Меню Закрыть

Как работают маслосъемные кольца: Маслосъемные кольца – что это такое

Содержание

Маслосъёмные поршневые кольца двигателя внутреннего сгорания

Маслосъёмные поршневые кольца работают в менее тяжёлых условиях (в сравнении с компрессионными), ввиду того, что подвержены воздействию невысоких температур и давлений и обладают лучшими условиями для смазывания. Работа маслосъёмных колец продемонстрирована на [рис. 1].

Рис. 1. Схема работы маслосъёмных поршневых колец.

а) – Работа маслосъёмных колец при движении поршня вниз;

б) – Работа маслосъёмных колец при движении поршня вверх;

в) – Положение маслосъёмных колец скребкового типа в канавке поршня;

1) – Маслоотводный канал;

2) – Поршень;

3) – Цилиндр;

4) – Прорезь в кольце;

5) – Канал в поршне;

6) – Маслосъёмное кольцо скребкового типа;

7) – Маслосъёмное кольцо скребкового типа.

В процессе движения поршня (2) вниз [рис. 1, а)] кромки маслосъёмных колец снимают излишки масла. Через зазор между кольцами и стенкой канавки поршня и прорезь (4) в кольце, а далее через канал (5) в поршне масло отводится в картер двигателя. При наличии у поршня маслоотводных каналов (1) под кольцом, часть снятого масла стекает по этим каналам в картер. По аналогичной схеме осуществляется удаление излишков масла в картер в процессе движения поршня вверх [рис. 1, б)].

На поршни некоторых тракторных дизельных двигателей устанавливаются два маслосъёмных кольца: первое устанавливается под поршневым пальцем, а второе на направляющей части поршня (Д-50, А-41, СМД-14, ЯМЗ-240Б, Д-240, А-01 и прочие). Как правило, в автомобильных и тракторных двигателях на поршне расположено по одному маслосъёмному кольцу, которое размещается над поршневым пальцем (дизельные двигатели Д-144, ЯМЗ-238, СМД-60, бензиновые двигатели ЗМЗ-53, ЗИЛ-130, КамАЗ и прочие).

В роли маслосъёмных поршневых колец широко используются не только чугунные коробчатые [рис. 2, б)] либо скребковые [рис. 1, в)], но и стальные витые кольца [рис. 2, г) и д)]. Коробчатые поршневые кольца имеют пару узких рабочих кромок, которые жёстко связаны между собой. У остальных маслосъёмных колец кромки независимые. С целью снижения расхода масла на угар применяются различные типы расширителей, которые увеличивают радиальное давление поршневого кольца на стенку цилиндра. Осевой и радиальный расширители показаны на [рис. 2, г)], а на [рис. 2, д)] показан двухфункциональный расширитель.

Рис. 2. 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.

Увеличение ресурса чугунных маслосъёмных колец обеспечивается за счёт хромирования их рабочей поверхности с пористым слоем, который составляет 1/3 от общей толщины покрытия.

Коробчатые маслосъёмные кольца нашли применение в дизельных двигателях СМД-14, А-41, СМД-60, КамАЗ и ЯМЗ, а скребковые кольца (по паре колец в каждой канавке) – в дизельных двигателях Д-144, Д-50 и Д-240. В карбюраторные двигатели (ЗМЗ-53, ЗИЛ-130 и прочие) устанавливаются стальные сборные маслосъёмные кольца [рис. 1, г) и д)], которые отличаются особенно высокой приспособляемостью к цилиндрам, то есть беззазорно прилегают к зеркалу цилиндра.

17*

Похожие материалы:

Поршневые кольца

Поршневые кольца предназначены для обеспечения герметичности внутрицилиндрового пространства, т.е. для предотвращения прорыва газов из этого пространства в картер двигателя. Одновременно поршневые кольца отводят в стенки цилиндра большую часть воспринимаемого днищем поршня тепла и препятствуют проникновению масла из картера двигателя внутрь цилиндров. В современных быстроходных, отличающихся высокой степенью сжатия двигателях, поршневые кольца применяют трех видов:

  • Компрессионные поршневые кольца
  • Маслосъемные поршневые кольца
  • Компрессионно-маслосъемные поршневые кольца (комбинированные)

Компрессионные кольца. Компрессионные поршневые кольца работают в очень тяжелых условиях, они подвергаются воздействию высоких температур, работают в условиях полужидкостного трения с большой переменной скоростью скольжения, а так же испытывают воздействие значительных сил давления газов, внутренних сил упругости и сил трения. Компрессионные кольца должны предотвратить попадание отработавших газов из камеры сгорания в кривошипную камеру. Для обеспечения необходимой герметичности нужны минимальный зазор между поршнем и стенкой цилиндра, наличие в этом зазоре устойчивой масляной пленки и высококачественная обработка поверхности цилиндра и поршня. Компрессионные кольца уплотняют поршень при помощи создаваемого ими лабиринта и прижатия колец к поверхности цилиндра. Проходя через этот лабиринт, состоящий из торцевых и радиальных зазоров между кольцами и стенками кольцевых канавок, газы постепенно расширяются, вследствие чего их давление и скорость истечения снижаются.

Маслосъемные кольца. Целью их работы является максимальное уменьшение расхода масла, при постоянной и достаточной смазке деталей скольжения и одновременно минимальная газопроницаемость. Вследствие насосного действия компрессионных колец, а так же разряжения в цилиндре во время всасывания в камеру поступает масло, где оно частично сгорает. Маслосъемные кольца снимают лишнее масло со стенок цилиндров и предотвращают по мере возможности попадание смазочного масла в камеру сгорания.

Компрессионно-маслосъемные кольца (комбинированные). Компрессионно-маслосъемные кольца совмещают в себе основную функцию компрессионных и маслосъемных колец, это означает, они в основном предотвращают попадание отработавших газов в кривошипную камеру и снимают лишнее масло со стенки цилиндра. 

 

Конструкция и форма поршневых колец

Схематичное изображение колец

Расшифровка конструктивных особенностей поршневых колец

  R — Цилиндрическое компрессионное поршневое кольцо


  ET — Полутрапециевидное компрессионное поршневое кольцо


  T — Трапециевидное компрессионное поршневое кольцо 6º/15

  M — Коническое поршневое компрессионное кольцо


  SM — Коническое поршневое компрессионное кольцо с уменьшенным углом наклона рабочей поверхности


  N — Скребковое компрессионное поршневое кольцо


  NM — Скребковое коническое компрессионное поршневое кольцо

  S — Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо с прорезями

  G — Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо с параллельными фасками

  D — Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо со сходящимися фасками

  SSF — Коробчатое прорезное маслосъемное поршневое кольцо

  GSF — Маслосъемное коробчатое поршневое кольцо с параллельными фасками с витым пружинным расширителем

  DSF — Маслосъемное коробчатое поршневое кольцо со сходящимися фасками и витым пружинным расширителем

  SLF — Маслосъемное поршневое кольцо со стальными пластинами

  UF — U-образное пружинное маслосъемное поршневое кольцо

  SEF — Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо с прорезями и с расширителем

  FF — Фасонное эластичное маслосъемное поршневое кольцо

 

Поршневое кольцо: термины

     

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

 

Материалы для изготовления поршневых колец:

Сокращение

Наименование

CK

  Рабочая поверхность из хрома — керамики

CR

  Рабочая поверхность хромированная

FX

  Рабочая поверхность феррооксидированная

MO

  Рабочая поверхность молибденированная

NT

  Рабочая поверхность нитрированная

PC

  Рабочая поверхность с плазменным покрытием

Поршневые кольца. Устройство, виды, функции поршневых колец

Содержание страницы

1. Требования к поршневым кольцам

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

Функции поршневых колец

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

Свойства поршневых колец

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

2. Основные функции поршневых колец

2.1. Уплотнение от прорыва отработанных газов

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

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

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

Уплотнение от прорыва отработанных газов.

2.2. Съем и распределение масла

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

Съем и распределение масла

2.3. Отвод тепла

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

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

Отвод тепла

3. Типы поршневых колец

3.1. Компрессионные поршневые кольца

Цилиндрические компрессионные поршневые кольца

Цилиндрическое компрессионное кольцо

Цилиндрическое компрессионное кольцо с внутренней фаской

Цилиндрическое компрессионное кольцо с внутренним углом

Цилиндрическое компрессионное кольцо

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

Конические кольца – компрессионные поршневые кольца с маслосъемной функцией

Коническое кольцо

Коническое кольцо с нижней внутренней фаской

Коническое кольцо с нижним внутренним углом

ЗАМЕЧАНИЕ

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

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

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

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

Давление газов на коническое кольцо

Скребковые кольца

Скребковое кольцо

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

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

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

Коническое скребковое кольцо

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

Коническое скребковое кольцо с закрытым стыком

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

Кольца трапециевидного сечения

Кольцо симметричного трапециевидного сечения

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

Кольцо несимметричного трапециевидного сечения

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

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

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

ВНИМАНИЕ!

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

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

3.2. Маслосъемные поршневые кольца

Назначение

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

Маслосъемное поршневое кольцо

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

 ЗАМЕЧАНИЕ

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

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

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

Коробчатые маслосъемные поршневые кольца

Маслосъемное поршневое кольцо

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

Коробчатые маслосъемные кольца с прорезями изготавливают из серого чугуна.

Типы конструкции

Маслосъемное коробчатое кольцо с прорезями

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

Маслосъемное коробчатое кольцо со сходящимися фасками

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

Маслосъемное коробчатое кольцо с параллельными фасками

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

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

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

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

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

ЗАМЕЧАНИЕ

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

Маслосъемное коробчатое кольцо с прорезями и пружинным расширителем

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

Маслосъемное коробчатое кольцо с параллельными фасками и пружинным расширителем

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

Маслосъемное коробчатое кольцо со сходящимися фасками и пружинным расширителем

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

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

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

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

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

Маслосъемные поршневые кольца из 3-х частей

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

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

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

Маслосъемное поршневое кольцо из 3-х частей

3.3. Типичная комплектация поршня кольцами

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

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

3.4. Наиболее подходящее поршневое кольцо

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

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

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

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

4. Поршневое кольцо: термины

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

5. Конструкция и форма поршневых колец

5.1. Материалы для изготовления поршневых колец

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

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

Процесс литья поршневых колец

Используемые материалы на основе серого чугуна

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

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

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

5.2. Материалы для покрытия pабочей поверхности

С полным покрытием рабочей кромки

 С покрытием центра рабочей кромки

 С частичным покрытием рабочей кромки

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

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

5.2.1. Молибденовые покрытия

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

Свойства

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

Большинство хромовых покрытий наносится гальваническим способом.

Свойства

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

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

Свойства

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

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

Свойства

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

5.3. Отслаивание покрытий

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

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

Рис. 2. Отслаивание покрытия в области спинки кольца

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

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

Станок для обработки рабочих поверхностей

5.5. Выпуклая форма рабочей поверхности

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

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

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

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

Рис. 2. Рабочая поверхность кольца симметричной выпуклой формы

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

Рис. 3. Рабочая поверхность кольца асимметричной выпуклой формы

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

Рис. 4. Сильное «всплывание» при движении вверх

Рис. 5. Слабое «всплывание» при движении вниз

5.6. Обработка поверхностей

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

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

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

6. Назначение и свойства

6.1. Тангенциальное напряжение

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

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

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

ЗАМЕЧАНИЕ

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

Рис. 1. Измерение тангенциальной силы

6.2. Распределение радиального давления

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

Рис. 2. Симметричное распределение радиального давления

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

Рис. 3. Позитивно-овальное распределение радиального давления

6.3. Увеличение давления прижима под действием давления сгорания

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

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

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

Рис. 1. Увеличение давления прижима

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

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

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

ЗАМЕЧАНИЕ

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

6.4. Специфическое давление прижима

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

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

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

ВНИМАНИЕ!

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

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

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

6.5. Тепловой зазор

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

Рис. 1. Тепловой зазор в смонтированном состоянии

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

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

Рис. 2. Деформация поршневого кольца при рабочей температуре

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

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

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

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

Рис. 3. Цилиндр в форме воронки при рабочей температуре

6.6. Уплотнительные поверхности поршневых колец

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

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

Рис. 1. Уплотнение за счет нижней боковой поверхности канавки

Рис. 2. Такт впуска

Рис. 3. Такт сжатия

6.7. Дросселирующая щель и прорыв газов

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

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

Рис. 4. Дросселирующее окно

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

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

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

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

6.8. Зазор кольца по высоте

Рис. 1. Зазор кольца по высоте

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

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

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

6.9. Скручивание колец

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

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

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

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

Рис. 3. Положительное скручивание кольца

Рис. 4. Отрицательное скручивание кольца

Скручивание колец в условиях эксплуатации

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

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

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

Рис. 5. Отсутствие давления сгорания

Рис. 6. Наличие давления сгорания

6.10. Способность поршневых колец прилегать к стенкам цилиндров

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

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

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

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

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

Рис. 1. Плохая способность кольца прилегать к стенке цилиндра

6.11. Движения поршневых колец

Вращение колец

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

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

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

Вращение вокруг оси

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

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

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

Радиальное движение

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

Радиальное движение поршневого кольца

Скручивание колец

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

Скручивание кольца

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

Просмотров: 9 085

Как выбрать поршневые кольца | ТДМК поршни

Общим направлением в конструкциях высококачественных поршней является использование узких поршневых колец. Существует мнение, что тонкое кольцо будет предотвращать так называемую вибрацию колец на высоких оборотах двигателя и уменьшать трение между поршневым кольцом и стенкой отверстия цилиндра. При всех условиях работы узкие кольца работают хорошо, но из-за того, что от них требуются повышенные усилия, оказываемые на стенки, и из-за других факторов, включающих высокие рабочие температуры, такие кольца вызывают ускоренный износ цилиндров и лицевой поверхности самих колец. Пока вы не создаете двигатель, который способен и часто будет развивать очень высокие обороты (более 6.000 об/мин), вы будете довольны широкими кольцами. Обычные кольца дешевле, работают дольше и достаточно надежно. В реальности, улучшение характеристик от использования тонких колец является таким малым, что может быть обнаружено только на испытательном стенде или же при большом количестве испытательных заездов. Рассмотрим их применимость только для гоночных двигателей.

Если вы должны использовать специальные поршни, то конструкция верхнего кольца является одним из самых важных факторов (среди прочих), подлежащих рассмотрению. Если верхнее кольцо расположено высоко на поршне около его верхней части, характеристики двигателя будут лучше, благодаря тому, что меньший объем недоступных газов будет захвачен в перемычке между кольцами. Преимущества могут быть малыми, но они есть. Однако, слишком много хороших вещей может быть гибельным: если кольцо расположено слишком близко к верхней части поршня, то тонкая перемычка над канавкой кольца может перегреться и разрушиться. Убедитесь, что производители поршней и колец согласовали оптимальное положение перемычки между кольцами, и что поршни обработаны в соответствии с требованиями.

Верхнее поршневое кольцо и перемычка над его канавкой работают в очень жестких условиях. Верхнее кольцо должно не только обеспечивать качественное уплотнение у рабочей поверхности при очень высоких давлениях, но также должно работать в окружении высокотемпературных газов. Кольца должны противостоять их воздействию в течение миллионов циклов и сохранять свою упругость и возможность уплотнения. Эти требования определяют технологии производства и металлургические особенности материала колец. Материал кольца должен иметь низкий коэффициент трения, хорошие характеристики против заедания и низкий коэффициент износа.

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

Эти кольца вполне приемлемы для использования, но форсированные двигатели требуют большего, чем быть просто приемлемыми. Так как уровень требований с годами возрастает, то были найдены другие, более эффективные (и более дорогие) материалы. Одним из первых было нанесение слоя хрома на чугун. Эти кольца не используют обычный полированный хром, который применяется для бамперов и колпаков колес, а обрабатываются твердым хромом. Эти кольца были впервые использованы в самолетостроении, где они были необходимы для того, чтобы найти материал, который будет противостоять истиранию и заеданию даже при очень высоких температурах поверхности и высоких давлениях. Также твердый хром очень устойчив к износу. Хромированные кольца имеют один недостаток: так как они являются очень твердыми; конструкторы двигателей должны использовать точные технологии обработки отверстий цилиндров, чтобы добиться оптимальной работы.

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

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

Если вы рассчитываете на установку качественного набора колец на форсированный двигатель, надо иметь в виду несколько важных фактов для обеспечения долгой службы. В частности, на срок службы колец существенно влияет ширина колец. Узкие кольца стремятся обеспечить более качественное уплотнение при начальной приработке, но их недостатком является поверхность, которая изнашивается скорее. Таким образом, для форсированного двигателя обычного автомобиля нет смысла использовать кольца, которые уже, чем нужно. Большинство двигателей, работающих с оборотами, не превышающими 6.500 об/мин, будут работать хорошо в указанных условиях с первым и вторым компрессионными кольцами стандартной ширины. Для форсированных двигателей, работающих с оборотами, превышающими 6.000 об/мин и даже 7.000 об/мин, обычно используется верхнее компрессионное кольцо шириной 1,59 мм. Более тонкие кольца можно рассматривать как вариант только в тех случаях, когда характеристики двигателя более важны, чем долгий срок службы.

Даже если ожидаемый срок службы тонких колец может быть менее 30% от срока службы широких колец, то вы увеличите срок службы колец до желаемого и можете даже получить некоторое увеличение мощности, если приобретете специальные кольца. К сожалению, эти кольца недешевы, но их качество находится на высшем уровне. Специальные тонкие кольца производятся с различной шириной и из различных материалов, поэтому при покупке и заказе нужно четко представлять себе требования к кольцам. Если вам удастся найти правильную комбинацию, особенно, если вы подберете нужные высококачественные кольца из нержавеющей стали, используемые в авиационных двигателях для работы на высоких оборотах, то это обеспечит лучшие характеристики, чем те, которые может предложить обычная технология.

Конструкция верхних компрессионных колец

Материал поршневого кольца не является единственным критерием, который определяет, насколько хорошо будет работать кольцо в нормальных условиях и в условиях гонок (при высоких нагрузках). Общая конструкция кольца и его расположение на поршне также являются очень важными. Существует много конфигураций верхнего компрессионного кольца и различия между некоторыми из них очень 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 (рабочей) 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. Фаска уменьшает небольшие напряжения вдоль внутреннего края и позволяет кольцу неравномерно «ослабиться», приводя к тому, что кольцо деформируется на 0,025 — 0,05 мм, вызывая требуемое перекручивание. Перекрученные кольца имеют все признаки обычных «плоских» колец, но разница очень незначительна.

Другим важным типом компрессионного кольца, хотя и не такого, как обычное плоское или перекрученное кольцо, является поршневое кольцо с L-образным участком, чья способность к уплотнению зависит от усилия, развиваемого давлением газов, действующих на заднюю сторону большого выступа в форме буквы «L». Только эти кольца развивают дополнительное усилие, прикладываемое к стенкам цилиндров, когда в цилиндре имеется высокое давление, например, в такте сжатия и особенно в момент после сгорания рабочей смеси. Конечно, когда высокого давления в цилиндре нет, кольцо ослабляется, уменьшая трение и износ.

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. Однако, второе кольцо имеет важную дополнительную функцию: оно помогает маслосъемному кольцу, действуя как «скребок», предотвращает попадание излишнего масла в камеру сгорания и возникновение детонации. Некоторые вторые компрессионные кольца специально сделаны скошенными, чтобы содействовать работе маслосъемного кольца, а скос наименьший у верхнего края кольца. При этом оно стремится двигаться поверх масла при движении вверх в цилиндре и будет удалять масло при движении вниз. Если удаление масла является проблемой, то такой тип кольца принудительно удаляет масло, хотя второе кольцо с плоской поверхностью вместе с маслосъемным кольцом «нормального» усилия — это все, что нужно.

Второе компрессионное кольцо без зазора является новой конструкцией, которая получила большое развитие с 60-х годов. Используемый здесь термин «без зазора» в чем-то неправильный, т. к. вообще невозможно изготовить кольцо полностью без зазора — его будет невозможно установить на поршень, и кольцо будет нерегулируемым даже при самых малых отклонениях формы отверстия цилиндра от окружности. Не обращая внимания на это, кольцо можно сделать без видимого зазора для газов, проходящих мимо кольца. При использовании этих колец двигатель прирабатывается быстрее в процессе обкатки, и он выдает немного большую мощность при проверке на стенде.

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

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

Предполагая, что технология производства, материал и упругость колец правильные, «секрет» качественного маслосъемного кольца состоит в правильной поддержке верхней и нижней рабочих кромок центральным разделителем (расширителем). Некоторые маслосъемные кольца невысокой стоимости, однако, используют волнообразные разделители верхней и нижней кромок. Такой метод не обеспечивает правильной опоры для кромок. Когда обороты двигателя увеличиваются, силы инерции стремятся выпрямить волнообразный разделитель, что позволяет всему кольцу болтаться вверх-вниз и вкручиваться внутрь канавки. Когда это происходит, масло проходит поверх кромок; отсюда следует такое правило: не используйте маслосъемные кольца с волнообразным разделителем.

Источник: СпортТюнинг.РУ

ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА

Поршневые кольца предотвращают попадание газов из камеры сгорания в картер двигателя, т. е. обеспечивают герметичность надпоршневого пространства. Кроме того, поршневые кольца отводят в стенки цилиндра большую часть воспринимаемой днищем поршня теплоты и препятствуют проникновению масла из картера в камеру сгорания.

Поршневые кольца делятся по назначению на компрессионные (уплотнительные) и маслосъемные.

Поршневые кольца работают в тяжелых условиях, совершая возвратно-поступательное движение при большой нагрузке, значительной скорости скольжения и высокой температуре. Поэтому причиной большинства неполадок в работе поршневой группы являются поршневые кольца. Поршневые кольца нагреваются от соприкосновения с горячими газами и нагретыми стенками поршня, а также вследствие трения о стенки цилиндра. Температура верхнего поршневого кольца (считая от камеры сгорания) достигает 200—250° С при алюминиевом поршне и 350—400° С при чугунном. Средняя температура остальных поршневых колец равна 150-200° С.

Верхнее поршневое кольцо очень трудно обеспечивать смазкой, особенно при положении поршня в в. м. т. В этой зоне трение поршневого кольца о стенку цилиндра близко к полусухому и вызывает увеличенный износ как поршневого кольца, так и участка стенки цилиндра.

Основным требованием, предъявляемым к поршневым кольцам, является плотное (без просвета) прилегание их к стенке цилиндра и торцов колец к стенкам канавок в поршне.

Условия работы поршневых колец резко ухудшаются при их вибрации и прорыве в картер двигателя газов, происходящем в случае потери кольцами упругости, вследствие повышенного и неравномерного износа их, цилиндра и канавок. При этом резко повышается температура колец, они закоксовываются, увеличивается расход масла, ухудшаются механические свойства металла колец и возрастает их износ.

Компрессионные поршневые кольца в совокупности с канавками в поршне и зазорами в них выполняют функции лабиринтного уплотнения.

Лабиринтное уплотнение представляет собой систему полостей, сообщающихся узкими щелями. Течение газов через эти полости и щели сопровождается расходом энергии на трение и образованием вихрей. В результате этого в системе полостей устанавливается давление, падающее ступенями до давления окружающей среды, что обусловливает течение газа с небольшой скоростью и, следовательно, с небольшим расходом.

Поршневые кольца прижимаются к стенкам цилиндров под действием сил упругости и давления газов со стороны поршневых канавок.

Давление газа над поршнем в цилиндре равно р. Часть газа, проходящего под первым поршневым кольцом, расширяется в зазоре до давления р1. Поступив далее в пространство между первым и вторым кольцами, газ расширяется до давления р. Затем давление газа последовательно падает до р2, p’sи р3 и, наконец, до p’s, и газ поступает в нижнюю часть цилиндра.

Число компрессионных колец, особенно в быстроходных двигателях, может быть ограничено двумя-тремя. Применение большего числа поршневых ко-лец (пять-шесть) в дизеле объясняется необходимостью уменьшения утечки сжимаемого воздуха при пуске.

Для плотного прилегания поршневого кольца к зеркалу цилиндра необходимо неравномерное распределение давлений по его окружности. Последнее достигается применением специальной технологии при изготовлении колец. При этом в свободном состоянии кольца имеют некруглую форму. Необходимость неравномерного распределения давлений по окружности поршневых колец вызывается тем, что по мере их износа начальное распределение давлений кольца изменяется так, что больше всего давление падает у замка кольца. Вследствие этого концы кольца могут даже отходить от стенок цилиндра.

При таком распределении давлений долговечность кольца увеличивается в 1,5—2 раза по сравнению с кольцом, имеющим равномерное распределение давления на стенки цилиндров. Кроме того, уменьшается расход масла и склонность к вибрациям и сохраняется необходимая плотность прилегания колец к цилиндру, даже при значительном их износе.

Что будет если неправильно поставить поршневые кольца?

Если поставить кольцо неправильно, будет перерасход масла, но несколько меньший износ поршневой группы деталей. Замки колец должны смотреть в разные стороны и не быть в плоскости качания шатуна. Образуется своеобразный лабиринт для прорывающихся газов. … Износ цилиндра сильно нарушает работу колец.

Что будет если не правильно установить поршневые кольца?

Если кольца установить не правильно, то возможно будет расход масла выше нормы. Так как кольца будут соскребать масло не в дренажные отверстия а в сторону камеры сгорания, либо в сторону юбки. … Ее нужно ориентировать к днищу поршня, в сторону к камере сгорания.

Что означает надпись TOP на поршневых кольцах?

«Top» означает, что эта сторона кольца должна находиться сверху и быть направлена к камере сгорания. В случае сомнения или отсутствия маркировки «Top», установите кольцо надписью вверх. Проверьте, свободно ли кольца проворачиваются (вращаются) в кольцевых канавках.

Какое кольцо ставится первым?

Первоначально ставим главное маслосъемное кольцо: то, которое имеет волнообразную структуру. Установить его проще некуда, так как оно самое эластичное из всех. Дальше ставим верхнее и нижнее ТОНКИЕ маслосъемные кольца.

Как понять что маслосъемные кольца залегли?

Признаки залегших колец

Проблемы начинаются с ухудшения динамических характеристик автомобиля. Двигатель плохо реагирует на работу с педалью газа. Это основной признак. Если залегли маслосъемные кольца, пленка смазки остается на внутренней поверхности цилиндра (кстати, компрессионные кольца залегают гораздо реже).

Как проверить состояние поршневых колец?

Упругость поршневых колец измеряют на специальных весах с помощью гибкой ленты, охватывающей кольцо. Если упругость на 0,4 кг ниже нижнего предела, указанного в таблице, кольцо выбраковывают. Перед установкой колец на поршни необходимо проверить зазоры по высоте между полками канавок в днище поршня и кольцами.

Что такое замок поршневого кольца?

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.

Для чего нужен зазор в стыке поршневого кольца?

Для уменьшения расхода масла производители выполняют увеличение тепловых зазоров поршневых колец. Через увеличенные зазоры газы даже под относительно небольшим давлением намного активнее проникают в кольцевую канавку, после чего попадают на обратную сторону кольца.

Как работают компрессионные кольца?

Простой ответ: Поршневые кольца образуют уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра, что предотвращает попадание газообразных продуктов сгорания в масляный поддон. … Маслосъемное кольцо собирает масло со стенок цилиндра по пути вниз по цилиндру, возвращая его обратно в масляный поддон.

Как измерить зазор в стыке поршневого кольца?

Зазор в стыке поршневого кольца измеряется щупом. Сравните результат с установленным значением. Если зазор больше или меньше установленного, то повторите измерение, чтобы убедиться в возможности установки кольца.

Сколько поршневых колец в двигателе?

Количество колец

Для бензиновых двигателей — обычно 2 компрессионных и одно маслосъемное. На особо высокооборотистых двигателях может быть вообще одно кольцо. Для дизельных двигателей обычно применяют 2 или 3 компрессионных кольца и одно маслосъемное.

Какие кольца лучше наборные или коробчатые?

Коробчатое кольцо получается скорее маслоуправляющим, в то время как наборное — чисто маслосъемное. Разница в терминологии отражает особенности действия. Коробчатое кольцо дает несколько больший расход масла, но одновременно лучшую смазку цилиндра, поршня и компрессионных колец.

Сколько поршневых колец на поршне?

Уплотняющая часть Поршень имеет установленные в канавках компрессионные и маслосъёмные кольца. Типичное количество колец на автомобильных моторах — 3, ранее применялись конструкции с 4—6 кольцами. На тихоходных двигателях колец больше для уменьшения пропуска масла и газов, улучшения охлаждения поршня.

Зачем нужны кольца на поршнях – АвтоТоп

Поршневые кольца — это незамкнутые кольца, которые с небольшим зазором (до нескольких сотых долей миллиметра) посажены в канавках на внешних поверхностях поршней в двигателях внутреннего сгорания. В данной статье мы поговорим про поршневые кольца двигателя, какие они бывают и основное предназначение колец двигателя.

Поршневые кольца по назначению разделяют на компрессионные и маслосъемные. 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 отличии от компрессионных колец имеют сквозные прорези.

Из чего делают кольца двигателя?

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

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

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

Верхние компрессионные кольца двигателя

Существует много конфигураций верхнего компрессионного кольца и различия между некоторыми 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 (рабочей) 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.

Другим важным типом компрессионного кольца, хотя и не такого, как обычное плоское или перекрученное кольцо, является поршневое кольцо с L-образным участком, чья способность к уплотнению зависит от усилия, развиваемого давлением газов, действующих на заднюю сторону большого выступа в форме буквы «L». Только эти кольца развивают дополнительное усилие, прикладываемое к стенкам цилиндров, когда в цилиндре имеется высокое давление, например, в такте сжатия и особенно в момент после сгорания рабочей смеси. Конечно, когда высокого давления в цилиндре нет, кольцо ослабляется, уменьшая трение и износ.

Второе компрессионное и маслосъемное кольца двигателя

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

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

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

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

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

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

И пару видео в нагрузку))Приятного просмотра.

Поршневые кольца

Назначение поршневых колец и требования к ним

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

Поршневые кольца являются упругими элементами уплотнения поршневой группы, обеспечивающими:

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

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

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

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

Компрессионные поршневые кольца

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Маслосъемные поршневые кольца

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

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

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

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

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 отличии от компрессионных колец имеют сквозные прорези.

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.

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.

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. Не смотря 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 с прорезями

— Euroring BV

Маслосъемные кольца с прорезями — Euroring BV

Подробнее Перейти к продукту Подробнее Продукты class = «post-150 тип работы-статус-публикация-пост-миниатюра hentry Categories-products»

single-work.php

Наиболее известным применением маслосъемных колец с прорезями является нижнее кольцо из трех типов на поршне двигателя внутреннего сгорания. Поршневое кольцо этого типа обеспечивает одинаковое распределение масла по стенке цилиндра и отвод излишков масла в картер через выемки в кольце.Поршень также имеет каналы, по которым это масло может стекать обратно в картер. Другая часть масла соскабливается через стенку цилиндра. Классический вариант — однопоршневое кольцо с натяжным кольцом или без него.

В настоящее время часто используются трехкомпонентные поршневые кольца, в которых центральное внутреннее кольцо прижимает два более узких поршневых кольца на месте и с натяжением к стенке цилиндра. Мы также называем этот тип кольцами Niflex. Узкие рабочие кольца в этой системе изготовлены из стали и после обработки имеют твердое хромовое или нитридное покрытие.

Используемые материалы включают:
— Пластинчатый чугун и чугун с шаровидным графитом
— Различные марки стали

Стандарты:
— NEN ISO 6627: 2000
— NEN ISO 6625: 1986

Поршневое кольцо Niflex

Специальные поверхностные слои:
— Твердый хром
— Азотирование в ванне и плазме
— Слои PVD
— Слои DLC

Тип E301

Маслосъемное кольцо с прорезями и узкими канавками.

Тип E302

Маслосъемное кольцо с прорезями и широкими канавками.

Тип E303

Маслосъемное кольцо с прорезями, широкими канавками для масла и закругленными прорезями.

Тип E304

Маслосъемное кольцо со шлицами и коническими маслосъемными канавками.

Тип E305

Маслосъемное кольцо с широкими ступенями и прорезями.

Тип E306

Маслосъемное кольцо с двойным скосом.

Тип E307

Маслосъемное кольцо с двойным скосом и канавками.

Тип E308

Маслосъемное кольцо со скошенной кромкой и прорезями.

Тип E309

Маслосъемное кольцо со скосом и расширительной пружиной.

Тип E310

Маслосъемное кольцо с прорезями и смещенной рабочей поверхностью.

Тип E311

Маслосъемное кольцо с двумя прорезями.

Тип E312

Маслосъемное кольцо со смещением и широкой масляной канавкой.

Тип E313

Маслосъемное кольцо с прорезями, широкими канавками для масла и пружиной расширителя.

Что такое поршневое кольцо? — Функция, типы и применение

Что такое поршневое кольцо?

Поршневое кольцо — это металлическое разрезное кольцо, которое прикрепляется к внешнему диаметру поршня в двигателе внутреннего сгорания или паровом двигателе.

Поддерживает сжатие газа между поршнем и стенкой цилиндра. Поршневые кольца герметизируют цилиндр, чтобы газообразные продукты сгорания, образующиеся во время воспламенения, не попадали в отверстие между поршнем и цилиндром.

Улучшение теплопередачи от поршня к стенке цилиндра. И поддержание надлежащего количества масла между поршнем и стенкой цилиндра. Кроме того, регулирование расхода моторного масла путем соскабливания масла со стенок цилиндра обратно в поддон.

Поршни оснащены металлическими кольцами, которые выполняют множество функций. Эти кольца обозначаются как поршневые кольца.

Использование материала для поршневого кольца

Поршневые кольца обычно изготавливаются из чугуна. Чугун сохраняет целостность своей первоначальной формы под действием тепла, нагрузки и других динамических сил.

Также чугун содержит пластинчатый графит, который сам действует как смазка, помогая скольжению между кольцами и гильзой.На поршневые кольца нанесены сплавы и покрытия, и они будут варьироваться в зависимости от типа кольца, поскольку функции этих колец отличаются друг от друга.

Наиболее распространенными формами легированного чугуна являются хром, молибден, ванадий, титан, никель и медь. Материал поршневого кольца остается более твердым, чем гильза цилиндра, что обеспечивает максимальный срок службы.

Функция поршневого кольца

Функция газового уплотнения

Поршневые кольца поддерживают сжатие газа между поршнем и стенкой цилиндра.Поршневые кольца герметизируют цилиндр, чтобы газообразные продукты сгорания, образующиеся во время воспламенения, не попадали в отверстие между поршнем и цилиндром.

Это означает, что камера сгорания должна быть максимально газонепроницаемой. Таким образом, давление, создаваемое горящими газами сгорания, быстро передает поршень в цилиндр. Заставляет коленчатый вал вращаться, тем самым обеспечивая мощность.

Не только важно для такта сгорания / расширения, но газонепроницаемость также очень важна для тактов впуска, сжатия и выпуска.Эту общую функцию можно назвать только «газовым уплотнением».

Функция теплопередачи

Поршневые кольца передают тепло от днища поршня к цилиндру. Когда происходит газовое зажигание, температура внутри поршня достигает примерно 300 C. Если тепло накапливается внутри поршня, двигатель может быть поврежден. По этой причине необходимо высвободить накопление тепла. Поршневые кольца помогают отвести это тепло.

Эта функция теплопередачи очень важна для поддержания приемлемой температуры и стабильности поршней и поршневых колец, чтобы не снижалась герметичность.

Функция контроля масла

Поршневые кольца обычно образуют необходимую минимальную масляную пленку для предотвращения задиров. Поскольку зажигание газа повторяется много раз, поршень поднимается и опускается внутри двигателя со скоростью несколько тысяч раз в минуту. Небольшое количество масла наливается на поршни, поэтому они двигаются плавно, с небольшим трением между металлом и металлом. Поршневые кольца регулируют количество масла.

Таким образом, расход масла находится на приемлемом уровне, а вредные выбросы уменьшаются.старше гильзы цилиндра, чтобы обеспечить максимальный срок службы.

Типы поршневых колец

Поршневые кольца, обычно используемые в небольших двигателях, включают три типа поршневых колец, как указано в сильфоне:

  • Поршневое кольцо сжатия,
  • Грязесъемное поршневое кольцо
  • Масляное поршневое кольцо

Компрессия Кольцо

Компрессионное кольцо — это верхнее или ближайшее кольцо для сжигания газов. Он подвержен наибольшему количеству химической коррозии и максимальной рабочей температуре.Однако это может варьироваться в зависимости от конструкции двигателя.

Компрессионное кольцо передает 70% тепла камеры сгорания от поршня к стенке цилиндра. В большинстве двигателей используются компрессионные кольца с конической или цилиндрической поверхностью.

Компрессионное кольцо с конической гранью

Компрессионное кольцо с конической гранью, которое представляет собой поршневое кольцо с углом конуса около 1 ° на движущейся поверхности. Этот конус обеспечивает легкие салфетки для предотвращения попадания излишков масла в камеру сгорания.

Компрессионное кольцо с торцевой поверхностью

Компрессионное кольцо с торцевой поверхностью представляет собой поршневое кольцо с изогнутой поверхностью, вращающейся для обеспечения непрерывной смазки поршневого кольца и стенки цилиндра. Он также обеспечивает эффект пика для оптимизации распределения масла во время всего хода поршня.

Кроме того, изогнутая подвижная поверхность снижает вероятность разрыва масляной пленки из-за избыточного давления или чрезмерного наклона поршня на кромке кольца во время работы.

Грязесъемное кольцо

Грязесъемное кольцо, иногда называемое скребковым кольцом, кольцом Напье или резервным компрессионным кольцом, является следующим кольцом на поршне после головки цилиндра. Грязесъемное кольцо обеспечивает равномерную толщину масляной пленки для смазки рабочей поверхности компрессионного кольца.

Большинство грязесъемных колец имеют поверхность с углом сужения, которая направлена ​​вниз для обеспечения чистящего действия при движении поршня к коленчатому валу.

Угол конуса обеспечивает контакт, по которому избыток масла направляется к масляному кольцу на стенке цилиндра и возвращается в масляный резервуар.Грязесъемное кольцо находится ближе всего к неправильно нарезанному уголку компрессионного кольца, что приводит к чрезмерному расходу масла. Это происходит из-за того, что грязесъемное кольцо вытирает излишки масла в сторону камеры сгорания.

Масляное кольцо

Масляное кольцо состоит из двух тонких направляющих или рабочей поверхности. Вырезанные отверстия или прорези в радиальном центре кольца позволяют избыточному маслу стекать обратно в резервуар. Обладая всеми этими характеристиками, маслосъемные кольца обычно представляют собой одно целое.

В некоторых масляных кольцах используется пружинный расширитель для приложения дополнительного радиального давления к поршневому кольцу.Это увеличивает давление, прикладываемое к устройству (количество силы и размер подвижной поверхности) на стенку цилиндра.

Масляное кольцо имеет самое высокое собственное давление из трех колец на поршне. Маслёнка из дерева, состоящая из двух направляющих и удлинителя. Масляные кольца расположены на каждой стороне расширителя. Расширитель обычно имеет несколько прорезей или окон для возврата масла в канавку поршневого кольца.

Масляное кольцо использует встроенное давление поршневого кольца, внешнее давление и высокое единичное давление.И это обеспечивается небольшой беговой поверхностью тонкой шины.

Как работают поршневые кольца?

Поршневые кольца поддерживают сжатие газа между поршнем и стенкой цилиндра. Поршневые кольца герметизируют цилиндр, чтобы газообразные продукты сгорания, образующиеся во время воспламенения, не попадали в отверстие между поршнем и цилиндром.

Самая верхняя канавка поршня состоит из компрессионного кольца, основная функция которого заключается в герметизации любых утечек внутри камеры сгорания во время процесса сгорания.При воспламенении топливовоздушной смеси. К головке поршня прикладывается давление от продуктов сгорания, которое толкает поршень к коленчатому валу.

Сжатые газы проходят через зазор между стенкой цилиндра и поршнем в канавку поршневого кольца. Во время процесса сгорания сила газов высокого давления прижимает поршневое кольцо к стенке гильзы цилиндра, что помогает ему образовывать эффективное уплотнение. Это давление, толкающее поршневое кольцо, пропорционально давлению газов сгорания.

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

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

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

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

Часто задаваемые вопросы.

Что такое поршневое кольцо?

Поршневое кольцо представляет собой металлическое разрезное кольцо, которое прикрепляется к внешнему диаметру поршня в двигателе внутреннего сгорания или паровом двигателе.

Каковы функции поршневых колец?

Поршневые кольца поддерживают сжатие газа между поршнем и стенкой цилиндра. Поршневые кольца герметизируют цилиндр, чтобы газообразные продукты сгорания, образующиеся во время воспламенения, не попадали в отверстие между поршнем и цилиндром.

Какие бывают типы поршневых колец?

Поршневые кольца, обычно используемые в небольших двигателях, включают компрессионные кольца, грязесъемные и масляные кольца. Компрессионное кольцо — это поршневое кольцо, расположенное в кольцевой канавке, ближайшей к головке поршня.Компрессионное кольцо изолирует камеру сгорания от утечек во время процесса сгорания.

Читайте также

СВЯЗАННЫЕ СООБЩЕНИЯ

Как на самом деле работают поршневые кольца двигателя

Как на самом деле работают поршневые кольца двигателя — причины их выхода из строя

В обычных автомобилях поршневые кольца двигателя выполняют самую важную работу по герметизации камеры сгорания.

Итак, одним из самых известных материалов, используемых при производстве поршневых колец двигателя, является чугун.
Это потому, что он содержит графит, который сам действует как смазка, между кольцами и цилиндром.

Поршневые кольца некоторых двигателей даже имеют сплавы и покрытия для повышения функциональности для конкретных применений.

Большинство поршневых колец двигателей, используемых сегодня, включают три различных типа колец: компрессионное кольцо, грязесъемное кольцо и масляное кольцо.
Как на самом деле работают поршневые кольца двигателя — что вызывает их выход из строя

Срок службы поршневых колец двигателя полностью зависит от:

  • Кольцо поршневое типа
  • Размер двигателя
  • А условия эксплуатации

Как на самом деле работает поршневое кольцо двигателя:
Держатели Top Grove, компрессионное кольцо

Основная функция заключается в герметизации любых утечек внутри камеры сгорания во время процесса сгорания.Сжатые газы проходят через зазор; между стенкой цилиндра и поршнем и в канавку поршневого кольца.

Компрессионное кольцо

В процессе сгорания действует сила газов высокого давления; прижимает поршневое кольцо к стенке цилиндра. Это давление, толкающее поршневое кольцо, пропорционально давлению газов сгорания.

The Second Grove Holds, Стеклоочистительное кольцо (иногда называемое скребковым кольцом)

Они имеют коническую поверхность и используются для дополнительного уплотнения камеры сгорания.Как следует из названия, они помогают очистить стенку цилиндра; от любого излишка масла и примесей. Итак, если газы могли проходить через компрессионное кольцо; эти газы будут заблокированы стеклоочистителем.

Трюмы Третьей рощи, Масляные кольца

Основная функция масляного кольца — соскребать излишки масла со стенок цилиндра. В результате большая часть протертого масла попадает в картер, обратно в масляный поддон.

Масляные кольца

Эти масляные кольца поставляются с пружиной, установленной сзади, чтобы обеспечить дополнительный толчок для очистки цилиндра.

У колец есть четыре основных задания:
Уплотнение сжатия двигателя

Поршневые кольца поддерживают сжатие между поршнем и стенкой цилиндра. Поршневые кольца уплотняют цилиндр; так что газы сгорания не просачиваются между поршнем и цилиндром. При утечке продуктов сгорания двигатель не может выдавать достаточную мощность, что увеличивает расход топлива.

Контроль пленки смазочного масла

Поршневые кольца обычно образуют необходимую масляную пленку для предотвращения истирания.Но этого достаточно, чтобы они двигались плавно, с небольшим трением между металлом и металлом. Наконец, поршневые кольца автоматически регулируют количество масла, необходимое для правильной работы.

Надлежащая теплопередача

Следовательно, поршневые кольца передают тепло от днища поршня к цилиндру.

Правильная передача тепла

Итак, если тепло будет накапливаться внутри поршня, двигатель может выйти из строя. По этой причине необходимо высвободить накопление тепла.

Опора поршня

Поршневые кольца предотвращают удар поршня о стенку цилиндра.Если поршень касается стенок цилиндра, возможно задиры поршня. Поршневые кольца поддерживают поршень во время движения, обеспечивая плавное движение вверх и вниз.

Отказ кольца

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

Превышение расхода масла Поршневые кольца

Это может быть из-за детонации и звона. В результате негерметичный инжектор или смешивание топлива с грязным воздухом.

Загрязненное топливо или неправильный сорт моторного масла также влияет на работу колец.

Качество моторного масла, плохой процесс сгорания, неправильное распределение топлива, изношенные цилиндры; являются нормальной причиной износа поршневых колец. Залипание колец из-за нагара или шлама, а также поломка или трещина на кольце из-за износа.

Кольца с узкой канавкой

Чем уже кольцо, тем более хрупким оно становится. По мере того, как поршневые кольца становятся более узкими, необходимо увеличивать прочность.По этой причине наращивание производительности с использованием узких колец означает; что вам нужен самый прочный материал. Кольца на стальной основе на 20 процентов прочнее, чем кольца из ковкого чугуна; что делает их идеальным выбором для узких колец. Кольца из ковкого чугуна очень прочные и щадящие.

Мощность — не единственное преимущество узкого стального кольца. Поскольку кольцо настолько узкое, оно снижает трение и лучше прилегает к стенке цилиндра.
Поршневые кольца двигателя с узкой канавкой

Таким образом, двигатель более эффективен и лучше герметизирует.Это означает меньше утечек масла и меньше выбросов. Стальные кольца служат дольше, но они дольше ломаются.

Заключение

Итак, поршневые кольца должны решать целый ряд проблем. Плохой газ (детонация и звон), грязный воздух и топливо, а также загрязненное масло; все сокращают срок службы поршневых колец. Обслуживание фильтров на вашем двигателе и регулярная замена масла; имеют большое значение в том, как долго прослужат кольца. Наконец, как только кольца изнашиваются, становится очевидной их способность герметизировать дымовые газы.

Спасибо!

Маслосъемное кольцо — High Power Media

Если верхнее компрессионное кольцо выполняет наиболее сложную задачу в двигателе, то на другом конце пакета поршневых колец регулировочное кольцо не может быть намного проще. При движении со средней скоростью, приближающейся к 4000 футов в секунду или около того, компонент должен удалить излишки масла из отверстия цилиндра при движении вниз и обеспечить достаточное количество проходов для смазки верхних колец.Затем излишки масла проталкиваются через кольцо и стекают обратно в картер через ряд прорезей или отверстий в поршне.

В отличие от компрессионного кольца / колец, указанных выше, давление газа сгорания мало или отсутствует, чтобы проникнуть в пустоту за кольцом и прижать его к стенке цилиндра, поэтому для этих колец приходится использовать совершенно другой метод поддержания какого-либо вида тюлень. Цельное масляное кольцо, например, с двумя параллельными друг другу внешними площадками, полностью зависит от внутреннего напряжения самого кольца.Эти кольца могут иметь скошенные кромки либо на внешних краях площадок — для увеличения контактного давления, либо скошенные кромки на той части площадки, которая обращена к камере сгорания, что также будет способствовать расходу масла за счет улучшенного соскабливания масла из отверстия. Благодаря прорезям, позволяющим маслу течь обратно через поршень, независимо от конструкции детали, они имеют несколько квадратную форму, и их трудно искривлять и согласовывать с формой канала ствола, который часто бывает далеко не круглым во время срабатывания цилиндра.Кольца этой конструкции очень редко используются сегодня, поскольку их по большей части вытесняют конструкции из двух и трех частей.

В некотором смысле похож на цельное кольцо, двухкомпонентная версия оказывает давление на отверстие цилиндра с помощью винтовой пружины при сжатии. Цилиндрическая и часто изготавливаемая из термообработанной пружинной стали, эта спираль располагается в полукруглой канавке или V-образной форме на задней части кольца и действует равномерно по всей окружности. Это не только помогает точно установить пружину, но и уменьшает ее поперечное сечение, позволяя ей скручиваться и больше соответствовать форме отверстия.Когда-то просверленные отверстия были популярны, но теперь просверленные отверстия взяли верх из-за их более однородной прочности и ровного контура. Эти кольца, изготовленные из высокохромистых азотированных сталей, с различными фасками или более выраженными скошенными краями, чаще всего используются в дизельных двигателях.

В двигателях с высокими рабочими характеристиками, особенно с гильзами цилиндров с более тонкими стенками, популярным решением являются трехкомпонентные маслосъемные кольца. Состоящие из двух тонких стальных колец (направляющих), разделенных расширяющейся прокладкой, которая также прижимает их к стенке цилиндра, эти три системы колец спроектированы так, чтобы быть полностью гибкими и «обнимать» стенку цилиндра как можно ближе.Имея низкую инерцию вокруг своего поперечного сечения, эти отдельные элементы могут также скручиваться и изгибаться в ответ на динамическую форму отверстия, обеспечивая минимальную утечку масла в компрессионные кольца выше и в то же время помогая стабилизировать поршень в отверстии. Эту приспосабливаемость рельсов можно улучшить, увеличив тангенциальную нагрузку или уменьшив ее момент инерции. Однако это не всегда желательно, поскольку более высокие тангенциальные нагрузки увеличивают трение двигателя, а уменьшение сечения может, в свою очередь, вызвать другие проблемы с долговечностью.

В гоночных двигателях, где контроль масла не так важен, трение — враг. Таким образом, компромисс между контролем масла и трением неизбежно уступит место кольцам низкого натяжения и высокому расходу масла.

Некоторые вещи никогда не меняются.

Автор Джон Коксон.

Типы поршневых колец — скребковое кольцо

Расширяемые разрезные кольца прикреплены к внешнему диаметру поршня в двигателе внутреннего сгорания и используются для обеспечения уплотнения для поддержания сжатия газа между поршнем и стенкой цилиндра.

Два верхних кольца, известные как компрессионные кольца, предназначены для уплотнения камеры сгорания. Нижнее кольцо, известное как маслоуправляемое или скребковое кольцо, регулирует количество смазочного масла, проходящего вверх или вниз по стенкам цилиндра. Масляные контрольные кольца имеют ступеньку, углубленную в нижнюю поверхность, и соскабливают масло со стенок цилиндра, предотвращают его попадание в камеру сгорания и отправляют обратно в картер.

Маслосъемные кольца имеют ступеньку, углубленную в нижнюю внешнюю поверхность для облегчения соскабливания масла.Этап позволяет хранить масло и может варьироваться по размеру. Из-за ступени поднутрения, когда кольцо скручивается, очищающая кромка соскабливает масло с внешнего края в резервуар, предотвращая засорение очищающей кромки.

Типы скребковых колец

Кольцо Napier:

Кольцо Напье (или «крюк») устанавливается во второй канавке и используется в компрессорах пневматических тормозных систем. Однако кольцо Napier было заменено кольцом Napier с конической гранью.

Кольцо Napier с конической гранью:

Чаще используется — кольцо Napier Ring с конической гранью обеспечивает более эффективную кромку для улучшения приработки, что помогает контролировать масло.

Скребковое кольцо с закрытым зазором с конической поверхностью:

Это кольцо разработано без поднутрения — ступенька заканчивается в зазоре и уплотняется лучше, чем кольца Napier и Taper Faced Napier.

МАГАЗИН ПОРШНЕВЫХ КОЛЬЦ ТИПЫ КОМПРЕССИОННЫХ КОЛЬЦ ТИПЫ УПРАВЛЯЮЩЕГО КОЛЬЦА МАСЛА

Условия лицензии

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

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

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

Как работают поршневые кольца — блог NAPA Know How

Двигатель — это простое механическое устройство, на самом деле воздушный насос, который использует поршни и клапаны для втягивания и выталкивания воздуха.Поршни в блоке цилиндров должны быть запечатаны внутри каждого цилиндра, чтобы процесс был эффективным. Поскольку поршни совершают миллионы ходов на протяжении всего срока службы двигателя, уплотнения имеют решающее значение. Это делается с помощью ряда колец, которые охватывают верхнюю половину поршня, прижимая его к стенке цилиндра. Когда поршневые кольца изнашиваются, снижается КПД двигателя.

Как они работают

Поршневые кольца изготовлены из металла, стандартные двигатели используют чугунные кольца, а в высокопроизводительных двигателях могут использоваться кольца из ковкого чугуна с хромомолибденовой или хромированной поверхностью.Чугун хорош для капитального ремонта, но не более того.

Это кольца, которые вы найдете на большинстве поршней. Слева — верхнее кольцо, второе кольцо, масляные кольца, и этот конкретный набор имеет опорную планку, которая используется на поршнях, где поршневой палец находится в середине масляных колец.

Кольца из ковкого чугуна экономичны и подходят для двигателей с высокими рабочими характеристиками. Если оставить их как есть (без дополнительной облицовки), они, как правило, имеют мощность около двух лошадиных сил на кубический дюйм, поэтому безнаддувный двигатель мощностью 600 л.с. и 350 кубических дюймов может безопасно работать с обычными кольцами из ковкого чугуна.При увеличении мощности или добавлении наддува или закиси азота кольца необходимо модернизировать.

Во многих поршневых кольцах с высокими рабочими характеристиками используется кольцо из ковкого чугуна и добавлена ​​облицовка, например плазменный молибден, которая увеличивает твердость и защиту для увеличения числа оборотов в минуту и ​​наддува. Многие драгстеры с верхним топливом используют пластичные кольца из плазменно-молибденового сплава для повышения прочности, но они также меняются каждый раз, так что принимайте это как следует.

Современные двигатели имеют все более узкие поршневые кольца, отчасти из-за более совершенных производственных процессов и улучшенных материалов.Чем уже кольцо, тем они становятся более хрупкими. По этой причине конструкция с высокими характеристиками с использованием узких колец означает, что вам нужен самый прочный материал. Кольца на стальной основе на 20 процентов (или более) прочнее, чем кольца из ковкого чугуна, что делает их идеальным выбором для узких колец.

По мере того, как кольца становятся более узкими, необходимо увеличивать прочность. Кольца из ковкого чугуна очень прочные и щадящие. Обратите внимание на отметку «верх» на лицевой стороне кольца, это указывает на верхнюю часть кольца. Не устанавливайте их вверх ногами. Помимо слов может быть ямочка или точка.

лошадиных сил — не единственное преимущество узкого стального кольца. Поскольку кольцо настолько узкое, оно снижает трение и в то же время может лучше прилегать к стенке цилиндра, поэтому двигатель более эффективен и лучше герметизирует. Это означает меньше утечек масла и меньше выбросов. Стальные кольца служат дольше, но для их приработки требуется больше времени. Стальные кольца могут быть из простой углеродистой стали или нержавеющей стали, однако кольца из нержавеющей стали нельзя использовать в стандартном цилиндре двигателя без азотирования из титана или хрома.

Покрытия колец, такие как плазменный молибден, титан, хром и керамика, являются хорошими вариантами для двигателей с высокими рабочими характеристиками.Эти покрытия часто используются для конкретных двигателей, например, для грунтовых дорог (хром для защиты от грязи). Хромовое азотирование не отслаивается, как обычное хромирование.

Кольца из молибдена ломаются быстрее, чем хромированные, и обладают более высокой термостойкостью. Недостатком колец с молибденовым покрытием является то, что при детонации молибденовый материал может быть значительно поврежден. Кольца молибдена не годятся и для спиртового топлива.

Еще одна переменная — конструкция кольцевого профиля. В большинстве стандартных колец используется квадратная грань как для верхнего, так и для второго колец.Эта конструкция функциональна и герметизирует цилиндр, но есть альтернативы получше. Бочкообразные профили, расположенные по центру или со смещением, обеспечивают отличное уплотнение и долгий срок службы. Верхнее кольцо с квадратной гранью со временем изнашивается до естественной бочкообразной формы, наличие этой формы с самого начала обеспечивает более длительный срок службы кольца.

Этот бочкообразный профиль снижает износ колец, поскольку со временем все кольца естественным образом приобретают бочкообразную форму. Этот конкретный профиль показывает, как выполняется наполнение плазмой. Только внешний край покрыт плазменным молибденом для долговечности.

Второе кольцо обычно имеет форму квадрата, конуса или нитяного волокна. Коническая грань — это всего лишь слегка скошенный край. Это сделано для лучшего очищения стенок цилиндров от масла. Основная задача второго кольца — контроль масла, на втором месте — герметизация камеры сгорания. Профиль Napier представляет собой кольцо с квадратной гранью с вырезанной на нижней стороне канавкой для крючка. Эта канавка отводит масло от стенки цилиндра, уменьшая трение и улучшая контроль масла. Кольца Напье восприимчивы к повреждению от сильного ускорения.Это связано с тем, что крючок истончает кольцо по краю.

Это кольцо в стиле нейпье, обратите внимание, как внешний край имеет форму крючка. Эта канавка отводит масло от стенок цилиндра, уменьшая трение и прорыв. Этот профиль является дизайном Napier. Зона поднутрения отводит масло от стены для уменьшения трения. Фотография предоставлена ​​Federal-Mogul Этот бочкообразный профиль снижает износ колец, поскольку все кольца со временем приобретают бочкообразную форму. Этот конкретный профиль показывает хромированный слой.Только внешний край покрыт металлическим покрытием для прочности. Фото предоставлено Federal-Mogul

. Верхнее кольцо предназначено для контроля 90 процентов дымовых газов, второе кольцо обрабатывает последние 10-20 процентов. Последний набор колец называется масляными кольцами, эти кольца соскребают большую часть масла со стенок цилиндра. Масляные кольца на самом деле представляют собой серию из трех частей: два тонких кольца из хромированной или азотированной стали с гофрированным расширительным кольцом в центре. И рабочие характеристики, и стандартные двигатели имеют одинаковую конструкцию, и не зря — она ​​работает.Два тонких кольца герметизируют стенки цилиндра независимо, в отличие от одного масляного кольца. Гофрированный расширитель обеспечивает облегчение слива для быстрого удаления масла.

Кольца контроля масла состоят из трех отдельных частей, вместе они отлично справляются со своей задачей. Когда все три компонента контроля масла собраны вместе, они выглядят следующим образом. Верхнее и нижнее кольца царапают стенки цилиндра, в то время как расширительное кольцо удерживает их в движении. Фото предоставлено Federal-Mogul.

При выходе из строя поршневых колец

Поршневые кольца должны решать целый ряд проблем.Плохой газ (детонация и звон), грязный воздух и топливо, а также загрязненное масло сокращают срок службы поршневых колец. Обслуживание фильтров на вашем двигателе и регулярная замена масла имеют большое значение для срока службы колец. После износа колец станет очевидной их способность герметизировать газы сгорания.

Первый признак износа поршневых колец — прорыв. Обычно это видно через выхлопную трубу. Из выхлопной трубы выходит синий дым, что означает, что в двигателе горит масло. Вы можете заметить, что уровень моторного масла заканчивается быстрее, чем раньше.Впервые дымление масла появляется при холодном пуске двигателя. По мере прогрева двигателя поршни и кольца расширяются, герметизируя стенки, уменьшая количество масла, проходящего мимо колец. В конце концов, кольца изнашиваются до такой степени, что происходит постоянный прорыв, и машина все время дымит. Это также может быть связано с изношенными уплотнениями клапана.

Еще одна проблема с картерными газами — это попадание продуктов сгорания в картер. Это означает, что топливо и побочные продукты сгорания в масле. Поскольку эти химические вещества проникают в масло, масло теряет свою вязкость и способность охлаждать и смазывать двигатель.Вы должны менять масло чаще, чтобы двигатель оставался чистым.

В конце концов износ становится настолько сильным, что происходит потеря мощности, слишком много газов сгорания попадает в картер и слишком много масла попадает в камеру сгорания. Это приводит к загрязнению свечей зажигания и плохо работающему двигателю.

Есть несколько очень хороших жидких химикатов для ремонта слегка изношенных колец двигателя. Эти продукты покрывают кольца толстой масляной пленкой, которая на время помогает им герметизировать стенки двигателя.Они не работают вечно и работают только с двигателями с легким и умеренным износом. Эффект изношенных колец на время замаскирован, но двигатель потребуется отремонтировать.

Ознакомьтесь со всеми деталями двигателя , доступными на NAPA Online, или доверьтесь одному из наших 17 000 центров NAPA AutoCare для текущего обслуживания и ремонта. Для получения дополнительной информации о поршневых кольцах поговорите со знающим экспертом в местном магазине NAPA AUTO PARTS.

Детали, название, функции с (PDF)

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

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

Поршневые кольца

Что такое поршневые кольца?

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

Поршневые кольца выполняют три функции:

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

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

Типы поршневых колец:

Ниже приведены типы поршневых колец

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

Компрессионные поршневые кольца

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

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

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

Кольца со встречными отверстиями и скребковые кольца

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

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

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

Кольца поворотной полосы

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

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

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

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

Почему два компрессионных кольца?

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

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

Маслосъемные кольца

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

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

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

1. Цельное чугунное соединение с прорезями Тип

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

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

2. Цельное прессованное стальное кольцо Тип

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

3. Трехкомпонентный стальной рельс с расширителем

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

Почему только одно масло-контрольное кольцо?

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

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

Покрытие кольца

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

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

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

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

Материал поршневого кольца

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

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

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

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

Зазор поршневого кольца [Измерение зазора]

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

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

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

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

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

Как снять и установить поршневые кольца?

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

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

Поршневой палец

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

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

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

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

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

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

Штуцер поршневого пальца

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

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


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

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *