Компрессионные кольца: Поршневые кольца двигателя авто — основное назначение и из чего делают?

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.

Компрессионные поршневые кольца двигателя внутреннего сгорания

Компрессионные поршневые кольца работают в тяжёлых условиях (в особенности верхнее кольцо). Вследствие непосредственного контакта с горячими газами, а также из-за большой работы трения компрессионное кольцо подвергается сильному нагреву, что влечёт за собой значительные затруднения в формировании его надёжного смазывания, в особенности при положении поршня в верхней мёртвой точке (в. м.т.). В данной зоне пара первых колец работает практически в условиях полусухого трения, что приводит к их повышенному износу (вместе с соответствующим участком цилиндра).

Компрессионные кольца, устанавливаемые в верхнюю поршневую канавку, как правило, имеют прямоугольную либо трапециевидную форму [рис. 1, а)]. Прямоугольные кольца не только хорошо уплотняют надпоршневое пространство, но и просты конструктивно и в производстве. Воздействуя на кольцо, силы газов плотно закрывают газовый стык по нижнему торцу, а также по рабочей поверхности кольца, что способствует повышенной теплоотдаче от поршня к цилиндру и хорошему уплотнению [рис. 2, а)]. В прямоугольных кольцах, имеющих относительно большую высоту, с целью улучшения смазки на рабочей цилиндрической поверхности выполняется проточка одной либо нескольких канавок, чьи кромки имеют небольшую коничность либо скругления.

Рис. 1. Конструктивные схемы поршневых колец автомобильных двигателей.

а) – Компрессионное поршневое кольцо из чугуна:

1) – Прямоугольное компрессионное кольцо;

2) – Трапециевидное компрессионное кольцо;

3) – Торсионное компрессионное кольцо;

4) – Торсионное компрессионное кольцо;

5) – Коническое компрессионное кольцо;

6) – Коническое компрессионное кольцо;

7) – Скребковое компрессионное кольцо;

8) – Скребковое компрессионное кольцо;

б) – Маслосъёмное коробчатое кольцо из чугуна;

в) – Витое компрессионное кольцо из стали;

г) – Витое четырёхэлементное маслосъёмное кольцо из стали:

1) – Кольцевые элементы;

2) – Осевой расширитель;

3) – Радиальный расширитель;

д) – Витое трёхэлементное маслосъёмное кольцо из стали:

1) – Кольцевые элементы;

2) – Двухфункциональный расширитель.

Трапециевидные компрессионные кольца (применяются в двигателях А-41, СМД-60, А-01М, КамАЗ и ЯМЗ) меньше подвержены закоксовыванию, чем прямоугольные, из-за того, что при из радиальных перемещениях происходит резкое изменение объёма торцевого зазора между канавкой и кольцом, приводящее к увеличению прокачки масла через зазор и устранению условий для коксования масла в зазоре [рис. 2, е)]. Трапециевидные кольца вместе с поршнями с трапециевидными канавками имеют и минусы: сложность изготовления и высокую цену. Помимо этого, они имеют большую склонность к поломкам и износам не только самого кольца, но и канавки, в сравнении с прямоугольными компрессионными кольцами.

Рис. 2. Схема работы компрессионных поршневых колец.

а) – Схема уплотняющего действия поршневого кольца:

1) – Гильза цилиндра;

2) – Головка цилиндра;

3) – Поршень;

б) – Замок поршневого кольца:

1) – Косой замок;

2) – Прямой замок;

3) – Прямой замок со стопорным винтом;

в) – Торсионное кольцо в свободном состоянии;

г) – Торсионное кольцо в рабочем состоянии;

д) – Компрессионное кольцо с конической наружной поверхностью;

е) – Компрессионное кольцо, имеющее в поперечном сечении форму односторонней трапеции.

Компрессионные конические кольца (применяются в двигателях Д-160, Д-240) хорошо прирабатываются, ввиду того, что вначале кольцо прилегает к цилиндру только нижней кромкой. Из-за специфичности работы данных колец их, как правило, устанавливают во вторую и третью канавки поршня.

Компрессионные торсионные кольца (применяются в двигателях ЗИЛ-130, Д-50, ЗМЗ-53, СМД) имеют на своей внутренней поверхности (в верхней части) выточки либо фаски. Это даёт возможность кольцу приобретать хорошие маслосъёмные качества, а также быстро прирабатываться. Однако при перекосе и специфичном скручивании такого кольца происходит уменьшение осевого зазора в поршневой канавке, что влечёт за собой пригорание и поломку кольца. Торсионные кольца целесообразно использовать только в промежуточных канавках поршня.

Компрессионные кольца, которые предназначены для установки в процессе эксплуатации в изношенные цилиндры, изготавливаются с небольшой выточкой, расположенной на верхней кромке рабочей поверхности [рис. 1, а)]. Данная выточка исключает поломку верхнего кольца путём предотвращения набегания кромки кольца на уступ, формирующийся в верхней части цилиндра в процессе его износа. Посредством своевременной замены изношенных поршневых колец на специальный ремонтный комплект можно увеличить ресурс двигателя (на 30-50%) до капитального ремонта.

Компрессионные поршневые кольца изготавливаются из серого перлитного хромтитаномедистого чугуна, легированного ванадием, вольфрамом либо молибденом. Рабочая поверхность верхних компрессионных колец покрывается слоем хрома с целью повышения износостойкости. Чтобы облегчить приработку колец на поверхности хрома формируют специальный пористый слой малой толщины. В местах высокого удельного давления данный слой быстро истирается, при этом масло, скопившееся в порах, препятствует задиру и заеданию. Общая толщина наружного пористого слоя на компрессионном кольце составляет 0,03-0,06 мм, а слоя хрома – 0,12-0,14 мм.

Для компрессионных колец высокофорсированных дизельных двигателей хромовому покрытию посредством соответствующей механической обработки придаётся бочкообразная форма. Это позволяет достичь лучшей приработки, резко снизить износ и исключить возможность возникновения задира колец в цилиндре. На компрессионные кольца некоторых двигателей (на слой хрома либо непосредственно на основной материал кольца) наносится молибденовый слой, который за счёт высокой твёрдости, высокой температуры плавления и микропор (хорошо удерживают смазку) обладает повышенными противоизносными и высокими антизадирными свойствами.

Витые компрессионные поршневые кольца из стали применяются не только для новых двигателей, но и при ремонте и установке поршневых колец в изношенные цилиндры [рис. 1, в]. В комплекте они не только хорошо прирабатываются, но и приспосабливаются к деформированным и изношенным цилиндрам. Данные кольца в осевом направлении обладают требуемой упругостью, которая исключает насосные действия колец в изношенных поршневых канавках, что способствует снижению расхода (на угар) картерного масла. К недостаткам витых компрессионных колец можно отнести то, что они не обеспечивают заданный отвод теплоты от поршня и их не применяют в качестве первого, а в дизельных двигателях — второго компрессионных колец.

17*

Похожие материалы:

Зачем нужны поршневые кольца?

Поршневые кольца являются неотъемлемым элементом любого двигателя. Они представляют собой незамкнутные кольца, которые установлены в специальные канавки на внешних поверхностях поршней с очень маленьким зазором. Рассмотрим основные виды поршневых колец, их назначение и обслуживание.

Виды поршневых колец

Поршневые кольца бывают:

Компрессионные кольца обеспечивают герметичность камеры сгорания. Обычно на поршень устанавливают не более 3 таких колец, так как при этом возрастают потери на трение, а степень уплотнения поршня увеличивается не намного. Различают верхнее и второе компрессионные кольца.

У верхнего достаточно много различных вариаций. Например, такое кольцо может иметь преднамеренное перекручивание, когда нижняя и верхняя поверхности детали имеют небольшой наклон в канавках (кроме краев рабочей поверхности, которые взаимодействуют с отверстием цилиндра). Такая конструкция позволяет ускорить приработку поверхностей колец и стенок цилиндра, а также обеспечить уплотнение самой детали в верхней и нижней части посадочной канавки.

Помимо плоских и перекрученных колец существуют изделия с L-образным участком. Их уплотнительная способность зависит от силы давления газов, которая действует на заднюю часть большого выступа, имеющего форму буквы L. При высоком давлении в рабочем цилиндре эти кольца увеличивают усилие, прикладываемое к стенкам, например, после сгорания топливно-воздушной смеси или в такте сжатия. Когда давление в цилиндре невысокое, кольцо ослабляется, тем самым снижая износ и трение.

Второе компрессионное кольцо обеспечивает дополнительное уплотнение после маслосъемного. Оно служит для того, чтобы газы, идущие мимо верхнего кольца, не попадали в картер. Нагрузки и температуры в зоне второго кольца ниже, поэтому его конструкция и материалы имеют меньшее значение. Еще одной функцией второго компрессионного кольца является предотвращение детонации и проникновения излишков моторного масла в камеру сгорания.

Некоторые из таких деталей имеют скошенную конструкцию. Вверх они двигаются по слою масла, а при движении вниз удаляют его излишки.

Существует новая конструкция второго компрессионного кольца – без зазора. Такие детали ускоряют приработку двигателя при обкатке, а также незначительно повышают мощность силового агрегата на стенде. Это достигается благодаря максимальному уменьшению видимого зазора для прохождения газов. Потребность в таких кольцах обусловлена работоспособностью остальных колец. Например, если верхнее компрессионное кольцо обеспечивает достаточную герметизацию, то важность второго беззазорного кольца уменьшается.

Маслосъемные кольца снимают лишнее моторное масло, которое смазывает уплотнительные кольца, поршень и поверхность цилиндра. Они сконструированы таким образом, чтобы после их прохода на поверхностях оставалась небольшая масляная пленка толщиной в несколько микрон. В канавках маслосъемных колец предусмотрены прорези или радиальные отверстия, по которым излишки моторного масла возвращаются в поддон.

Выделяют 2 вида маслосъемных колец: составные с пружинами-расширителями и чугунные литые с прорезью. Составные включают два тонких кольца (верхнее и нижнее), а также осевой и радиальный расширители. Такие модели дешевле в производстве, поэтому их устанавливают чаще, чем литые чугунные. В некоторых случаях на поршне имеются два литых или составных кольца. Чугунные кольца для стабилизации прижима снабжаются специальным пружинным расширителем.

Функции поршневых колец

Подводя итог вышесказанному, можно выделить следующие функции поршневых колец:

• Компрессия: кольца обеспечивают герметичность камеры сгорания, и газы, возникающие при сгорании топливно-воздушной смеси, не проникают через зазоры между цилиндром и поршнем; это позволяет эффективнее сжимать топливо
• Экономия расхода масла: она обеспечивается благодаря маслосъемным кольцам, которые убирают часть смазочного материала со стенок цилиндра и направляют их обратно в картер
• Теплообмен: поршневые кольца отводят тепло, которое возникает при сгорании топливно-воздушной смеси, от поршня к стенкам цилиндра; в результате двигатель защищен от перегрева
• Снижение горизонтальных колебаний поршня: благодаря плотной посадке кольца не дают поршню «гулять» в горизонтальном направлении, что предотвращает износ цилиндро-поршневой группы двигателя.

Из чего изготовлены кольца?

Как правило для производства поршневых колец используется высококачественный серый или ковкий чугун, а также легированная сталь. У последних предел прочности и теплостойкость выше, но чугунные дешевле. Кроме того, они обеспечивают более легкую и быструю приработку.

Если кольца стальные, то чаще всего их обрабатывают специальными материалами. Верхние – оловом или пористым хромом, вторые – молибденовым покрытием, которое наносят методом легирования. После установки таких колец вначале происходит приработка детали с менее твердым молибденовым покрытием, а затем функции уплотнения переходят к более долговечному хромированному кольцу.

Ранее в двигателях, ресурс обслуживания которых менее 100 тыс. км, использовались чугунные кольца без какого-либо покрытия. Ввиду низкой точности старых деталей это решение было вынужденным. Кроме того, количество колец варьировалось от 4 до 6 штук, их высота была больше современных.

На двигателях последнего поколения большим числом колец оснащаются только крупногабаритные модификации – для более эффективного отвода тепла от поршня.

Типичные проблемы поршневых колец

При износе поршневых колец увеличивается зазор между поверхностью детали и стенками цилиндра. При воспламенении топливно-воздушной смеси отработанные газы могут проникать в масляный картер, тем самым снижая эффективность работы двигателя. Подобные пропуски также влияют на срок службы моторного масла и его рабочие характеристики.

При залегании колец может произойти то же самое. Раскаленные газы, проникающие из камеры сгорания, способствуют разрушению масла и образованию отложений в кольцевых каналах. Это приводит к залеганию колец в канавках, что влечет за собой снижение их подвижности, образование зазора между стенкой цилиндра и кольцами.

Последствия износа поршневых колец легко заметить без разборки двигателя. При увеличенном потреблении масла из выхлопной трубы выходит синий дым, означающий, что моторное масло горит. Особенно это заметно при запуске двигателя, до того, как он наберет рабочую температуру и кольца расширятся в цилиндре.

Вместе с поршневыми кольцами изнашиваются и сами поршни в области юбок. Образованию задиров наиболее подвержены детали без специального покрытия. Раньше его могли наносить только на заводе-изготовителе, сегодня такая возможность есть у любого автовладельца.

В России покрытие для поршней выпускает компания «Моденжи».

MODENGY Для деталей ДВС изготовлено на основе дисульфида молибдена и графита. Оно предотвращает появление задиров на юбках поршней, позволяет снизить шум при работе двигателя, повысить его КПД и уменьшить расхода топлива.

Благодаря удобной аэрозольной фасовке с нанесением покрытия можно справиться без специализированного оборудования. Достаточно тщательно очистить обрабатываемые поверхности и выдержать время полимеризации: 12 часов при комнатной температуре.

Замена поршневых колец

Замена изношенных поршневых колец – процедура достаточно простая. Для снятия кольца нужно развести его края в области замка до тех пор, пока оно не выйдет из канавки. Это можно сделать как специальными щипцами, так и небольшой плоской отверткой.

Далее нужно очистить канавки поршня от нагара. Если этого не сделать, то после замены колец установить поршень обратно в цилиндр будет сложно. Для удаления нагара можно воспользоваться специальным инструментом или старым компрессионным кольцом, сломанным на две части.

После этого следует ознакомиться с инструкцией по установки колец, которая идет в комплекте с новыми деталями. В ней содержится информация о последовательности их установки и правильном расположении. Помимо этого указывается верхняя и нижняя часть кольца. Новую деталь следует устанавливать специальной метке.

При установке нужно быть аккуратным, так как среднее компрессионное и нижнее маслосъемное кольца менее прочные, чем верхнее.

После очистки канавок от нагара проверьте их радиусы и боковые поверхности на предмет повреждений.

Установку поршневых колец с помощью специального цангового устройства начинайте с нижнего. Обязательно контролируйте свои усилия во избежание деформации новых деталей. Кольца с маркировкой «TOP» располагайте маркированной стороной в сторону днища поршня.

Кольца с эспандерными пружинами устанавливайте таким образом, чтобы место стыка было размещено с учетом рекомендованного смещения на 180° относительно стыка поршневого кольца.

После установки проверьте зазоры боковых поверхностей. Они должны составлять до 0,1 мм. Если это значение больше, следует менять сами поршни.

Во время монтажа также учитывайте степень износа зеркала цилиндра. Если она не укладывается в 0,1 мм, то блок цилиндров следует расточить под размер ремонтных поршней или перегильзовать.

После замены колец произведите обкатку двигателя в течение 3-5 тыс. км. Обкатка включает в себя стандартные действия: прогрев двигателя, запрет на движение с высокими оборотами, длительный простой на холостых оборотах, движение на повышенных передачах с малой скоростью и т.д. После обкатки в течение 5-10 тыс. км не следует давать большие нагрузки на двигатель.

Поршневые кольца — RacePortal.ru

 При этом необходимо отметить, что незначительная часть газов из камеры сгорания всё равно проникают во внутренне пространство картера даже нового, вполне исправного, двигателя. Уплотнение при помощи поршневых колец в технике называется уплотнением лабиринтного типа, в уплотнениях подобного типа всегда происходит некоторая утечка газов. Но эта утечка на исправном двигателе обычно лежит в диапазоне 0,5 – 1,0%. Находящиеся в картере двигателя газы называются картерными газами. По мере износа цилиндропоршневой группы двигателя количество картерных газов увеличивается.

 Кроме уплотнения поршневые кольца выполняют ещё две задачи. Регулируют количество масла на стенках цилиндра, необходимого для смазывания, как самих колец, так и поршня, и отводят тепло от поршня к стенкам цилиндра.

Предназначение поршневых колец:

 Обеспечение герметичности между поршнем и стенками цилиндра. Регулирование количества масла, необходимого для смазывания соединения поршня и цилиндра, и предотвращения попадания масла в камеру сгорания двигателя. Отвод тепла от поршня к стенкам цилиндра.

 Эти три задачи поршневые кольца выполняю в очень тяжёлых условиях под воздействием высоких тепловых и механических нагрузок. Тепловое напряжение поршневых колец возникает под воздействием горячих рабочих газов и под воздействие трения колец о стенки цилиндра, происходящего в условиях масляного голодания в верхней части поршня. Успешное решение этих задач решается как за счёт конструкции колец, так и правильного подбора материала изготовления колец.

 Тип колец Поршневые кольца делятся на два типа: Компрессионные,маслосъёмные.

1-Компрессионное кольцо

1.1-Молибденовая противоизносная вставка

2-Второе компрессионное кольцо

3-Маслосъёмное кольцо

3.1. Верхняя маслосъёмная пластина

3.2. Тангенциальный расширитель

3.3. Нижняя маслосъёмная пластина

 Поршень с поршневыми кольцами Фотография разреза поршня современного бензинового двигателя с установленным на него типичным комплектом поршневых колец в соответствии со схемой, данной на верхнем рисунке. Компрессионные кольца обеспечивают необходимую герметичность, а маслосъёмные кольца регулируют количество масла на стенках цилиндра. Именно регулируют, а не полностью удаляют, поскольку полное или слишком большое удаление масла приведёт к масляному голоданию соединения поршня со стенками цилиндра в верхней части поршня и последующему заклиниванию поршня в цилиндре.

 Ранее двигатели были тихоходными, и количество поршневых колец на одном поршне доходило до 5 – 7. Но почти все современные бензиновые двигатели и быстроходные автомобильные дизельные двигатели имеют на одном поршне всего три поршневых кольца – два компрессионных кольца и одно маслосъёмное. Хотя поршни двигателей форсированных спортивных автомобилей, постоянно работающие на высоких оборотах, могут иметь всего два кольца. А поршни дизельных автомобильных двигателей, для облегчения запуска, могут иметь четыре кольца, три из которых компрессионные.

Поршневые кольца — терминология

•  Концевой зазор в свободном состоянии
• Концевой зазор в сжатом состоянии
• Торсионная закрутка кольца после сжатия
• Компрессионные поршневые кольца

 

 Первое (верхнее) компрессионное кольцо, установленное в канавку поршня, находящегося в цилиндре двигателя, должно принять абсолютно круглую форму (это выполняется, если сама гильза цилиндра не имеет деформаций) и быть прижатым к поверхности цилиндра по всей наружной окружности поршневого кольца. Для обеспечения этого, упругое поршневое кольцо изготавливается не в виде правильной окружности, а в виде дуги переменного радиуса, большего, чем диаметр цилиндра и имеющее в свободном состоянии достаточно больший зазор (1) между концами кольца. При установке в цилиндр кольцо сжимается и зазор (2) в замке кольца становится 0,15 ÷ 0,5 мм. Точное и максимально допустимое значение этого зазора указывается в технической документации двигателя. Обеспечение регламентированной величины зазора очень важно, увеличенный зазор способствует прорыву газов в картер двигателя и снижению мощности. Но ещё опасней уменьшенный зазор в замке поршневого кольца.

 Во время работы, в результате нагрева кольцо расширяется и при уменьшенном зазоре может произойти заклинивание поршневого кольца в цилиндре, что приведёт к образованию задиров на зеркале цилиндра, поломке межкольцевых перегородок поршня или поломке самого кольца. Поэтому допустимо небольшое увеличение зазора, но недопустимо уменьшение зазора в замке поршневого кольца.Ведущие производители поршневых колец производят кольца с постепенно уменьшающимся через 0,1 мм зазором, таких подбираемых размеров может быть до 15. 

 Некоторые производители поршневых колец выпускают «беззазорные» поршневые кольца. Разумеется, невозможно изменить природное свойство металлов к расширению при повышении температуры, кольцо, установленное в цилиндр двигателя без зазора, обязательно заклинит. Но многое можно решить за счёт удачной конструкции. В этом случае поршневое кольцо состоит из двух плоских колец, установленных друг на друга и повёрнутых относительно друг друга на 180º. При этом верхнее кольцо имеет форму буквы «L», а нижнее кольцо вставлено в выемку верхнего кольца, за счёт чего высота такого кольца получается не более высоты стандартного кольца.

 Когда-то замки поршневых колец старых тихоходных двигателей, для уменьшения прорыва газов через замок кольца имели сложную форму, но в современных высокооборотных двигателях прорыв газов через замок кольца незначителен. Поэтому современные кольца имеют только прямоугольную форму замка.

 Правильная установка поршневых колец Переменный радиус дуги поршневого кольца берётся не произвольно, а рассчитывается для обеспечения необходимой эпюры силы прижатия кольца к стенкам цилиндра. Во время работы поршневое кольцо изнашивается неравномерно. В результате экспериментов определено, что наиболее интенсивно кольцо изнашивается в районе замка. Поэтому первоначальное увеличение силы прижатия кольца в зоне замка увеличивает срок службы кольца. Но точно рассчитанная эпюра усилий кольца может измениться в результате непрофессиональной установки кольца на поршень. Современные, очень тонкие компрессионные поршневые кольца не допускается устанавливать на поршень руками. Для этого необходимо использовать специальное приспособление, обеспечивающее равномерное разжатие кольца по всей окружности и ограничение максимального разжатия. Установка кольца руками, с увеличенным и неравномерным расжатием, значительно сокращает срок службы кольца.

 Прижатие компрессионных колец к стенкам гильзы цилиндра

 На этом рисунке видно, что газы из камеры сгорания через зазор между жаровым поясом поршня и стенкой цилиндра и через зазор между стенкой перегородки и поршневым кольцом попадают во внутреннюю полость поршневого кольца. При этом давление во внутренней полости верхнего компрессионного кольца практически равно давлению в камере сгорания. За счёт давления газов на внутреннюю поверхность кольца происходит дополнительное прижатие поршневого кольца к стенкам цилиндра. Некоторая часть газов также попадает во внутреннюю полость второго компрессионного кольца. Поскольку первое компрессионное кольцо дросселирует давление газов, давление во внутренней полости второго компрессионного кольца мотет быть равно 30 – 60%, от давления во внутренней полости первого компрессионного кольца.

 С учётом того, что все процессы в двигателе происходят достаточно быстро, давление из внутренних полостей поршневых колец не падает до следующего такта рабочего хода, это явление называется аккумулированием давления. Аккумулирование давления обеспечивает приемлемую работу поршневых колец, частично потерявших свою упругость в результате старения или перегрева. Потерявшие упругость поршневые кольца будут удовлетворительно работать на режиме высоких нагрузок двигателя, но при работе двигателя в режиме низких нагрузок поршневые кольца не обеспечат необходимое уплотнение. Поэтому, исправными можно считать поршневые кольца серийного легкового автомобиля, обеспечивающие прижатие к стенкам цилиндра за счёт собственной упругости.

 Некоторые производители поршневых колец заявляют, что до 90% усилия прижатия поршневых колец возникает за счёт давления рабочих газов двигателя. Возможно, кольца с подобными технически характеристиками подойдут только для специальных спортивных двигателей, постоянно работающих в диапазоне высоких оборотов и высоких нагрузок, Но вряд ли такое кольцо будет успешно работать в двигателе серийного автомобиля. Специально подготовленные поршневые кольца, как и многие другие детали двигателя, могут улучшить работу двигателя на строго определённых режимах оборотов и нагрузки. Но при этом значительно ухудшить работу двигателя на остальных режимах.

 Очень важным эксплуатационным размером является боковой зазор между кольцом и канавкой поршня, поскольку именно от него зависит давление в поршневой канавке. В среднем этот зазор равен 0,04 ÷ 0,08 мм. От величины этого зазора также зависят ударные нагрузки на перегородки поршневых колец и, соответственно, шумность работы двигателя, возрастающие при увеличении зазора или вероятность заклинивания (потери подвижности) поршневых колец при уменьшении зазора.

 Многие автомеханики считают, что поршни не подлежат дальнейшей эксплуатации по причине износа направляющей части (юбки) поршня, но обычно износ направляющей части поршня незначителен. Разумеется, если поршень не работал в режиме масляного голодания, и на поверхности поршня и стенок цилиндров не образовались задиры. На самом деле поршень часто выбраковывается по причине недопустимого износа канавки верхнего компрессионного кольца.

При производстве и высота поршневых колец, и высота канавки поршня имеют некоторый разброс, поэтому, для обеспечения необходимого зазора, иногда бывает возможность подбора поршневого кольца необходимой высоты.

 Форма второго компрессионного кольца отличается от формы первого компрессионного кольца. Иногда из-за своеобразной формы наружной поверхности второе компрессионное кольцо называется скребковым Это кольцо работает не только как компрессионное, но и участвует в регулировании количества масла на стенках цилиндров, то есть частично выполняет задачу маслосъёмного кольца. Нижняя часть рабочей поверхности второго кольца изготавливается в виде скребка, который при перемещении поршня вниз снимает со стенок цилиндра лишнее масло. Нижнее компрессионное кольцо работает в значительно более лёгких условиях. И температура в зоне кольца и давление газов на кольцо (соответственно сила прижатия кольца к стенке цилиндра) значительно ниже по сравнению с подобными показателями, оказывающими воздействие на верхнее кольцо. Оба компрессионные кольца допускается устанавливать только в одном положении. На верхней поверхности компрессионного поршневого кольца ставится метка «Т», «ТОР» или другие. Кольцо всегда устанавливается этой меткой вверх. Неправильно установленное поршневое кольцо, неправильно работает.

 

 Маслосъёмные кольца устанавливаются ниже компрессионных поршневых колец. На поршни двигателей современных легковых автомобилей устанавливается всего по одному маслосъёмному кольцу. Хотя старые двигатели, особенно предназначенные для стационарного применения, использовали по несколько маслосъёмных колец.

 Маслосъёмные кольца предназначены для регулирования количества масла, находящегося на стенках цилиндра. Тут не очень подходит русская поговорка: «Кашу маслом не испортишь». Масла на стеках цилиндра должно быть не как можно больше, а ровно сколько необходимо. Недостаточное количество масла приведёт к масляному голоданию и, вследствие этого, к повышенному износу поршневых колец, поршня и поверхности цилиндра. В некоторых тяжёлых условиях работы двигателя при наличии масляного голодания могут произойти задиры в соединение поршня с цилиндром, и даже полное заклинивание поршня в цилиндре. Так же нежелательно излишнее количество масла на стенках цилиндра. Лишнее масло, через компрессионные кольца попадает в камеру сгорания двигателя. Что приводит к повышенному расходу масла, образованию нагара на стенках камеры сгорания, клапанах и свече зажигания. Нагар от сгоревшего масла в камере сгорания и на клапанах значительно ухудшает некоторые технические характеристики двигателя. Во время работы двигателя система смазки разбрызгивает в нижней внутренней полости цилиндра большое количество смазки, необходимого для смазывания поршневого пальца и охлаждения поршня.

 При перемещении поршня вниз, маслосъёмное кольцо своими кромками собирает излишнее масло со стенок цилиндра и через дренажные отверстия в канавке поршня направляет его во внутреннюю полость поршня. Далее масло стекает в масляный поддон, возвращаясь в систему смазки двигателя.

 Для надёжной работы двигателя на стеке цилиндра должен находится тонкий слой масла, установленной толщины. Слой масла зависит не только от маслосъёмного кольца, но и от качества обработки поверхностей, как самих стенок цилиндров, так и поршня. Иногда можно слышать мнение, что чем чище отполирована поверхность стенки цилиндра, тем меньше сила трения и тем лучше работает двигатель. На самом деле это не так.

 Составные трёхкомпонентные маслосъёмные кольца оставные маслосъёмные кольца с различными типами расширителей

 Различные типы тангенциальных расширителей составных маслосъёмных колец

 

 

Составное четырёхкомпонентное кольцо

1. Верхняя плоская пластина
2. Осевой расширитель
3. Радиальный расширитель
4. Нижняя плоская пластина

 

Материалы поршневых колец

 К материалам, из которых изготавливаются поршневые кольца, предъявляются очень высокие требования. Во время работы температура верхнего компрессионного кольца достигает 300º С. При этой температуре кольцо должно сохранять эластичность, обладать низким коэффициентом трения по материалу, из которого изготовлены стенки цилиндров, и иметь высокую износоустойчивость. До 50 ÷ 60% всех потерь на трение в двигателе приходится на трение между поршневыми кольцами и стенками цилиндра.

 Обычно компрессионные поршневые кольца двигателей серийных автомобилей изготавливаются из специальных сортов прочного легированного чугуна, но в последнее время компрессионные кольца, особенно высокофорсированных двигателей, изготавливаются из стали. Для повышения износостойкости компрессионных колец на них рабочую поверхность наносится хромовое или молибденовое покрытие. Пористый хром, применяемый для покрытия поршневых колец, удерживает на своей поверхности необходимое количество масла. Эти покрытия имеют не только высокую износостойкость, но и уменьшенный коэффициент трения в паре с чугуном, из которого изготовлен блок цилиндров или вплавленные гильзы цилиндров алюминиевого блока. На поршневые кольца молибден наносится методом плазменного напыления. Поскольку молибден достаточно дорогой металл, обычно он наносится только на верхнее компрессионное кольцо, при этом перед напылением молибдена на рабочей поверхности кольца делается тонкая пазовая проточка. По своим физическим качествам хромированные поршневые кольца несколько отличаются от поршневых колец с молибденовым покрытием.

 Неисправности поршневых колец

 Основной неисправностью поршневых колец является их износ в процессе продолжительной эксплуатации. Ресурс поршневых колец двигателей отечественных автомобилей приблизительно равен 150000 км. (Вернее состояние соединения между поршневыми кольцами и стенками цилиндров). Кольца современных автомобилей передовых производителей могут служить до 300000 км, правда, иногда приходится слышать от владельцев, что двигатель их автомобиля уже прошёл 500000 км. Пробег лучших грузовых автомобилей-тягачей может быть более 1000000 км. Но эти пробеги могут быть значительно уменьшены неправильной эксплуатацией. К ускоренному износу поршневых колец приводит несвоевременная замена масла в двигателе, использование не подходящего для этого двигателя или загрязнённого мала. Несвоевременная замена воздушного фильтра и, тем более, эксплуатация автомобиля вообще без воздушного фильтра или езда по пыльным дорогам. Применение некачественного топлива или несвоевременная замена топливного фильтра. К тяжёлым условиям можно отнести постоянную эксплуатацию автомобиля в городских пробках. Очень вредны для колец кратковременные поездки, при которых двигатель не успевает прогреться до нормальной рабочей температуры, особенно в зимнее время. Не допускается эксплуатация двигателя с высокими нагрузками, до его полного прогрева. Система управления двигателя некоторых высокофорсированных автомобилей не позволяет двигателю развивать полную мощность, пока температура масла в двигателе не достигнет установленного предела. Именно масла, а не охлаждающей жидкости системы охлаждения.

 Бывают случаи быстрого, лавинообразного разрушения поршневых колец. Это может произойти или из-за сильного перегрева двигателя или в результате работы двигателя в условиях недостаточной смазки. В таких случаях возможно заклинивание колец в цилиндре, образование задиров на стенках цилиндра и поршне, разрушение поршневых колец и перегородок между кольцевыми канавками поршня. Такое состояние двигателя диагностируется достаточно легко. Признаком недопустимого износа поршневых колец является повышенное потребление масла. Если двигатель малолитражного автомобиля расходует более 0,5 литра масла на 1000 км и при этом при трогании с места после остановки перед светофором наблюдается появление из системы выпуска сизого дыма, можно предположить что поршневые кольца двигателя имеют недопустимый износ. В этом случае может наблюдаться повышенное давление картерных газов двигателя, которое можно определить, отсоединив шланг системы принудительной вентиляции картера двигателя. Также о большом давлении картерных газов свидетельствуют протечки масла через сальники, прокладки и другие уплотнения двигателя.

 

Для более точного диагностирования необходимо проверить компрессию в цилиндрах двигателя и проверить состояние цилиндропоршневой группы методом утечки сжатого воздуха.

Прямоугольное поршневое кольцо

Первоначально компрессионное поршневое кольцо в разрезе имело достаточно простую прямоугольную форму, но со временем форма колец стала значительно сложнее. Самый распространённый вид современных компрессионных поршневых колец.

Верхнее компрессионное кольцо

Первое (верхнее) компрессионное кольцо

Поршневые кольца —

Второе компрессионное кольцо

Второе компрессионное кольцо

Кольцо имеет наружную (рабочую) поверхность, непосредственно соприкасающуюся со стенками цилиндра, внутреннюю поверхность, направленную в сторону центра окружности кольца и две боковые поверхности, верхнюю и нижнюю. В результате эволюции двигателя форма разреза кольца перестала быть прямоугольной. Для обеспечения большей долговечности кольца, его более быстрой притирке к поверхности цилиндра, уменьшения вероятности закоксовывания колец в канавках поршня и для обеспечения других рабочих характеристик кольца форма разреза кольца стала довольно сложной и очень разнообразной.

Ремонт двигателя. Кольцевая дорожка

При ремонте и модернизации двигателя возникает вопрос, какие поршневые кольца установить. Чтобы не ошибиться, нужно хотя бы в общих чертах представлять себе условия работы колец и требования, которые к ним предъявляются

Алексей Березин

При ремонте и модернизации двигателя возникает вопрос, какие поршневые кольца установить. Чтобы не ошибиться, нужно хотя бы в общих чертах представлять себе условия работы колец и требования, которые к ним предъявляются.

Поршневые кольца делятся на компрессионные и маслосъемные. Первые уплотняют камеру сгорания и передают теплоту от поршня в блок (гильзу цилиндра). Вторые препятствуют попаданию масла в камеру сгорания.

Уплотнение компрессионными кольцами происходит за счет прижатия кольца к цилиндру силами упругости материала кольца и давления газов, проникающих из камеры сгорания в заколечное пространство через зазоры. При частичных нагрузках давление в камере сгорания уменьшается, и основное значение в уплотнении приобретают упругие свойства материала и форма кольца. Высокая температура, разумеется, снижает его упругость.

Надежность уплотнения зависит и от формы цилиндра (овальность, корсетность), препятствующей плотному прилеганию кольца к цилиндру. Кроме того, неровности сопрягаемых поверхностей, износ цилиндра в зоне остановки колец, износ поршневых канавок и соответствующих поверхностей колец вызывают их вибрацию в осевом и радиальном направлениях, что приводит к усталостному разрушению колец.

На первое поршневое кольцо приходятся самые большие нагрузки. Оно работает при температуре 180 — 210 °C, и поскольку масляный слой в зоне остановки поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) практически отсутствует, в поверхностных слоях кольца, контактирующих с цилиндром, температура существенно выше — из-за трения. Увеличение теплового зазора между поршнем и цилиндром при износе вызывает качание поршня при перекладках в верхней и нижней (НМТ) мертвых точках, что придает боковой поверхности кольца бочкообразную форму. Это помогает его всплытию на масляном слое в средней части цилиндра.

Второе кольцо работает в более благоприятных условиях, поскольку температура поршня в его зоне значительно ниже (150 — 170 °C), горячих газов меньше, а масляный слой толще.

Маслосъемное кольцо меньше подвержено тепловым нагрузкам, однако оно должно регулировать подачу масла к компрессионным кольцам так, чтобы его хватало для смазки, но в камеру сгорания проникало как можно меньше.

На долю поршневых колец приходится 40 — 50% всех механических потерь на трение в двигателе, причем на первое компрессионное кольцо — 60%, на второе — 30%, на маслосъемное — 10% затрат энергии на трение колец.

Компрессионные кольца бензиновых двигателей обычно изготавливают из специальных марок чугуна, изредка — из стали (например, кольца диаметром 100 мм для ЗИЛов и УАЗов). Первое компрессионное кольцо, как правило, прямоугольной формы, но в некоторых случаях на внутреннем диаметре делается довольно большая фаска, создающая напряжение изгиба кольца и улучшающая съем масла. Такая конструкция принята на «москвичевских» кольцах, а также на изготовленных фирмой Goetze для «Волг» и УАЗов (и подходящих для ГАЗ-53). При установке зарубежных колец необходимо обращать внимание на их правильное положение — верх определяется по надписи «ТОР».

Наружная рабочая поверхность кольца должна иметь покрытие из хрома, обладающего необходимой твердостью и низким коэффициентом трения. Высокая температура плавления хрома не дает произойти «схватыванию» материалов кольца и цилиндра при отсутствии масла в зоне остановки кольца. Хромовое покрытие должно быть толщиной не менее 0,1 мм (без приборов толщину покрытия можно увидеть на фаске на торце в замке кольца, правда, на отечественных кольцах фаска, как правило, отсутствует или завалена, т. к. делается вручную; за рубежом эта операция выполняется на специальных шлифовальных станках, вследствие чего фаска чистая, хорошая, и видна толщина хрома).

Хром должен иметь матовый цвет, получаемый при соответствующей гальванической обработке. Это так называемый «пористый» хром, который несколько мягче жесткого, блестящего, лучше прирабатывается и удерживает в микропорах масло, отчего снижаются трение и износ покрытия.

В процессе работы покрытие все равно изнашивается, поэтому чем оно толще (в определенных пределах), тем дольше служит. (Здесь возникает вопрос о различных противоизносных, металлоплакирующих и антифрикционных добавках в масло, но это тема другого разговора.) Износ хромового покрытия вызывает повышение трения кольца, ускоренный износ основного металла кольца, снижение компрессии и увеличение расхода масла.

Торцы кольца в замке должны быть ровными и хорошо прилегающими друг к другу при сжатии кольца, фаска — маленькой и аккуратной. При несоблюдении этих требований увеличивается прорыв горячих газов в зоне стыка, вызывающий местный перегрев и повышенный износ кольца. В случае общего перегрева поршня (например, при перегреве двигателя) возможно исчезновение теплового зазора в замке и, как следствие, задиры и поломки кольца и цилиндра.

Остальные поверхности кольца чаще всего бывают фосфатированы. Это противоизносное и антикоррозионное покрытие должно быть глубоким, что определяется по плотному черному цвету, без просветов основного металла.

Возможны и другие виды покрытий рабочей поверхности, например, молибденовые — снижающие трение, термостойкие (молибден выдерживает температуру до 2620 °C), а также металлокерамические и керамические, наносимые в вакууме или газовых средах с помощью плазменных технологий. Такие покрытия в массовом производстве встречаются достаточно редко и только за рубежом.

При замене колец без ремонта блока или гильз применяются кольца без хрома, т. к. он плохо прирабатывается к поверхности с высокой чистотой, образующейся при длительной работе колец. Если хромированные кольца устанавливаются в работавший цилиндр, то при обкатке двигателя применяются специальные масла, обеспечивающие ускоренную приработку в первую очередь поршневых колец.

Второе компрессионное кольцо решает две задачи: уплотнения зазора между поршнем и цилиндром от газов, проникших за первое кольцо; снятия масла, проникшего за маслосъемное кольцо (не полностью, а пропустив его в количестве, необходимом для смазки первого кольца, то есть деталь играет роль и компрессионного, и маслосъемного колец).

Это кольцо работает при более низких температурах и наличии достаточного количества масла на трущейся поверхности, поэтому в бензиновых двигателях, как правило, рабочая поверхность кольца не покрывается хромом — оно целиком фосфатируется или покрывается каким-либо другим противоизносным слоем, например, оловом. Материал кольца практически у всех производителей — специальный чугун.

Для выполнения маслосъемной функции рабочая поверхность кольца имеет проточку с острой кромкой или делается в форме конуса с очень малым углом (так называемое «минутное» кольцо, которое также может иметь проточку на рабочей поверхности или на внутренней — вызывающую искривление кольца и образование на рабочей поверхности острой кромки). Cпецифическая форма кольца требует его правильной установки на поршень. «Минутные» кольца для бензиновых двигателей, более сложные и дорогие, наша промышленность не выпускает. За рубежом делают кольца всех типов.

Сравнивая особенности конструкции второго компрессионного кольца, т.е. способы образования маслосъемной кромки, можно отметить положительный момент у колец с наружной проточкой и «минутных»: у них, по сравнению с кольцами, имеющими проточку на внутренней поверхности, не искажаются плоскости прилегания кольца к сопрягаемым поверхностям канавок поршня. Благодаря этому канавка не деформируется, улучшается теплоотвод от поршня и повышается ресурс цилиндропоршневой группы.

Окончательно конструкцию кольца можно подобрать только опытным путем, проводя ресурсные испытания. Обращаясь к опыту ведущих мировых производителей, можно сказать, что они чаще применяют «минутные» кольца с проточкой или без нее. У нас для «Волг» продаются кольца фирмы Goetze «минутного» типа. Для ВАЗов применяется второе компрессионное кольцо прямоугольной формы с проточкой по рабочей поверхности. При выборе комплекта колец нужно обратить особое внимание на стык и покрытие, как было указано выше.

Перейдем к маслосъемному кольцу. Из всего комплекта колец оно работает в наиболее легких условиях — как по температуре, так и по условиям смазки. Его задача — регулировать количество масла, поступающего к компрессионным кольцам, обеспечивая смазку первого компрессионного кольца, но не допуская при этом излишнего поступления масла в камеру сгорания.

Чаще всего используются два конструктивных исполнения кольца — коробчатого типа и сборной конструкции.

Коробчатое кольцо изготавливают из чугуна. Оно имеет на рабочей поверхности два пояска, снимающих масло с поверхности цилиндра. Пояски бывают различной формы, например, прямоугольные (двигатель типа 412) или трапециевидные с разным направлением уклона.

Для увеличения жесткости кольца, повышающей степень съема масла, внутри устанавливают пружинный расширитель.

Кольцо сборной конструкции состоит из двух стальных колец, которые удерживаются в канавке расширителями различной конструкции. Каждое из колец работает в какой-то степени независимо друг от друга, повышая тем самым маслосъемные свойства этого типа конструкции. Однако при износе хромового покрытия на рабочей кромке происходит резкое увеличение коэффициента трения при контакте стального кольца с чугуном цилиндра в зоне остановки кольца в ВМТ и НМТ, и там появляется ступенька, приводящая к вибрации кольца и прогрессирующему износу кольца и цилиндра, а в зоне ВМТ — еще и компрессионных колец (на этот сложный процесс значительное влияние оказывают свойства масла и его температура).

Коробчатое кольцо такого дефекта не имеет, т. к. изготавливается из чугуна (коэффициент трения пары «чугун-чугун» равен 0,15, а пары «сталь-чугун» — 0,18). При износе хромового покрытия это кольцо меньше изнашивает цилиндр и не создает уступа, как стальное.

Вне зон ВМТ и НМТ, когда увеличивается скорость поршня, происходит всплытие колец на масляной пленке, пропадает контакт колец с поверхностью цилиндра. Износ исчезает, что хорошо видно при осмотре поверхности цилиндра.

Для двигателей, имеющих небольшую наработку (как правило, у машин, находящихся в личном пользовании), конструкция маслосъемного кольца безразлична, здесь решающим фактором является качество хромового покрытия. А вот для двигателей с большой наработкой (у автомобилей, используемых в коммерческих целях) более предпочтительно использование маслосъемных колец коробчатого типа.

Остальные поверхности маслосъемного кольца, как правило, фосфатируются.

General Motors, Volkswagen, Mercedes-Benz, Fiat, BMW, Chrysler, Porsche чаще применяют в двигателях легковых машин коробчатые кольца, Ford и Renault — сборные. В зависимости от задач применяются как коробчатые, так и сборные и другие виды маслосъемных колец.

Для дизелей применяются только коробчатые маслосъемные кольца. В связи с повышенной теплонапряженностью дизельной цилиндропоршневой группы необходимо еще более тщательно контролировать качество используемых деталей. Здесь доверие «левшам» стоит значительно дороже.

После замены колец наступает важный момент — обкатка двигателя. В это время пара трения «кольцо-цилиндр» требует особого внимания, т.к. поверхность кольца, покрытая хромом (особенно хромом низкого качества), усиленно снимает поверхностный слой цилиндра, где при окончательной обработке нанесены риски для создания маслоудерживающей сетки.

В нашей стране и за рубежом давно применяются различные обкаточные масла или добавки в рабочие масла, способствующие ускоренному созданию микрорельефа со сглаженными вершинами (за счет физико-химических реакций в наиболее нагруженных зонах). Конечно, необходимо тщательно соблюдать требования производителей масел и добавок.

Оптимальная поверхность, без выступающих элементов, испытывает меньшие контактные нагрузки. По ней более равномерно распределяется масляная пленка, выдерживающая большие давления, которые возникают во время работы. Таким образом, ускоренная приработка колец и поверхности цилиндра — залог увеличенного ресурса двигателя.

Мы рассмотрели лишь основные моменты работы колец. Многофакторность функционирования системы «поршень-кольца-масло-температура двигателя-тип рабочего процесса» требует анализа работы каждого элемента в различных условиях эксплуатации.

Редакция рекомендует:

---

---

---

---

---

Хочу получать самые интересные статьи

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.

Поршневая группа: поршневые компрессионные кольца

Компрессионные поршневые кольца  предот­вращают прорыв, т.е. утечку газов из надпоршневой полости, поддерживают давление или, как говорят, компрессию в цилиндре. По особенностям конструкции их подразделяют на: прямоуголь­ные, конусные, скрученные, клиновидные, комбинированные и ви­тые (рисунок). 

Кольца прямоугольного сечения являются наиболее простыми (см. рисунок а). Однако, имея сравнительно широкую контактную поверхность, они с трудом прирабатываются к цилиндрам и плохо приспосабливаются к зеркалу в случае замены износившихся колец новым комплектом (В эксплуатации промежуточную смену изношенных колец делают без расточки цилиндров, если конусность и овальность их стенок находится в допустимых пределах).

 

 

Необходимость приработкиколец вызывается наличием зазоров-просветов между стенками цилиндра и наружнойобразующей кольца, которые при всей тщательности обработки практически всегдаимеют место. Если при опробовании в специальном калибре величина просвета непревышает 0,02мм,ано окружности соизме­рима с дугой в 30°, то поршневое кольцо считают пригодным.Оче­видно, чем больше просветы и шире наружная образующая кольца, темдлительнее бывает период приработки кольца, обеспечивающий полноесоприкосновение его с зеркалом цилиндра.

 

Конусные кольца характеризуются тем, что наружная сторона выполняется в виде усеченного конуса под углом в 0,5—3° к парал­лельным между собой боковым поверхностям (см. рисунок б). Такие кольца несколько удорожают производство, но зато сравнительно быстро прирабатываются к цилиндрам и лучше приспосабливаются к возможным неровностям зеркала, поскольку соприкасаются с ним только узким пояском. При установке конусного кольца в цилиндр надо следить, чтобы меньшее основание конуса было обращено в сторону днища поршня. Тогда при ходе поршня к н.м.т. кон­тактный поясок кольца будет соскабливать (собирать) масло со сте­нок цилиндра, а при ходе к в. м.т. образующийся масляный клин отжимает его от зеркала. Это улучшает смазку верхней зоны стенок цилиндра и поршневых колец и уменьшает возможное проникнове­ние масла в камеру сгорания.

 

Конусные поршневые кольца используются, например, в двига­телях ЗИЛ-130 и В-2 в качестве третьего и соответственно третьего и четвертого компрессионных колец.

 

Поршневые кольца с несимметричным сечением показаны на рисунке в. От прямоугольных они отличаются только тем, что на внутренней или наружной их стороне делают проточку (с внут­ренней стороны проточка заменяется иногда фаской).

 

Кольца с нарушенной симметрией сечения, имеющие проточку на образующей внутренней стороне, при установке в цилиндр несколько закручиваются, вследствие чего наружная образующая у них принимает форму усеченного конуса, как показано на рис. 2, в. Такие кольца называются скрученными, или торсион­ными. Они позволяют сочетать достоинства прямоугольных (про­стоту изготовления) и конусных колец, поэтому широко приме­няются в двигателях автомобильного типа. В частности, они исполь­зуются для всех отечественных карбюраторных двигателей.

 

Несимметричные поршневые кольца с проточкой по наружной стороне имеют повышенное радиальное давление па стенки цилинд­ра, что улучшает их работоспособность.

 

При одевании на поршень несимметричных поршневых колец надо следить, чтобы проточка па внутренней стороне была обра­щена к днищу поршня, а наружная проточка — в сторону юбки.

 

Клиновидные или трапецеидальные кольца выполняются с непа­раллельными боковыми поверхностями, наклоняемыми друг к другу под углом примерно равным 5—10° (см. рисунок г). Сравнительно с другими они более сложны в производстве, причем в процессе износа зазоры у боковых поверхностей их прогрессивно возрастают. Однако эти серьезные недостатки полностью компенсируются тем, что клиновидные кольца хорошо сохраняют свою подвижность в канавке поршня в холодном состоянии, так как не склонны к закоксовыванию (пригоранию) и залеганию в канавке вследствие осмо-ления. Под действием газовых сил на боковые наклонные поверх­ности у них появляется горизонтальная составляющая сила (см. рисунок г), увеличивающая давление кольца па стенки цилинд­ра, что приобретает важное значение по мере износа колец и стенок канавки.

 

Клиновидные поршневые кольца чаще всего используются в каче­стве верхних компрессионных колец тракторных дизелей, где вероятность закоксовывания обычных колец бывает особенно высо­кой.

 

На автомобильных V-образпых дизелях ЯА13-236 и ЯД\3-238 применяются по три клиновидных кольца, у которых боковая (торцовая) поверхность, обращенная в сторону юбки, выполняется перпендикулярно к образующим поверхностям кольца (см. рисунок г). При одной наклонной боковой поверхности изготовление клино­видных колец несколько упрощается, а основное их достоинство — подвижность кольца в канавке поршня сохраняется.

 

Комбинированные поршневые кольца состоят из обычных пря­моугольных чугунных колец 3, двух стальных пластинчатых колец 1 и радиального расширителя 2 (см. рисунок д). Стальные пластин­чатые кольца, кроме функций уплотнения, уменьшают также износ стенок канавки поршня, а радиальный расширитель обеспе­чивает нужное давление колец на стенки цилиндра, вследствие чего они дольше сохраняют свою работоспособность.

 

Радиальные расширители или экспандеры изготовляют из тон­кой стальной ленты, которой придают форму многоугольника, как показано на рисунке, д. Такая пружина, установленная в канав­ку поршня за кольца, поджимает их к стенкам цилиндра, обеспе­чивая нужное радиальное давление. Кольца с расширителями обычно не применяют в качестве верхних компрессионных колец, поскольку последние подвержены сравнительно высокому нагреву, снижающему упругость экспандеров. Комбинированные поршне­вые кольца из-за громоздкости не получили большого распростра­нения.

 

Витые кольца, показанные на рисунке е, изготовляют из тонкой высокоуглсродистой стальной полированной ленты. Лента толщи­ной 0,7 мм навивается на ребро в специальном приспособлении в виде непрерывной спирали, которая разрезается потом на отдель­ные кольца. Кольцам придают тарельчатую форму, как показано на рисунке е, и ставят в канавку поршня в виде пакета, состоящего минимум из трех таких элементов со смещенными относительно друг друга замками. Кольца ставятся в канавку с некоторым натягом, что исключает осевое перемещение их относительно поршня и обеспечивает необходимое радиальное давление на стенки цилинд­ра. Установленные в цилиндр, они должны иметь строго цилин­дрическую форму, прилегать к стенкам без просветов и оказывать на них по возможности равномерное давление.

 

Преимущества стальных витых колец заключаются в том, что отдельные’тонкие элементы, составляющие пакет, лучше прилегают к стенкам цилиндра, чем поставленное в эту канавку одно чугунное кольцо. На контактной поверхности со стенками цилиндра тонкие пластинки образуют кольцевые канавки, в которых накапливается масло, вследствие чего обеспечивается падежная смазка трущихся поверхностей и улучшается уплотнение цилиндра. К тому же перекрытие замков и плотное прилегание тонких тарельчатых колец к торцовым стенкам канавки поршня способствует умень­шению прокачки масла в камеру сгорания.

 

Витые стальные кольца рекомендуется устанавливать в нерас-точенные цилиндры вместо изношенных чугунных колец при ремон­те двигателей. Иногда применяют их и для новых двигателей. К сожалению, они не могут быть использованы в качестве верхних компрессионных колец, поскольку в условиях повышенного нагрева утрачивают упругость и вследствие ограниченной контактной поверхности с зеркалом цилиндра не обеспечивают нужной интен­сивности отвода тепла от головки поршня.

 

В двигателях с принудительным зажиганием в цилиндры уста­навливают по 2—3 компрессионных кольца, а дизели, работающие с более высокими давлениями в цилиндре и самовоспламенением рабочей смеси, нуждаются в большем числе компрессионных колец. В быстроходных дизелях автомобильного типа ставят 3—4 кольца, а в тихоходных число компрессионных колец доводят до 5—6 на пор­шень. Иначе из-за утечки воздуха при пуске холодного двигателя в конце хода сжатия в цилиндре не удается обеспечить необходимый для самовоспламенения топлива нагрев рабочей смеси.

 

Компрессионные кольца современных автомобильных двигате­лей имеют высоту h, равную примерно 2—3 мм. С увеличением h возрастают потери на трение и ухудшается приспособляемость колец к зеркалу цилиндра, а с уменьшением h ухудшается тепло-отвод от головки поршня и увеличивается вероятность поломки колец при сборке. Высоту кольца выбирают сообразно с этими обстоятельствами.

 

Эффективность действия компрессионных колец предопределяет­ся не только хорошим прилеганием их к стенкам цилиндра. Уста­новленные в канавки поршня, они образуют «лабиринт», ограничи­вающий прорыв газов из цилиндра через систему зазоров, обяза­тельных для его уплотнительного механизма. При сжатии, расширении и выпуске газы через торцовые зазоры и замки проникают вначале за верхнее поршневое кольцо, а когда на ходе впуска оно прижимается к верхней стенке поршневой канавки, перетекают в пространство между первым и вторым кольцами! Таким же образом газы проникают за второе, третье и другие кольца, постепенно утрачивая свое давление вследствие дроссе­лирующего действия зазоров. Установлено, что в процессе работы быстроходных двигателей давление за кольцами составляет при­мерно 3/4 от давления Р в цилиндре за первым (верхним), 1/5 за вто­рым и около 1/10 за третьим компрессионными кольцами. Это значительно превышает собствен­ное их радиальное давление.

 

Практика показывает, что эффективность лабиринтного уплотнения во многом зависит от тщательности обработки боко­вых (торцовых) поверхностей поршневых колец. Поэтому боко­вые поверхности колец подвер­гают многократной шлифовке, чтобы обеспечить их параллель­ность и высокую чистоту обра­ботки, тогда как обработку на­ружной образующей кольца ограничивают чистовым (алмазным) обтачиванием. Если при ремонте двигателя возникает необходимость в некотором уменьшении высоты кольца, то металл надо снимать только с одной боковой поверхности и следить за тем, чтобы при сборке поршневой группы эта поверхность была обращена в сторону днища поршня. Иначе работа лабиринтного уплотнения будет нарушена.

Для уменьшения прорыва газов через замки колец последние должны быть смещены относительно друг друга и при сборке дви­гателя равномерно распределены по окружности цилиндра. Порш­невые кольца в процессе работы, как известно, проворачиваются (перемещаются) по канавке и это оказывается полезным для сохра­нения обязательной их подвижности в канавке, а вероятность нежелательного при этом совмещении замков ничтожна. Поэтому к фиксации поршневых колец прибегают только в двухтактных двигателях, где замки во избежание поломки колец не должны попадать в продувочные и выпускные окна цилиндра.

 

 

Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г.

---

Newer news items:

Older news items:

---

Что такое поршневые кольца? И что они делают? : Блог AMSOIL

В какой-то момент каждый подающий надежды редуктор или любопытный автомобилист спрашивает: что такое поршневые кольца? А что делают поршневые кольца?

Проще говоря, поршневые кольца образуют уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра , которое предотвращает попадание сжатых продуктов сгорания в масляный картер. Они также регулируют расход масла , предотвращая попадание излишков масла в камеру сгорания и сгорания.Правильно функционирующие кольца жизненно важны для максимальной мощности и эффективности двигателя.

Давайте углубимся.

Для чего нужны поршневые кольца?

Большинство стандартных автомобильных поршней имеют три кольца, как показано здесь на этом новом автомобильном поршне.

Верхнее кольцо и второе кольцо отвечают за плотное прижатие к стенке цилиндра и герметизацию камеры сгорания, удерживая дымовые газы внутри и масло наружу.

Масло Кольцо соскребает масло со стенок цилиндра на пути вниз по цилиндру, оседая обратно в масляный поддон.Поскольку очень тонкая масляная пленка смазывает поверхность раздела кольцо / стенка цилиндра, некоторое количество масла может гореть во время сгорания — это нормально. Однако то, что составляет «нормальный» расход масла, зависит от двигателя.

Когда выходят из строя хорошие поршневые кольца

Изношенные кольца могут привести к образованию зазора между поверхностью кольца и стенкой цилиндра. Во время сгорания сжатые газы, которые приводят поршень в движение вниз по цилиндру и вращают коленчатый вал, могут продувать поршень и перемещаться по стенке цилиндра в масляный поддон, забирая с собой мощность и эффективность.Прорыв также загрязняет моторное масло, снижая его производительность и срок службы.

Застрявшие кольца могут привести к тому же сценарию. Чрезвычайно горячие газы сгорания могут разрушать масло, образуя нагар в кольцевых канавках. Побочные продукты бензина также могут образовывать отложения. Тяжелые отложения приводят к тому, что кольца застревают в канавках, а не выступают над поршнем, позволяя образоваться зазору между кольцом и стенкой цилиндра, что вызывает прорыв и расход масла.

Синий дым, резкий запуск и потеря мощности

Негативные последствия неисправных поршневых колец часто легко заметить. Чрезмерный расход масла может привести к выходу синего дыма из выхлопной трубы, особенно при запуске, прежде чем двигатель нагреется и кольца в цилиндре расширились. Сжигание масла также означает, что вам нужно будет чаще доливать масло.

Изношенные или застрявшие кольца также могут привести к трудным запускам и снижению мощности .

Когда двигатель вращается, поршень сжимает топливно-воздушную смесь перед сгоранием. Однако плохие кольца позволяют части топлива / воздуха выходить из камеры сгорания, эффективно снижая компрессию двигателя и затрудняя запуск двигателя.Когда он работает, пониженная компрессия лишает двигатель мощности.

На изображении выше верхнее кольцо застряло в канавке, на что указывает тот факт, что оно не выступает над поршнем. Заедание поршневых колец снижает мощность двигателя и позволяет газам сгорания попадать в масляный поддон, загрязняя масло.

Поршневые кольца на изображении выше свободны в своих канавках и работают нормально

Профилактика — лучшая практика

Предотвращение износа и заклинивания колец жизненно важно для максимального увеличения мощности, эффективности и срока службы вашего двигателя. Все начинается с использования высококачественного синтетического масла, такого как AMSOIL Signature Series Synthetic Motor Oil, которое борется с износом и выдерживает экстремальные температуры, сохраняя поршни в чистоте.

Если вы подозреваете, что кольца изношены или застряли, подумайте о том, чтобы использовать масло самой высокой вязкости, рекомендованное производителем оригинального оборудования (OEM). Некоторые производители оригинального оборудования рекомендуют диапазон вязкости в зависимости от вашего климата (например, 5W-20, когда холодно, 10W-30, когда температура выше 0 ° F). Использование наивысшей рекомендованной вязкости может помочь закрыть зазор между кольцами и стенкой цилиндра .

Вы также можете попробовать освободить застрявшие кольца с помощью качественной промывки двигателя или присадки к топливу, предназначенной для очистки от отложений, например, AMSOIL Engine and Transmission Flush или AMSOIL P.i.® Performance Improver.

Обновлено. Первоначально опубликовано 8 июля 2016 г.

Что делает 2-е поршневое кольцо? Объяснение назначения и функции!

Пакеты поршневых колец спроектированы так же тщательно, как и любая высокопроизводительная деталь, но «средний ребенок» может быть самым неправильно понятым.Вот взгляд на науку, которая входит в дизайн второго кольца.

С момента изобретения металлического поршневого кольца в начале промышленной революции (которое, как вы можете утверждать, в конечном итоге сделало паровую мощность непрактичной), постоянно совершенствовались технологии уплотнения цилиндров для этих, казалось бы, простых деталей. Кольцевой пакет преследует три основные цели: удерживать давление в камере сгорания как при такте сжатия, так и во время рабочего хода, передавать тепло от поршня к стенкам цилиндра, откуда его можно удалить с помощью воздушного или жидкостного охлаждения, и контролировать смазку для ограничения расхода масла. и нежелательные выбросы.

Обычный автомобильный кольцевой затвор должен работать в гармонии, чтобы герметизировать давление сгорания, контролировать масло и передавать тепло в блок цилиндров.

В то время как легко взглянуть на верхнее кольцо или масляное кольцо внизу и интуитивно понять их вклад в достижение этих целей, второе кольцо представляет собой скорее загадку. Что он должен делать и зачем это нужно? Как используемые материалы и физические свойства второго кольца влияют на производительность? Чтобы ответить на эти вопросы, мы обратились к старшему техническому менеджеру по работе с клиентами Алану Стивенсону, ведущему источнику знаний о поршневых кольцах.

Обратите внимание на изящную форму крючка на краю кольца. Это 2-е кольцо типа Napier, и этот «крючок» помогает ему стягивать масло со стенок цилиндра, когда поршень скользит по отверстию цилиндра.

Для нашего первого вопроса мы спросили Стивенсона, играет ли второе кольцо роль в сдерживании сжатых или горючих газов. «Было время, когда отверстия были такими плохими с точки зрения обработки поверхности, округлости и так далее, а материалы колец были намного хуже, так что раньше поршни имели четыре кольца; два для компрессионного уплотнения, один для очистки масла и один для перекачки масла », — поясняет он.«Терминология не поспевает за технологиями. Называть современное второе кольцо компрессионным кольцом неправильно ».

Так каков вклад современного второго кольца в уплотнение камеры сгорания? Пер Стивенсон, «Незначительно. Были опубликованы документы SAE, которые доказывают, как увеличенные зазоры второго кольца на самом деле увеличивают уплотнение и мощность верхнего кольца. Уплотнение горения — это 100% работа верхнего кольца ». В сочетании с другими характеристиками поршня роль второго кольца в этом отношении заключается в поддержании давления в щели между ним и верхним кольцом на как можно более низком уровне, обеспечивая любой прорыв, который заставляет его пройти мимо верхнего компрессионного кольца, способ быстро побег в картер.

В то время как маслосъемные кольца выполняют основную часть работы по «откачке» масла от поверхности стенки цилиндра, второе кольцо играет жизненно важный ролик, соскребая его с поверхности цилиндра.

«Канавка аккумулятора работает вместе с большими зазорами 2-го кольца», — объясняет Стивенсон. «Короче говоря, всегда будет некоторая утечка давления сгорания за верхнее кольцо из-за движения вторичного поршня и поперечного люка цилиндра. Любое давление, которое проходит мимо верхнего кольца, имеет тенденцию попадать в ловушку между верхним и вторым кольцами, что затем оказывает давление на верхнее кольцо снизу, что приводит к дрожанию кольца (особенно на высоких оборотах).Канавка гидроаккумулятора создает дополнительный объем, который снижает давление. Здесь применяется закон Бойля; объем и давление имеют обратную зависимость, поэтому увеличение объема снижает давление. Соединение этого с большими зазорами второго кольца обеспечивает более плавный выход захваченного газа из этого пространства и уменьшает флаттер верхнего кольца ».

Поскольку второе кольцо специально не предназначено для использования в качестве уплотнения под давлением, оно часто имеет конструкцию, совершенно отличную от верхнего компрессионного кольца.Стивенсон говорит: «Многие верхние кольца имеют скосы внутреннего диаметра, которые заставляют их скручиваться противоположно силам, действующим на них, чтобы помочь удерживать их ровно в канавке для лучшего уплотнения. Вторые кольца имеют противоположный скос, поэтому они на самом деле скручиваются не в ту сторону, чтобы улучшить герметичность ».

Поскольку кольца продолжают уменьшаться в размерах для уменьшения трения, материалы и производство становятся все более критичными. Углеродистая сталь является предпочтительным материалом для большинства применений , особенно для более поздних моделей, и предлагает прочность и долговечность, намного превосходящие более ранние и более толстые кольца.

Итак, установив, что второе кольцо определенно не предназначено для обеспечения уплотнения сжатия или сгорания, как насчет второй основной цели пакета колец — передачи тепла от поршня к стенкам цилиндра, где им можно управлять? системой охлаждения? Может показаться, что относительно небольшой контакт колец между поршнем и отверстием не может быть значительным путем для теплопроводности, но оказывается, что он является основным источником. Пер Стивенсон: «Здесь много переменных, но кольца передают около 70 процентов тепла сгорания от поршня в систему охлаждения».

Остальные 30 процентов уходят другими путями, такими как радиационное и конвекционное охлаждение нижней стороны поршня в воздух внутри картера, кондуктивное охлаждение за счет контакта между юбкой поршня и расточкой цилиндра, а также тепло, отводимое через брызги масла от коленчатого вала. парусность. Некоторые двигатели даже используют масляные распылители в нижней части отверстия каждого цилиндра, которые направляют брызги смазки на нижнюю часть поршней, специально для того, чтобы способствовать охлаждению.

Более тонкие поршневые кольца могут быть повреждены во время установки с гораздо большей вероятностью, чем более старые кольца. Использование компрессора с коническим кольцом следует рассматривать как абсолютную необходимость при создании двигателя последней модели.

Несмотря на другие источники теплопередачи, кольцевой пакет принимает на себя большую часть нагрузки, когда речь идет о поддержании допустимой рабочей температуры поршня. Из ранее упомянутых 70 процентов общего тепла поршня: «Верхнее кольцо передает 45 процентов, второе кольцо — 20 процентов, а масляное кольцо — 5 процентов», — говорит Стивенсон.Хотя второе кольцо определенно играет свою роль в этой важной задаче, оно все же не является основной причиной присутствия кольца.

Как оказалось, второе кольцо имеет гораздо большее отношение к контролю смазки, чем «масляное кольцо» под ним. «Второе кольцо — это то, что очищает масло», — объясняет Стивенсон. «Масляное кольцо — это то, что собирает его и откачивает от стенок цилиндра через отверстия для возврата масла в канавке масляного кольца». Основная функция второго кольца состоит в том, чтобы постоянно удалять излишки масла из отверстия — при вращении кривошипа масло, выходящее из находящихся под давлением подшипников на больших концах штока, постоянно выбрасывается за поршнем, покрывая стенки отверстия.

Когда поршень движется вниз по каналу цилиндра, второе кольцо «соскребает масло со стенок цилиндра, одновременно обеспечивая смазку и предотвращая попадание масла в зону сгорания двигателя.

При ходе вниз второе кольцо и маслосъемное кольцо работают согласованно, очищая все, кроме небольшого количества масла, и возвращая его по отверстию в поддон. Стивенсон говорит: «Верхние кольца всегда будут получать скрытую смазку за счет масла, застрявшего в поперечном люке стенок цилиндра». Это та микроскопическая текстура на отверстии, которая удерживает достаточно масла, чтобы свести к минимуму трение между пакетом колец и стенкой цилиндра, в то время как второе кольцо предотвращает попадание слишком большого количества масла через верхнее кольцо в камеру сгорания.

Теперь, когда мы понимаем назначение каждого кольца в упаковке, мы можем понять, почему для верхнего и второго колец часто используются разные материалы и сечения колец. «Требования и предполагаемая функция верхнего и второго колец, безусловно, различаются, поэтому часто используются разные материалы», — продолжает Стивенсон. «В целом лучший материал верхнего кольца — сталь. Конечно, некоторые стали лучше, чем другие, но по мере того, как кольца становятся меньше и удельная производительность увеличивается, требования к верхнему кольцу (которое подвергается наибольшим злоупотреблениям) становятся самыми высокими. ”

Переместите канавку на поршне вниз, и при выполнении другой работы требования к используемому материалу будут ниже. Пер Стивенсон: «Многие вторые кольца гоночных двигателей по-прежнему изготавливаются из чугуна или ковкого чугуна. Второе кольцо не находится под достаточным напряжением и температурой, чтобы требовать стали ». Форма кольцевого профиля также оказывает существенное влияние на то, насколько эффективно оно удаляет масло, а также на то, сколько трения оно создает, и внутренний и внешний диаметры играют роль.«Фаски находятся на внутреннем диаметре кольца и определяют направление вращения кольца, чтобы облегчить соскабливание», — говорит Стивенсон. Если смотреть в поперечном сечении, то скошенное кольцо имеет одну кромку внутреннего диаметра, вырезанную под углом — как указывает Стивенсон, это стимулирует динамическое вращение кольца в канавке по мере его движения вниз по отверстию и сосредоточение дополнительного давления на внешнем углу. для более эффективного удаления излишков масла.

Газовые порты — это еще один способ, с помощью которого конструкторы поршней могут управлять работой колец.Позволяя давлению сгорания достигать задней стороны верхнего кольца, они увеличивают мощность кольцевого уплотнения, уменьшая трение на других трех тактах.

«Конус, Нэпье и ступеньки — все это вариации формы внешнего диаметра», — продолжает он. Цель всех этих профилей состоит в том, чтобы сконцентрировать контакт в узкой полосе для повышения эффективности соскабливания. Как следует из названия, сужающийся внешний профиль вверху уже, чем внизу, в то время как ступенчатый кольцевой профиль имеет то, что выглядит как выемка в поперечном сечении, ориентированная по направлению движения при ходе вниз.Кольцо Napier, названное в честь известной британской инженерной фирмы D. Napier & Son, которая первоначально разработала профиль, на самом деле имеет поднутрение под углом или даже имеет форму крючка по внешнему диаметру, что еще больше уменьшает площадь контакта и обеспечивает пространство для очищенного масла. выход из отверстия цилиндра. «В общем, самый эффективный скребок — Napier, за ним следует ступенчатый, а затем конусный. Запустите Napier, если он подходит для вашего диаметра отверстия и подходит для канавки в поршнях », — заключает Стивенсон.

Какой тип комбинации вы используете, также повлияет на оптимальный выбор для вашего пакета колец, включая второе кольцо. Стивенсон советует: «Более тонкие вторые кольца более распространены в двигателях с сухим картером, вытягивающих большие объемы вакуумного поддона». Поскольку вакуум в картере помогает кольцевому уплотнению по всем направлениям, можно получить желаемые результаты, не работая так же сильно со вторым кольцом. «Естественный аспиратор без использования вакуума обычно должен быть 1,5 мм или больше, в то время как принудительная индукция должна давать более крупные кольца размером 1/16 дюйма», — добавляет он.

Установка правильного зазора между кольцами имеет первостепенное значение для достижения желаемых рабочих характеристик двигателя. . При любых эксплуатационных характеристиках зазор 2-го кольца должен быть больше, чем зазор верхнего кольца, чтобы обеспечить выход прорыва и предотвратить колебание кольца от нарушения уплотнения верхнего кольца.

«Конечно, все зависит от диаметра отверстия; это почти можно представить как отношение размера кольца к размеру отверстия », — предупреждает Стивенсон. «Большой четырехцилиндровый двигатель с наддувом отлично контролирует масло с 1-м цилиндром.Кольцо диаметром 2 мм, в то время как для большого блока диаметром 4,600 дюйма лучше использовать кольцо диаметром 1/16 дюйма. Когда дело доходит до контроля масла, эффективность картера также зависит от существенных факторов. Современные двигатели с блоками с глубокими юбками, сегментированными масляными поддонами, ветровыми поддонами и очисткой / очисткой кривошипа — все это влияет на то, сколько масла подбрасывается в цилиндры. Чем больше масла присутствует, тем тяжелее работа второго кольца ».

Как видите, проектирование и проектирование второго кольца — сложная тема, но, к счастью, эксперты Wiseco обладают коллективным опытом во всех формах сборки высокопроизводительных двигателей, чтобы дать вам надежный совет для ваших конкретных потребностей.Хотя мы не можем охватить все в одной технической статье, мы надеемся, что то, что вы узнали здесь, поможет вам лучше понять « почему », стоящую за спецификациями кольцевого пакета, и в полной мере воспользоваться знаниями, полученными от сотрудников Wiseco, когда составляя свою собственную комбинацию.

Поршневые кольца

Поршневые кольца предотвращают утечку давления газа из камеры сгорания и сводят к минимуму просачивание масла в камеру сгорания. [Рисунок 1-15] Кольца входят в канавки поршня, но пружинят, чтобы прижаться к стенкам цилиндра; при правильной смазке кольца образуют эффективное газовое уплотнение.

Конструкция поршневого кольца

Большинство поршневых колец изготовлено из высококачественного чугуна. [Рисунок 1-14] После изготовления колец их шлифуют до желаемого поперечного сечения. Затем они разделяются так, чтобы их можно было надеть на внешнюю сторону поршня и в кольцевые канавки, выполненные на стенке поршня. Поскольку их цель — герметизировать зазор между поршнем и стенкой цилиндра, они должны прилегать к стенке цилиндра достаточно плотно, чтобы обеспечить газонепроницаемую посадку.Они должны оказывать одинаковое давление во всех точках на стенке цилиндра и должны герметично прилегать к боковым сторонам кольцевых канавок.

Рисунок 1-14. Поршень в сборе и типы поршней.

Серый чугун чаще всего используется для изготовления поршневых колец. В некоторых двигателях поршневые кольца из низкоуглеродистой стали с хромированным покрытием используются в верхней канавке под компрессионное кольцо, поскольку эти кольца могут лучше выдерживать высокие температуры, присутствующие в этой точке. Хромированные кольца необходимо использовать со стальными стенками цилиндров. Никогда не используйте хромированные кольца на хромированных цилиндрах.

Компрессионное кольцо

Назначение компрессионных колец — предотвратить утечку продуктов сгорания через поршень во время работы двигателя. Они помещаются в кольцевые канавки непосредственно под головкой поршня. Количество компрессионных колец, используемых на каждом поршне, определяется типом двигателя и его конструкцией, хотя в большинстве авиационных двигателей используются два компрессионных кольца плюс одно или несколько маслосъемных колец.

Поперечное сечение кольца прямоугольное или клиновидное с конической поверхностью.Коническая поверхность представляет собой узкую опорную кромку к стенке цилиндра, что помогает уменьшить трение и обеспечить лучшее уплотнение.

Маслосъемные кольца

Маслосъемные кольца помещаются в канавки непосредственно под компрессионными кольцами и над отверстиями для поршневых пальцев. На поршень может быть одно или несколько маслосъемных колец; два кольца могут быть установлены в одну и ту же канавку, или они могут быть установлены в разные канавки. Маслосъемные кольца регулируют толщину масляной пленки на стенке цилиндра.Если слишком много масла попадает в камеру сгорания, оно сгорает и оставляет толстый слой нагара на стенках камеры сгорания, головке поршня, свечах зажигания и головках клапанов. Этот углерод может вызвать заедание клапанов и поршневых колец, если он попадет в кольцевые канавки или направляющие клапана. Кроме того, уголь может вызвать пропуски зажигания в свече зажигания, а также детонацию, преждевременное зажигание или чрезмерный расход масла. Чтобы излишки масла могли вернуться в картер, просверливаются отверстия в нижней части канавок под поршневые кольца, регулирующие подачу масла, или в площадках рядом с этими канавками.

Маслосъемное кольцо

Маслоочистное кольцо обычно имеет скошенную поверхность и устанавливается в канавку в нижней части юбки поршня. Кольцо устанавливается так, чтобы скребок находился в стороне от головки поршня или в обратном положении, в зависимости от положения цилиндра и серии двигателя. В обратном положении скребковое кольцо удерживает излишки масла над кольцом при ходе поршня вверх, и это масло возвращается в картер с помощью маслосъемных колец при ходе вниз.

Летный механик рекомендует

Типы поршневых колец и их важность

Типы поршневых колец и их значение

Некоторые удивляются, узнав, что существует несколько типов поршневых колец, когда дело доходит до компрессоров ПЭТ, и каждое из них служит своей цели.

Когда компрессор ПЭТ не работает должным образом, остальная часть системы страдает.

Сотрудники не могут выполнять свои функции, снижается производительность, а ремонт может быть дорогостоящим.

Таким образом, поддержание в хорошем состоянии поршневых колец компрессора для ПЭТ является жизненно важным.

Профилактическое обслуживание и ориентация на высококачественные поршневые кольца помогут избежать этих неприятных простоев.

Чтобы полностью понять типы поршневых колец, важно хорошо понимать, как работает поршневое кольцо и какова его функция в компрессоре ПЭТ.

Что такое компрессор для ПЭТ?

Компрессор для ПЭТ играет первостепенную роль в производстве и производстве.

Компрессоры ПЭТ — это воздушные компрессоры, работающие под высоким давлением; они постоянно повышают давление газа и в то же время уменьшают его объем.

Когда питание подается на компрессор ПЭТ, он преобразует его в энергию, которая затем передается плотно сжатому воздуху, не содержащему масла.

Затем компрессор подает в систему дополнительный воздух; это хранится в близлежащих резервуарах.

Накопленный воздух заставляет систему оставаться под давлением; когда набрано достаточно воздуха, система выпускает его и возвращается в состояние низкого давления.

Цикл затем начинается снова, поскольку резервуары ждут, чтобы снова подняться давление.

Как используются ПЭТ-компрессоры

Что происходит со всем этим воздухом?

На предприятии, которое производит пластиковые бутылки из ПЭТ (полиэтилентерефталата), основная работа компрессора заключается в регулировании потока жидких ПЭТ и ПЭЭК.

Пластик в этом состоянии выдувается в бутылку той формы, которую выбрал клиент.

Хотя легко предположить, что пластиковые бутылки превратятся в бутылки с водой, это не всегда так.

Пластиковые бутылки могут удовлетворить многие потребности в производственном мире по разумной цене.

Скорее всего, вы встретите ПЭТ-компрессоры в таких отраслях, как:

• Природный газ
• Нефть или масло
• Возможно на НПЗ

При соблюдении мер безопасности и тщательном контроле компрессоры из ПЭТ могут работать при высоких температурах при относительно низких затратах.

Они также могут работать в течение длительного времени без особого ухода, если они сконструированы правильно и состоят из деталей компрессора хорошего качества.

Из чего сделаны поршневые кольца

Большинство поршневых колец изготавливаются в основном из чугуна, который представляет собой прочный сплав, который добавляет в железо кремний, марганец и углерод, благодаря чему он может выдерживать большой вес.

Хотя сталь чаще используется в строительстве, чугун является популярным компонентом деталей машин, поскольку не требует значительных улучшений.

Если вы не знакомы с чугунным промышленным применением, возможно, вы контактировали с ним в качестве кухонной посуды или исторического военного оборудования.

Чугун

Чугун может показаться устаревшим материалом для чего-то столь же важного, как поршневые кольца, но он выбран по определенной причине: он также содержит графит.

Графит, когда он используется в пластинчатой ​​форме (или в очень тонких слоях, чередующихся с другими материалами — вроде лазаньи), действует как естественная смазка.

Графит — это кристаллизованный углерод, встречающийся в естественных условиях. Если вы думаете о графите в карандаше, помните, что это мягкий материал, который легко режется.

Однако он не вступает в опасную реакцию с другими материалами и имеет тенденцию к нагреванию.

Другие материалы

Поршневые кольца

также обычно содержат покрытия для защиты графита и других материалов.

Сами покрытия обычно состоят из сплавов, обеспечивающих прочность и устойчивость к коррозии.

Колец может состоять из:

• Никель
• Хром
• Титан
• Медь
• Небольшие количества менее привычных металлов

Поршневые кольца различных типов в ПЭТ-компрессорах Компрессоры

PET не будут работать должным образом без правильного поршневого кольца.

Поршневые кольца необходимы для эффективной работы системы, так как они испытывают большое давление в каждом рабочем цикле.

В связи с этим важно понимать, какие типы поршневых колец подходят вам лучше всего.

1. Давление / компрессионные кольца

Одним из наиболее распространенных типов поршневых колец является нажимное или компрессионное кольцо. Их также называют кольцами с второй канавкой.

Они играют важную роль в добавлении резервного вторичного уплотнения, которое помогает удерживать потенциально горючие газы на месте.

В некоторых случаях кольца с второй канавкой также могут поддерживать теплопередачу.

Поршневые кольца этих типов обеспечивают герметичное уплотнение камеры, в которой находится поршень; это предотвращает утечку любого газа, которая может привести к неэффективности или даже опасности.

В зависимости от роли и размера поршня некоторые двигатели содержат несколько колец.

Стеклоочистители

Эти кольца могут также содержать грязесъемные кольца под поршневым кольцом.

Грязесъемное кольцо предназначено для улавливания и очистки любых следов минеральных или масляных отложений, которые могут остаться после рабочего цикла, а также для смазки поверхности футеровки системы.

Это поддерживает эффективную работу всей системы.

2. Кольца контроля масла

Маслосъемные кольца также являются важной частью поршневой системы. Они сильно отличаются от поршневых колец других типов, которые мы обсуждали до сих пор.

Они могут совсем не выглядеть как кольца, но могут иметь квадратную форму или даже содержать пружину.

Внутри камеры или корпуса маслосъемные кольца помогают собирать масло обратно в систему для повторного использования.

Кольцо контроля масла также пополняет масло в камере.

Они не только делают передачу тепла более безопасной и эффективной, но и помогают снизить трение, когда поршень находится в середине своего рабочего цикла.

Масло регулируется и управляется, когда масляное кольцо изолирует тонкий слой.

Их важность

Это обеспечивает достаточно скользкую поверхность, чтобы верхние компрессионные кольца могли выполнять свою функцию.

Кроме того, масляное кольцо и компрессионное кольцо работают вместе, закрывая камеру, а также способствуют передаче тепла при повторении рабочего цикла.

Маслосъемные кольца могут быть покрыты хромом.

Маслосъемное кольцо также обычно работает на высоких скоростях и содержит крошечные отверстия или прорези для распределения и слива масла.

Заключение

Компрессионные кольца и маслосъемные кольца — два самых популярных типа поршневых колец, встречающихся в компрессорах.

Теперь, когда вы знаете разницу между ними, вы можете лучше диагностировать компрессор и понять, какие детали вам нужны.

KB Delta — производитель деталей для компрессоров, который предлагает различные типы поршневых колец и деталей. Свяжитесь с нами сегодня, если вам нужен ремонт компрессора.

Послепродажный рынок MAHLE в Северной Америке | Поршневые кольца

Только MAHLE может сказать, что сегодня является крупнейшим производителем поршневых колец в мире. Эта стабильность ведет к огромной базе для исследований и разработок, которая гарантирует, что MAHLE является самым производительным кольцом как для легких транспортных средств, так и для высокопроизводительных приложений.

Поршневые кольца MAHLE® являются лидером в области кольцевой технологии и инноваций на рынке запасных частей — в конце концов, MAHLE является крупнейшим производителем поршневых колец в мире. Поршневые кольца MAHLE находятся на переднем крае технологии поршневых колец для легких транспортных средств. Широкие соединения OE означают, что поршневые кольца MAHLE имеют технологическое преимущество. Такие вещи, как маслосъемное кольцо CP-20 ™, узкие компрессионные кольца, стальные компрессионные кольца для бензиновых двигателей, маслосъемные кольца низкого напряжения и компрессионные кольца с покрытием для дизелей — все это было произведено на заводе-изготовителе.Линия производительности MAHLE снова и снова доказывает, что она должна быть предпочтительным выбором для любой вытяжки — независимо от области применения.

Серый чугун или высокопрочный чугун традиционно использовался в автомобилестроении — сегодня все больше и больше производителей двигателей предпочитают сталь железу. Технология стальных компрессионных колец используется в тяжелых условиях эксплуатации более 30 лет. Это ноу-хау стало неотъемлемой частью конструкции современных автомобильных двигателей.Стальные поршневые кольца обладают более высоким пределом прочности на разрыв, более высоким пределом текучести, большей усталостной долговечностью и большей твердостью, при этом предлагая меньшую массу кольца. Эти факторы приводят к лучшему сопротивлению нагрузкам, уменьшению выбивания канавок, увеличению срока службы, лучшей приспосабливаемости, превосходной экономии масла и улучшенному контролю прорыва при одновременном снижении трения.

Комплекты поршневых колец MAHLE CP-20 ™ подняли планку качества в отношении поршневых колец, а простота установки делает их лучшим выбором для ремонтных мастерских во всем мире.Кольца CP-20 могут выдерживать суровые условия эксплуатации современных двигателей. CP-20 состоит из верхнего компрессионного кольца с торцевой поверхностью для лучшего уплотнения и более быстрой обкатки, второго кольца с обратным скручиванием для лучшего контроля масла и маслосъемного кольца новой конструкции CP-20, которое проще установить — химически отполировано. для лучшего отвода масла и угла ушка 20 ° для обеспечения бокового уплотнения вокруг кольца.

Ремонтируете ли вы современный двигатель с компьютерным управлением или перестраиваете старый двигатель, обязательно укажите поршневые кольца MAHLE, ранее называвшиеся Perfect Circle, которым профессиональные автомобильные техники доверяют более 100 лет.

Типы и функции поршневых колец

Типы и функции поршневых колец

Что такое поршневые кольца?

Типы и функции поршневых колец: — Поршневые кольца представляют собой металлические разъемные кольца, которые вставляются в канавки внешнего диаметра поршня в двигателе внутреннего сгорания, чтобы поддерживать хорошее расстояние между поршнем и стенкой цилиндра. Обычно в двигателе внутреннего сгорания используется от 3 до 4 колец.

Функция поршневых колец

• Обеспечивает герметичное уплотнение для отработанных газов, предотвращающее их попадание в картер.
• Они обеспечивают передачу тепла от днища поршня к стенкам цилиндра.
• Они регулируют поток масла к юбке и предотвращают смешивание с газами внутри камеры сгорания.

Типы поршневых колец

Есть два типа поршневых колец;

1. Компрессионные кольца
   a) Кольца с зенковкой и скребки
   b) Кольца поворотной гона
2. Маслосъемные кольца

1. Компрессионные кольца: (типы поршневых колец)

Обычно бывает два или два на поршне установлены три компрессионных кольца.Количество компрессионных колец зависит от степени сжатия.

Обычно 2-е и 3-е компрессионные кольца имеют коническую поверхность. Они используются для преодоления проблем с заеданием колец в двигателях большой мощности.

Во многих случаях маслосъемные кольца имеют ряд прорезей, которые переносят излишки масла через отверстия в канавке поршня внутрь поршня и в отстойники, но оставляют достаточное количество масла для смазки стенок цилиндра. Масляные кольца оказывают немного большее радиальное давление на стенки цилиндра, чем компрессионные кольца.

A) Кольца со зенковкой и скребки

Кольца со зенковкой и скребки обычно используются для верхнего и второго компрессионных колец. Во время хода всасывания эти кольца имеют тенденцию слегка поворачиваться в результате внутренних сил, возникающих при срезании угловых колец.

Во время такта сжатия, когда поршень движется вверх, кольца также движутся вверх и имеют тенденцию касаться масляной пленки внутри стенки цилиндра. Таким образом, в камеру сгорания попадает меньше масла.

Во время рабочего хода сила давления из-за сгорания вызывает раскручивание колец, в результате чего они полностью соприкасаются со стенками цилиндра для эффективного уплотнения.

B) Кольца поворотной полосы

Кольца поворотной полосы — это особый вид компрессионных колец. Они имеют L-образное поперечное сечение. Он покрывает зону разворота поршня. В этой области имеется некоторое количество несгоревшей воздушно-топливной смеси.

После охлаждения эта несгоревшая смесь может образовывать смог. Этого можно избежать с помощью колец разворотной полосы и удалить несгоревшую смесь.Эти кольца обеспечивают хорошее уплотнение во время рабочего хода. Увеличивает мощность в лошадиных силах на 10%.

Кольца разворотной полосы также обладают преимуществом хорошего уплотнения во время рабочего хода. В качестве. Начинается горение, давление быстро действует на верхнюю кромку кольца, выталкивая, таким образом, обеспечивая хорошее уплотнение со стенкой цилиндра.

2. Маслосъемные кольца: (Типы поршневых колец)

В некоторых двигателях внутреннего сгорания внутренний шатун разбивает масло из масляного поддона при каждом обороте.В результате на стенку цилиндра попадает лишнее масло, чем необходимо. Его необходимо утилизировать и вернуть в масляный поддон. В противном случае он попадет в камеру сгорания и сгорит. Таким образом, увеличивается расход масла, и двигатель требует частой доливки масла. Удаление масла из внутренних стенок цилиндра так же важно, как охлаждение, герметизация и очистка. Существует три типа маслосъемных колец

(i). Чугун цельный шлицевой типа: — имеет шлицы между верхней и нижней гранями цилиндра.Пружина расширителя увеличивает давление кольца на стенку цилиндра, чтобы улучшить эффект разборки.

(ii). Цельнометаллическая штампованная сталь типа: — чаще всего используется в изношенных стенках цилиндров двигателей. Изготовлен из стали. Он может закрыть одну сторону канавки.

(iii). Трехкомпонентный стальной рельс с расширителем: — обеспечивает уплотнение в обоих направлениях, т.е. вверх и вниз. Таким образом, они более эффективны при герметизации.

Материал, используемый для поршневых колец

Чаще всего для поршневых колец используется мелкозернистый легированный чугун.Чугун обладает самосмазывающейся способностью из-за присутствия в нем графита, который снижает трение в гильзах цилиндров и кольцах.

Материал поршневого кольца должен быть тверже, чем гильза цилиндра, для максимального срока службы. Обычно используемые сплавы в чугуне — это никель, хром, титан, медь, ванадий и молибден. Прессованная сталь также используется для изготовления поршневых колец.

1. Зазор поршневого кольца

Поршневые кольца имеют зазор, чтобы их можно было устанавливать и снимать с канавок поршня, когда они изнашиваются, расширяя их.Радиальное давление, создаваемое зазором, обеспечивает эффективное уплотнение, предотвращающее утечку под высоким давлением.

Обеспеченный зазор должен быть оптимальным, то есть не очень низким или не большим. Диапазон зазора составляет 0,178-0,50 мм, и если размер поршня больше, чем зазор, увеличивается на 1 мм на каждые 100 мм увеличения диаметра.

Зазор между кольцом и канавками должен быть в диапазоне 0,038–0,102 мм для компрессионных колец и немного меньше для маслосъемных колец. Во время обслуживания кольцо может потерять некоторые из своих упругих свойств, из-за чего радиальное давление на стенку цилиндра будет уменьшено.Их можно проверить, сравнив зазор между новым и старым кольцами.

2. Покрытие кольца

Поршневые кольца подвергаются частым нагрузкам и высокой температуре, поэтому они быстро изнашиваются. Таким образом, на компрессионные кольца используются различные покрытия.

Для покрытия колец часто используются относительно мягкие вещества, такие как фосфат, графит и оксид железа. Покрытия для колец также обладают хорошими маслопоглощающими свойствами. Они легко впитывают масло и тем самым улучшают смазку колец.Они также предотвращают истирание кольца. Задиры — это результат контакта металла с металлом при высокой температуре. Это явление похоже на сварку. Покрытие предотвращает такие задиры, поэтому сварка невозможна из-за отсутствия открытых частей железа.

Степень износа отверстия цилиндра можно значительно снизить, если хром играет на кольце, а не в отверстии. (Типы и функции поршневых колец)

Источник изображения: — wiseco, quora, alibaba, carrillo

Положительное и отрицательное скручивание поршневого кольца с полным уплотнением

Некоторые из наиболее распространенных заблуждений, когда речь идет о поршнях и работе поршневых колец, связаны с функцией скоса, характерной для поршневых колец различных типов, и различными функциями каждого кольца.Многие полагают, что скошенная кромка предназначена для того, чтобы давление газа могло проскользнуть за кольцо, что неверно и полностью вызвано другим фактором.

Кейт Джонс и команда производителя поршневых колец Total Seal создали короткое видео выше, чтобы помочь объяснить эти скошенные края и их связь с положительным скручиванием.

Какое кольцо выполняет какую функцию?

Перед тем, как углубиться в изучение положительной скрутки и фаски кольца, важно понять основные функции каждого поршневого кольца.

Основная ответственность за верхнее поршневое кольцо (компрессионное кольцо) заключается в том, чтобы быть первой линией защиты от проникновения газов в картер на такте выпуска и потери давления в цилиндре на такте сжатия. Это достигается за счет сочетания различных факторов, создающих прочное динамическое уплотнение у стенки цилиндра. На это уплотнение влияют боковой зазор кольцевой канавки, давление в цилиндре, форма кольца и положительное скручивание.

Помимо своей основной роли в поддержании сжатия, верхнее кольцо также действует как последняя линия защиты от любого масла, которое могло пройти мимо второго кольца во время впуска или рабочего такта.И последнее, но не менее важное: верхнее кольцо также выполняет роль телохранителя, поглощая большую часть тепловой энергии и давления от процесса сгорания, чтобы защитить кольца под вторым кольцом.

Основное назначение второго кольца можно просто объяснить как вторичное компрессионное кольцо, гарантирующее, что любые газы или давление, которые смогли пройти через верхнее кольцо на выпуске или такте сжатия, остановлены до того, как они попадут в картер.

Поршень с верхним компрессионным кольцом с цилиндрической поверхностью и вторым кольцом из нитевидной ткани.Обратите внимание на внешние «направляющие» нижнего маслосъемного кольца, закрывающие внутренний расширительный элемент.

Кольца в нижней канавке поршня, которые обычно представляют собой трехкомпонентную конструкцию, отвечают за соскабливание масла со стенок цилиндра, помогая регулировать расход масла. Сам этот кольцевой узел обычно включает в себя две тонкие внешние стальные «направляющие» и внутреннее расширительное кольцо / распорку, задача которых заключается в удержании внешних направляющих на правильном осевом расстоянии, а также прижимании их наружу к стенкам цилиндра для соскабливания масла.

Для чего нужен скос?

В начале этой статьи мы упомянули заблуждение о том, что основная цель скошенной кромки состоит в том, чтобы позволить сжатым газам проникать за кольцо — на самом деле это работа давления сгорания и бокового зазора кольцевой канавки, который является кольцом. определенное количество пространства между верхней поверхностью кольца и площадкой кольца. Этот зазор позволяет газам за кольцом выталкивать его к стенкам цилиндра.

Какой край поршневого кольца скошен, зависит от функции колец и их расположения в поршне.

Верхнее компрессионное кольцо обычно разрезают на верхней внутренней кромке, что затем создает положительное (восходящее) скручивание, поскольку сжатие давит на поршень, придавая ему вид, похожий на тарельчатую шайбу. Затем это кручение толкает нижний внутренний край кольца вниз в кольцевую канавку, чтобы создать плотное уплотнение.

Вторая фаска компрессионного кольца обычно находится на нижней внутренней кромке для создания отрицательного (направленного вниз) скручивания.Если не используется кольцо в стиле Napier, у которого тогда будет скос в том же положении, что и у верхнего кольца, или на нижнем внешнем крае, создавая положительное скручивание.

Поскольку верхнее компрессионное кольцо довольно эффективно предотвращает попадание большей части давления в цилиндре на второе кольцо, целостность создаваемого уплотнения обеспечивается естественным скручиванием колец, поскольку оно не оказывает помощи сжатия, как верхнее кольцо. Внешний заостренный край предназначен для облегчения удаления остатков масла.По мере того, как поршень движется вниз, коническая нижняя кромка притягивается к стенке цилиндра, удаляя излишки масла, поднимаемые вакуумом, создаваемым на такте впуска.

Фаска, встречающаяся во многих поршневых кольцах разного типа, является неотъемлемой частью разделения радикально различных сред камеры сгорания и картера на каждом этапе четырехтактного процесса сгорания. Вырез позволяет кольцу поворачиваться дальше и создавать скручивание, герметизируя кольцевую канавку от давления сгорания, выхлопных газов и чрезмерного загрязнения масла лучше, чем когда-либо считалось возможным ранее.