Поршневые кольца

Поршневые кольца

Кольца поршневые: герметичность и смазка цилиндро-поршневой группы

В любом современном поршневом моторе присутствуют детали, обеспечивающие герметичность камеры сгорания и смазку цилиндров — поршневые кольца. Все о поршневых кольцах, их существующих типах, конструктивных особенностях и работе, а также о верном подборе и замене колец — читайте в предложенной статье.

Что такое поршневые кольца?

Поршневые кольца — детали цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) двигателя внутреннего сгорания; металлические разъемные кольца, устанавливаемые на поршни с целью герметизации камеры сгорания, сокращения потерь моторного масла и минимизации количества поступающих в картер отработавших газов.

Для нормальной работы поршневого ДВС критически важно, чтобы в камере сгорания в конце такта сжатия (при достижении поршнем верхней мертвой точки) создавалось давление, превышающее некоторый минимальный уровень — данный параметр называется компрессией. Для бензиновых моторов компрессия лежит в пределах 9-12 атмосфер, для дизельных агрегатов этот параметр составляет 22-32 атмосферы. Для достижения необходимой компрессии следует обеспечить герметизацию камеры сгорания — эта задача решается поршневыми кольцами.

Поршневые кольца выполняют несколько ключевых функций:

  • Герметизация камеры сгорания — размер кольца подбирается точно по внутреннему диаметру цилиндра, что предотвращает прорыв газов из камеры сгорания в картер;
  • Снижение сил трения — площадь трения колец о стенки цилиндра значительно меньше площади поршня, что снижает потери на трение деталей ЦПГ;
  • Компенсация температурного расширения материалов ЦПГ — поршни и цилиндры изготавливаются из различных сплавов, имеющих неодинаковые коэффициенты температурного расширения, введение колец предотвращает заклинивание поршней и изменение компрессии при росте и падении температуры двигателя;
  • Смазка стенок цилиндра и удаление излишков масла (что предотвращает его попадание в камеры сгорания и сокращает потери масла на угар) — кольца специальной конструкции обеспечивают съем со стенок цилиндра образующихся во время работы двигателя излишков масла, но оставляют необходимую для снижения трения масляную пленку;
  • Охлаждение стенок поршня — часть тепла от поршня отводится на стенки цилиндра через кольца.

Легко заметить, что поршневые кольца играют важнейшую роль в работе ЦПГ и функционировании всего силового агрегата. Любые неисправности и износ колец проявляются потерей мощности двигателя и общим ухудшением его работы, поэтому данные детали подлежат замене. Но прежде, чем покупать или заказывать новые кольца, следует разобраться в существующих типах этих деталей, их конструкции и особенностях работы.

Типы, конструкция и принцип работы поршневых колец

На одном поршне устанавливаются кольца двух типов:

  • Компрессионные (верхние);
  • Маслосъемные (нижние).

Все кольца располагаются в поперечных канавках (выточках) прямоугольного профиля, выполненных ближе к днищу поршня. Кольца различных типов отличаются конструкцией и назначением.

Компрессионные кольца обеспечивают герметизацию камеры сгорания, на одном поршне может устанавливаться одно, два или три кольца (одно — на двухтактных ДВС мототехники, два — на большинстве современных четырехтактных моторах, три — на некоторых дизелях), они располагаются в верхней части поршня. Конструктивно компрессионные кольца очень просты: это металлическое разъемное кольцо, разрез которого выполнен в виде замка простой (прямой, косой) или сложной формы, на некоторых кольцах в замке предусмотрена выемка под стопор. В замке предусмотрен небольшой зазор (несколько микрометров), который служит для компенсации температурного расширения детали во время работы двигателя.

Кольца изготавливаются из стали или специальных марок чугуна, их наружная (рабочая) поверхность может иметь различный профиль:

  • Простой плоский — в этом случае кольцо имеет прямоугольное сечение или сечение в виде неправильного четырехугольника;
  • Радиусный (бочкообразный) — наружная поверхность кольца представляет собой дугу окружности большого радиуса;
  • С фаской — на наружной поверхности выполнена фаска небольшой высоты;
  • «Минутные» кольца — наружная поверхность имеет наклон к верхней части, угол наклона составляет несколько десятков минут дуги, за счет чего кольца и получили свое название.

Плоский профиль имеют верхние компрессионные кольца, которые вынуждены работать при высоких температурах и давлениях в условиях недостаточной смазки. Для уменьшения износа рабочая поверхность детали подвергается хромированию, фосфатированию, покрытию оловом или другой обработке. Такое кольцо во время работы полностью прилегает к зеркалу цилиндра, обеспечивая уплотнение и отвод тепла от поршня.

Нижние кольца часто имеют более сложный профиль. Бочкообразные кольца оказывают меньшее сопротивление трению при сохранении достаточной степени герметизации. «Минутные» кольца за счет наклона рабочей поверхности снижают силы трения: при движении поршня вниз (на рабочем ходе) кольцо скользит по зеркалу цилиндра своей заостренной гранью, а при движении вверх кольцо за счет образующегося масляного клина отжимается от зеркала цилиндра.

Маслосъемные кольца обеспечивают правильное распределение масляной пленки по поверхности цилиндра и предотвращают попадание масла в камеру сгорания (осуществляют его съем с зеркала цилиндра). На одном поршне используется только одно кольцо, на поршнях двухтактных двигателей этих деталей нет (так как масло добавляется непосредственно в бензин). Обычно маслосъемные кольца имеют составную конструкцию, в которую входят собственно кольца и расширители.

Маслосъемные кольца бывают:

  • Цельные — кольцо П-образного профиля, обращенное основанием к поршню. В основании выполнен ряд круглых или удлиненных отверстий, через которые осуществляется сток масла;
  • Составные — используется два тонких (разрезных) кольца, между которыми располагается распорный элемент.

Распорные элементы бывают:

  • Радиальные — обеспечивают прижим колец к стенке цилиндра;
  • Осевые — используются только вместе с составными кольцами, обеспечивают разжим колец;
  • Тангенциальные — комбинированные распорные элементы, обеспечивают одновременный разжим колец и их прижим к стенке цилиндра.

В качестве распорных элементов выступают пластинчатые (плоские) или витые пружины, вкладываемые между или под кольцами, в маслосъемном кольце может использоваться только одна или сразу две пружины различных типов.

Маслосъемное кольцо прижимается к стенке цилиндра и за счет своей конструкции обеспечивает съем излишков масляной пленки. Собранное масло через отверстия в кольце поступает в канавку, откуда через отверстия в стенке поршня сливается в картер двигателя. При этом часть масла остается в виде тонкой масляной пленки на стенке цилиндра, которая обеспечивает снижение трения во всей ЦПГ.

Как правильно выбрать и заменить поршневые кольца

Во время работы двигателя поршневые кольца подвергаются значительным механическим и тепловым нагрузкам, что приводит к их постепенному износу и потере рабочих характеристик. По мере износа кольца перестают выполнять свои функции, что приводит к снижению компрессии, просачиванию газов в картер и масла в камеру сгорания. Также серьезной проблемой является «закоксовка» колец (заклинивание вследствие накопления нагара в канавках поршня). В результате двигатель теряет мощность и приемистость, выхлоп приобретает характерный сизый или даже черный оттенок, а расход топлива и масла возрастает. При появлении указанных признаков необходимо провести диагностику двигателя — проверить компрессию, осмотреть свечи и некоторые другие детали. Если компрессия слишком низкая, свечи забрызганы маслом и наблюдаются проблемы с работой силового агрегата, то поршневые кольца необходимо заменить.

На замену следует выбирать кольца только тех типов и каталожных номеров, что предусмотрены для данного конкретного двигателя. При этом следует учитывать, что после выполнения капитального ремонта двигателя с расточкой цилиндров необходимо использовать кольца ремонтного размера, подходящие к новым поршням.

Замена колец должна выполняться в соответствии с инструкцией по ремонту силового агрегата. В общем случае эта работа требует разборки двигателя и выемки поршней. Старые кольца удаляются, а канавки подвергаются тщательной очистке. Новые кольца должны ставиться в соответствии с указаниями нанесенных на них меток «Верх» или «Up». При установке колец проверяются зазоры между боковой поверхностью детали и стенкой канавки в поршне, а также и в замке вставленного в цилиндр кольца. Все зазоры должны лежать в установленных для мотора пределах. Кольца располагаются на поршне так, чтобы их замки не лежали на одной линии и не попадали на ось отверстий пальца — так образуется лабиринт, препятствующий прорыву газов из камеры сгорания.

При монтаже поршня с новыми кольцами в цилиндр следует использовать специальную оправку, которая прижимает кольца к поршню. После замены поршневых колец рекомендуется выполнить обкату двигателя — первые 800-1000 км не завышать обороты и нагружать мотор в половину мощности, по завершению обкатки следует поменять моторное масло.

При верном выборе и замене поршневых колец двигатель вновь приобретет былую мощность и будет уверенно работать на всех режимах.

Кольца поршневой — что это, зачем они нужны и как работают?

— специально изготовленные металлические детали в форме окружности, которые одеваются на поршень, а цель поршневых колец — придание необходимого радиального давления для поддержания уплотнения между поршнем и цилиндром. Поршневые кольца, как правило, изготавливаются из такого сплава чугуна, который позволяет им быть упругими и в то же время пластичными, а также служить хорошими теплопроводниками.

Читать еще:  Как узнать объем двигателя: определяем рабочий объем двс

Кольца одеваются на поршень в специально проделанный в нём паз. Сами кольца представляют собой незамкнутую окружность, что позволяет их одевать и снимать с поршня, не ломая их.

Почти во всех двигателях установлены 2 типа поршневых колец в зависимости от функции, которую они выполняют:

  • Компрессионные кольца поршневой вставляются в специальные пазы в верхней части поршня. Их, как правило, насчитывается от 3 ​​до 7 на одном поршне. Эти кольца главным образом служат для уплотнения между стенками цилиндра и поршнем и предотвращают проникновение смеси топлива и воздуха в такте сгорания в картер двигателя. Кроме того, ещё одна роль компрессионных колец поршневой заключается в передаче тепла от поршня к гильзе цилиндра, а также поглощения части поршневых колебаний из-за боковой тяги.
  • Маслосъёмные кольца — это немного другие кольца поршневой, которые находятся ниже компрессионных колец. Маслосъёмные кольца обеспечивают идеальное смазывание стенки цилиндра, снимая бóльшую часть масла с поверхности гильзы в то время, когда поршень движется вниз. Это делается для того, чтобы свести к минимуму попадание масла в камеру сгорания и, как следствие, его расход.

Кольца поршневой группы очень упругие. Они самостоятельно регулируют свой диаметр, прижимаясь к цилиндру и в то же время оставаясь в своих пазах. Они также сводят к минимуму площадь контакта между поршнем и цилиндром и, таким образом, значительно уменьшают трение, которое в противном случае привело бы к износу поршневой и снижению КПД работы двигателя за счёт большого сопротивления, создаваемого эти трением.

Зачем нужны поршневые кольца?

Кольца поршневой позволяют использовать в поршнях очень лёгкие материалы, такие как алюминий, потому что среди требований к материалу поршней отпадает стойкость к трению, ведь его выполняют кольцо.

Только представьте, если бы у Вашего автомобиля в моторе не было бы колец, и поршень бы тёрся напрямую о стенки цилиндра. Что бы было тогда? Ну, во-первых, поршень должен бы был иметь тот же размер, что и цилиндры. Но тут нас ждала бы большая проблема: при нагреве поршень расширяется в диаметре, и, таким образом, он мог бы застрять в цилиндре, что привело бы к дорогостоящему ремонту. Во-вторых, такой поршень очень быстро бы вызывал всё больше и больше потери компрессии за счёт быстрого износа. Именно поэтому кольца поршневой выполняют такую важную роль.

Процесс монтажа кольца на поршень

Подводя итог, отметим, что кольца в двигателе выполняют 4 главные функции:

  1. Компрессия. Поршневые кольца поддерживают изоляцию камеры сгорания от картерного пространства, что позволяет проводить более эффективное сжатие топлива в камере. Т.е. газообразные продукты сгорания, возникающие в момент зажигания, не проходят сквозь цели между поршнем и цилиндром, потому что от возникновения таких щелей защищает кольцо.
  2. Экономия расхода масла. Маслосъёмные кольца снимают часть масла со стенок цилиндра во время работы мотора, благодаря чему компрессионные кольца отлично смазывают, и в то же время излишки масла не попадают в камеры сгорания.
  3. Теплообмен. Поршневые кольца передают тепло от поршня к цилиндру. Когда топливно-воздушная смесь возгорается в камер сгорания, температура внутри неё достигает приблизительно 300 °С. Если тепло будет накапливаться внутри поршня, двигатель может быть повреждён.
  4. Погашение горизонтальных колебаний поршня. Плотно прижимаясь к стенкам цилиндра, кольца поршневой не дают поршню «гулять» в горизонтальных направлениях, что предотвращает износ поршневой группы мотора.

Поршневые кольца: виды, функции, типичные проблемы

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

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

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

Рассмотрим виды, назначение и правила обслуживания колец подробнее.

Виды и функции колец

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

Компрессионные кольца

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

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

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

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

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

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

Маслосъемное кольцо

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

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

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

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

Функции поршневых колец

Подводя итог вышесказанному, можно выделить следующие функции поршневых колец:

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

Из чего изготавливают поршневые кольца?

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

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

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

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

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

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

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

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

Читать еще:  Регулировка клапанов ваз 2107 карбюратор своими руками

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

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

Последствия износа поршневых колец

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

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

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

Выбор и замена поршневых колец

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Поршневые кольца двигателя внутреннего сгорания

Рассматривая принцип работы двигателя внутреннего сгорания, можно понять, что основные процессы проходят в цилиндрах. Причем для этого требуется создание определенных условий, одним из которых является обеспечение герметичности камеры сгорания – пространства, находящегося над поршнем. При этом сам поршень – подвижный элемент, который перемещается внутри цилиндра, то есть между ними имеется скользящее соединение.

Стоит отметить, что диаметр поршня должен быть меньше внутренних размеров цилиндра. А все потому, что проходящие в цилиндрах процессы сопровождаются выделением значительного количества тепла. Из-за воздействия большой температуры металлы расширяются. Если бы диаметр поршня был равен цилиндру, то при нагреве происходило бы заклинивание. Получается, что между этим элементами имеется зазор, то есть герметичности не будет. Чтобы решить эту проблему, в конструкцию ЦПГ добавлен еще один элемент – специальные кольца, установленные на поршнях.

Назначение, виды, особенности

Эти элементы ЦПГ имеют ряд важных функций:

  1. Обеспечивают герметичность камеры сгорания.
  2. Осуществляют регулировку количества смазочного материала, используемого для смазки стенок цилиндра, а также предотвращают его попадание в надпоршневое пространство.
  3. Выполняют отвод тепла от поршня цилиндру.

Функционирование поршневых колец проходит в достаточно сложных условиях – высокотемпературное воздействие, значительные механические нагрузки, возникающие не только от постоянного воздействия газов, но и от повышенного трения из-за недостатка смазочного материала в области днища поршня.

Одно кольцо не справилось бы с поставленными задачами, поэтому на поршень устанавливается несколько элементов, каждое из которых выполняет определенные функции. Все поршневые кольца делятся на два типа:

  • компрессионные (предназначенные для обеспечения герметичности);
  • маслосъемные (выполняют регулировку количества смазки в ЦПГ).

Общее количество может быть разным и зависит от конструктивных особенностей силовой установки. Наибольшее распространение получила трехкольцевая компоновка (2 – компрессионных, 1 – маслосъемное). Но есть двигатели, у которых их количество может достигать и 7 штук. А к примеру, на двухтактных двигателях устанавливается только два компрессионных, а маслосъемное не используется.

Все используемые кольца – незамкнутого типа. То есть, они не сплошные (его просто невозможно было бы установить в поршневую канавку), и в нем имеется вырез, кстати, играющий тоже важную роль.

В разжатом состоянии кольца сделаны в форме овала, при этом расстояние между концами значительное. Это дает возможность без проблем надеть его на поршень и установить его в специальную канавку в нем. При посадке в цилиндр оно принимает правильную круглую форму, что обеспечивает прилегание по всей окружности, при этом вырез (замок) уменьшается, и этот зазор составляет всего 0,15-0,5 мм. Этот зазор является тепловым, и в его задачу входит компенсация размеров в результате теплового расширения.

Поскольку есть зазор, то газы могут через него проходить в подпоршневое пространство. Чтобы исключить этот фактор и устанавливается два компрессионных кольца. Они создают так называемое уплотнение лабиринтного типа, для чего замок первого кольца развернут на 180 град. относительно второго. Но даже такое решение не обеспечивает полной герметизации надпоршневого пространства и часть газов проникает в картер.

Видео: Теория ДВС: Поршневые кольца (часть 2)

Отметим, что установка дополнительного третьего компрессионного кольца хоть позволяет снизить утечки, но при этом сила трения в ЦПГ сильно возрастает, поэтому такое решение является нецелесообразным.

Компрессионные кольца

Основная нагрузка приходится на первое компрессионное кольцо, расположенное ближе всего к днищу поршня. Его основная задача – обеспечение герметичности камеры сгорания. Именно на него приходится больше всего высокотемпературного воздействия и давления газов, и все это в условиях нехватки смазочного материала. Чтобы максимально снизить трение между стенкой и кольцом, у последнего рабочая поверхность делается закругленной. Также уменьшить износ верхнего кольца при функционировании в тяжелых условиях позволяет молибденовая или хромовая вставка, нанесенная напылением на поверхность, но само оно делается из эластичного высокопрочного чугуна, но иногда используется и сталь.

Видео: 2.0 Теория ДВС: Ошибка установки маслосъемного наборного поршневого кольца

Примечательно, что рабочие газы принимают участие в создании герметичности камеры сгорания. Для этого высота кольца несколько меньше высоты канавки. Через образуемый зазор газы проникают внутрь канавки и начинают давить на внутреннюю поверхность кольца, дополнительно прижимая его к стенке.

Некоторые производители занимаются выпуском так называемых «неразъемных» компрессионных колец. На деле же оно состоит из двух плоских колец, которые после посадки на поршень, замками разворачиваются на 180° относительно друг друга. По сути, такая конструкция позволяет осложнить лабиринтное уплотнение, тем самым снизив количество пропускаемых газов.

Второе компрессионное кольцо выполняет две задачи. Во-первых, оно является элементом лабиринтного уплотнения и предотвращает проникновение прорвавшихся через верхнее кольцо газов в подпоршневую полость. А во-вторых, оно принимает участие в регулировке количества смазки на стенках цилиндра. Этот элемент обладает специфической формой рабочей поверхности (конусную или Г-образную). Такая поверхность играет роль скребка, снимающего излишки смазки со стенок, и сбрасывает его к маслосъемному кольцу. Поэтому его еще еще называют скребковым.

Поскольку оно воспринимает значительно меньшие нагрузки, чем первое, то в его конструкции не используются высокопрочные напыления, оно изготовлено полностью из пластичного чугуна.

Маслосъемные кольца

В задачу маслосъемных колец входит регулировка толщины масляной пленки на стенках цилиндра, именно регулировки, а не полного удаления смазочного материала. Если масла будет недостаточно, то сила трения будет увеличена, что приведет к быстрому износу колец, а также возможному появлению задиров на стенках цилиндров. Большое же его количество при сгорании в камере сгорания будет оседать в виде нагара на всех поверхностях внутри ее.

Читать еще:  Стартер продолжает крутиться после запуска двигателя: причины

Конструктивно этот элемент самый сложный и он единственный, которое имеет дренажные отверстия для отвода снятого масла. На автомобилях могут использоваться два их типа:

  1. П-образные.
  2. Составные.

Рабочими элементами П-образного кольца являются две кромки, которые соскабливают смазочный материал со стенок. Причем масло, снятое верхней кромкой проходит через отверстия дренажа и по каналам, проделанным в поршне, стекает вниз. Смазка же, соскобленная нижней кромкой уходит вниз по стенкам юбки поршня и цилиндра.

Видео: Поршни вставляем в блок цилиндров

Чтобы обеспечить необходимое прижатие к поверхности, используются специальные тангенциальные расширители:

Устанавливаются эти расширители в поршневую канавку под кольцо. Для спирального расширителя на внутренней поверхности кольца проделывается специальный паз.

Составные маслосъемные кольца отличаются разборной конструкцией, включающей в себя несколько элементов, а именно две плоских кольцевых пластины (изготовленные из стали и покрытые хромом), между которыми помещается два расширителя – тангенциальный и осевой. В некоторых случаях используется только один расширитель, обеспечивающий расширение в обоих направлениях.

Основные неисправности

Поскольку эти элементы ЦПГ находятся в постоянном контакте со стенкой цилиндра, то главной их неисправностью является износ рабочих поверхностей. Ресурс этих элементов во многом зависит от материала изготовления и условий эксплуатации, и он может варьироваться от 150 тыс. до 1 млн. км.

Но несоблюдение правил эксплуатации может значительно сократить их срок службы. Повлиять на ресурс могут:

  1. Несвоевременная замена смазочного материала в силовой установке.
  2. Использование низкокачественного топлива.
  3. Частая эксплуатация авто в условиях пробок или кратковременные поездки.
  4. Создание чрезмерно больших нагрузок на силовую установку.
  5. Перегрев мотора.

Основными признаками сильного износа поршневых колец является сильное падение компрессии, вследствие чего падают мощностные и динамические показатели авто и увеличивается расход топлива, а также значительное повышение расхода смазочного материала.

Поршневые кольца: виды, функции, поломки и их устранение

Смотрите также

Виды поршневых колец

Поршневые кольца бывают маслосъемными и компрессионными.

Первые служат для удаления излишков масла с поршня, уплотнительных колец и цилиндра. Но, при этом, после прохода этих колец на поверхностях остается тонкая масляная пленка в несколько микрон. В канавке детали располагаются радиальные отверстия или прорези по которым собранное моторное масло возвращается в поддон.

Существуют составные маслосъемные кольца с пружинами-расширителями и чугунные литые с прорезью. Первые состоят из двух тонких колец, радиального и осевого расширителей. Их производство недорогое, поэтому такие детали встречаются чаще литых чугунных. Некоторые поршни оснащаются двумя составными или литыми кольцами. Для того, чтобы стабилизировать прижим чугунные кольца дополняются пружинным расширителем.

Компрессионные кольца отвечают за изоляцию камеры сгорания. На поршни ставится не более 3 таких деталей. Это связано с тем, что увеличиваются потери на трение, а уплотнение поршня возрастает не на много.

Выделяют верхние и вторые компрессионные кольца. Первые ускоряют приработку и обеспечивают уплотнение детали в нижней и верхней части посадочной канавки.

Второе компрессионное кольцо дополнительно герметизирует камеру после маслосъемного кольца. Оно предотвращает попадание газов в картер. Дополнительно оно препятствует проникновению излишков мотороного масла в камеру сгорания и предупреждает детонацию.

Функции поршневых колец

Обобщая вышесказанное, можно выделить следующие функции поршневых колец:

  • Компрессия. Кольца изолируют камеру сгорания от картера, благодаря чему топливо более эффективно сжимается в камере. Достигается это за счет того, что газы, образующиеся при сгорании смеси не проникают между поршнем и цилиндром, так как компрессионные кольца это предотвращают
  • Экономия моторного масла. Достигается за счет работы маслосъемных колец, которые убирают часть смазки с поверхностей цилиндра и направляют ее в картер
  • Теплообмен. Кольца передают тепло от поршня к стенкам цилиндра. При вопламенении топливно-воздушной смеси внутри камеры возникают температуры до +300 °C. Если не будет отвода тепла, то двигатель может выйти из строя
  • Уменьшение горизонтальных колебаний поршня. Плотно посаженные кольца удерживают поршень строго в горизонтальном направлении и не дают ему «гулять». Благодаря этому предотвразается износ ЦПГ двигателя

Конструкционные материалы для поршневых колец

Поршневые кольца изготавливают из высококачественного ковкого или серого чугуна, либо легированной стали. Чугунные дешевле, легче и быстрее прирабатываются, но у стальных термостойкость и предел прочности выше. Помимо этого стальные кольца требуют нанесения твердого приработочного антифрикционного покрытия.

Чаще всего устанавливают верхние стальные кольца с оловянным или пористым хромовым покрытием, вторые – с молибденовым напылением, наносимым посредством легирования, либо чугунные без него. Маслосъемные кольца в этом случае используют стальные наборные или чугунные.

В двигателях, ресурс которых не превышал 100 тыс. км использовались чугунные кольца без какого-либо покрытия. Это было вынужденным решением, так как точность старых деталей была мала. Кроме того, количество колец было от 4 до 6, а их высота была больше.

Современные силовые агрегаты оснащаются большим количеством колец в случае, если они имеют большие габариты. Подобные действия позволяют обеспечить более эффективный отвод тепла от поршня.

Типичные неисправности поршневых колец

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

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

Из-за тяжелых отложений кольца в канавках залегают, вследствие чего снижается подвижность поршня и образуется зазор между кольцом и стенкой цилиндра. Это приводит к прорыву картерных газов и повышению расхода моторного масла.

Износ поршневых колец определить легко. Например, синий дым, выходящий из выхлопной трубы, свидетельствует о повышенном расходе масла. Он особенно заметен при холодном пуске ДВС.

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

Данный материал обладает широким диапазоном рабочих температур (от -70 до +260 °C), способствует снижению трения и износа поршней, защищает юбки от задиров. Применение покрытия снижает расход топлива, повышает мощность двигателя и уменьшает шум прие го работе.

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

Совместно с покрытием рекомендуется использовать Специальный очиститель-активатор MODENGY. Он не только убирает разнородные загрязнения с поверхностей, но и образует пленку, улучшающую адгезию покрытия.

Замена поршневых колец

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

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

Затем следует обратиться к инструкции по установки новых колец, которая находится в комплекте с деталями.В ней описывается последовательность установки и правильное расположение деталей.

После очистки нужно проверить канавки на предмет повреждения их радиусов и боковых поверхностей.

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

После установки проверяются зазоры боковых поверхностей. Если они превышают 0,1 мм, то поршни следует заменить.

При монтаже также следует обращать внимание на износ зеркала цилиндра. Если он превышает 0,1 мм, то блок цилиндров перегильзовывается или растачивается под размер ремонтных поршней.

После замены в течение 3-5 тыс. км производится обкатка двигателя. Она включает в себя стандартные действия: прогрев двигателя, запрет на длительный простой на холостых оборотах, движение с высокими оборотами, движение с малой скоростью на повышенных передачах и т.д. По прошествии данного отрезка двигатель не следует подвергать нагрузкам еще 5-10 тыс. км.

Присоединяйтесь

© 2004 – 2020 ООО «АТФ». Все авторские права защищены. ООО «АТФ» является зарегистрированной торговой маркой.

Ссылка на основную публикацию