разглядеть разницу между кольцами. Ведь кто-то может посмотреть и сказать, что они какие-то гнутые, не ровные. Но это не совсем так, все может быть сделано намеренно, для форсирования процесса притирки поверхностей.

Видео о поршневых кольцах:

Видео о замене поршневых колец:

Как выбрать поршневые кольца

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.

Устройство автомобилей

Поршневые кольца

Назначение поршневых колец и требования к ним

Рассматривая требования к поршневой группе в предыдущей статье, мы упоминали, что зазор между поршнем и цилиндром должен быть минимальным, чтобы исключить прорыв газов из рабочей полости (камеры сгорания) и не допустить попадание в нее моторного масла. И, поскольку этот зазор лимитируется тепловым расширением поршня, мы пришли к выводу, что должной герметизации рабочей полости цилиндра одним лишь уменьшением зазора между поршнем и стенками цилиндра достичь невозможно – возрастает вероятность заклинивания поршня из-за температурного расширения.
Чтобы достичь оптимальной герметизации камеры сгорания, конструкторы ввели в поршневую группу очень важный элемент – поршневые кольца.

Поршневые кольца являются упругими элементами уплотнения поршневой группы, обеспечивающими:

  • герметичность рабочей полости цилиндра;
  • отвод теплоты от головки поршня;
  • предотвращения перекачки лишнего смазочного материала в камеру сгорания.

Конструкция и техническое состояние поршневых колец определяют компрессию в цилиндре и расход масла на угар. При этом под компрессией понимается процесс сжатия газа в цилиндрах двигателя при увеличении его давления и температуры.

Как упоминалось в предыдущей статье, количество компрессионных колец на поршне диктуется давлением газов в цилиндре и частотой вращения коленчатого вала. Поэтому на поршнях двигателей, мощность которых обусловлена значительным крутящим моментом, устанавливают больше компрессионных колец, чем на поршнях скоростных двигателей, мощность которых обусловлена высокой частотой вращения коленчатого вала. Уменьшение числа колец позволяет снизить массу поршня, благодаря чему в высокооборотистых двигателях уменьшаются не только потери на трение, но и инерционные нагрузки.

Одно и то же поршневое кольцо не может одновременно выполнять две важные функции – предотвращать прорыв газов из рабочего объема цилиндра и не допускать попадания в этот объем моторного масла, используемого для смазывания поверхностей трения между цилиндром (гильзой) и поршнем. Поэтому в двигателях применяется два типа поршневых колец – компрессионные (уплотняющие) и маслосъемные.

Компрессионные поршневые кольца

Компрессионное (уплотняющее) поршневое кольцо представляет собой криволинейный упругий брус, имеющий относительно большой вырез (замок) S (см. рис. 1) в свободном состоянии. При монтаже в цилиндр кольцо сжимается и благодаря своей упругости плотно прилегает к стенкам цилиндра, обеспечивая надежное уплотнение зазора между поверхностями поршня и цилиндра.
Величина усилия прилегания кольца к поверхности цилиндра определяется отношением диаметра кольца в сжатом состоянии по внешней поверхности к толщине кольца. Чем меньше это отношение, тем больше упругость кольца и качественнее уплотнение рабочей полости цилиндра.

Поскольку концы поршневого кольца разжимаются под воздействием давления внутри цилиндра на торцы стыка (замка), это приводит к разрыву смазывающей масляной пленки прорывающимися из рабочей полости газами и увеличению сил трения в зоне замка.
С целью сохранения уплотняющего действия применяют поршневые кольца с корректированной эпюрой усилий или с расширителями различной конструкции, относительно равномерно распределяющими нагрузку на стенки цилиндра со стороны поршневого кольца.

При износе поршневого кольца и уменьшении его толщины радиальное давление от силы упругости кольца понижается и перераспределяется по его окружности. При чрезмерном износе кольца нарушается его контакт с поверхностью гильзы, в первую очередь в зоне замка.
Форма изношенного кольца зависит от первоначальной эпюры его давлений на поверхность цилиндра. Кольца с равномерной эпюрой давлений имеют меньшие сроки службы, чем кольца с корректированной эпюрой давлений.

По этой причине, для повышения срока службы и устойчивости против вибраций кольца чаще всего изготовляют с неравномерным (корректированным) давлением по окружности, увеличивающимся в зоне замка. Это достигается разной толщиной кольца по его длине – в зоне стыка (замка) кольцо изготавливают тоньше, благодаря чему давление на цилиндр уменьшается. При износе колец с корректированной эпюрой давление в зоне замка уменьшается и перераспределяется на соседние участки. Поэтому продолжительность работы такого кольца до момента потери надежного контакта его с цилиндром (гильзой) возрастает.

Поршневые компрессионные кольца могут выполняться цельными или составными. Составные кольца представляют собой набор из трех-четырех конических пластин, изготовленных навивкой на ребро из стальной ленты. Они устанавливаются в кольцевую канавку с осевым натягом и хорошо обеспечивают торцевое уплотнение.
Такие кольца отличаются большим радиальным усилием и хорошо прирабатываются к поверхности цилиндра.
Недостатком составных колец является плохая теплопроводность, поэтому их нельзя использовать в качестве верхних компрессионных колец.

Для ускорения приработки поршневых колец к рабочей поверхности цилиндра их покрывают мягкими сплавами и уменьшают площадь контакта нового кольца с поверхностью цилиндра (гильзы). Для этого применяют:

  • конические («минутные) кольца с углом наклона образующей 15’…30’;
  • торсионные кольца;
  • кольца с круговыми канавками по наружной поверхности.

Конические («минутные») кольца (рис. 2,б) отличаются повышенным усилием со стороны нижней кромки на стенку цилиндра, в результате чего она интенсивно изнашивается в первые часы работы двигателя, при этом процесс приработки ускоряется.

Торсионные (скручивающиеся) кольца (рис. 2, г, д, к) при сжатии деформируются в верхней части сечения в большей степени, чем в нижней. При этом нижняя часть кольца становится конусной (как в «минутных» кольцах) и быстро прирабатывается к стенке цилиндра. Однако такие кольца плохо контактируют со стенками канавки, что затрудняет теплообмен через них между головкой поршня и стенкой цилиндра.

Под воздействием сил трения и давления газов тонкие поршневые кольца прогибаются и выворачиваются, при этом их острые кромки могут вызвать задиры на рабочей поверхности цилиндра (гильзы). Чтобы избежать этого неприятного явления, кольцам придают бочкообразную форму (рис. 2, в).

Для уменьшения пригорания колец иногда применяют трапециевидные кольца (рис. 2, е, ж). Работа таких колец основана на том, что при изменении направления действия бокового усилия трапециевидное кольцо перемещается по канавке и, устанавливаясь в ней, выжимает смазочный материал из торцевых зазоров, что препятствует образованию смолистых отложений и коксованию.

Наиболее просты в изготовлении и обладают хорошим теплоотводом кольца с прямоугольным поперечным сечением (рис. 2, а). Однако приработка таких колец к зеркалу цилиндра затруднена.

Компрессионные кольца отличаются отрицательным насосным действием, которое приводит к перекачке масла со стенок цилиндров в камеру сгорания. При попадании масла в рабочую полость цилиндра оно сгорает и образует нагар на днище и в канавках поршня, на стенках цилиндра и на свече зажигания. Для удаления моторного масла со стенок цилиндра применяют маслосъемные кольца.

Маслосъемные поршневые кольца

Маслосъемные кольца могут быть цельными и составными, чугунными и стальными. Для того, чтобы кольцо не всплывало в масле, его площадь контакта с поверхностью цилиндра увеличивается узкими кольцевыми поясами. Сечения цельных маслосъемных колец показаны на рис. 3.

Широкое применение нашли составные маслосъемные кольца. Они состоят из двух витых стальных колец (рис. 3) и расширителей, обеспечивающих как радиальное усилие на стенку цилиндра, так и прижатие колец к торцевым поверхностям поршневых канавок. В связи с этим различают радиальные и осевые расширители поршневых маслосъемных колец, которые обычно изготавливаются из стальных гофрированных лент.

Существуют кольца, у которых функции осевого и радиального расширителя выполняет один элемент, обладающий упругостью, как в осевом, так и в радиальном направлении (рис. 3, д). Такие расширители называют тангенциальными.

Составные маслосъемные кольца, обладающие высокой гибкостью, относительной подвижностью и высоким радиальным усилием, значительно эффективнее, чем цельные чугунные, приспосабливаются к поверхности цилиндра.

Читать еще:  Схема подключения бензонасоса
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector