Меню Закрыть

Кольца на поршнях: Компрессионные и маслосъемные кольца поршней двигателя. Как работает и почему изнашивается? | SUPROTEC

Содержание

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

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

Виды и назначение колец поршней двигателя

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

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

По видам различают компрессионные и маслосъёмные кольца.

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

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

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

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

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

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

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

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

Основные неисправности и способы их устранения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Основными неисправностями этих элементов можно назвать следующие:

– выламывание перегородок между канавками;

– заклинивание в канавках – наиболее часто встречающаяся проблема;

– вертикальные задиры;

– повышенный износ верхних компрессионных колец;

– следы диагонального контакта на юбке поршня;

– вымывание материала поршня в месте отверстия поршневого пальца;

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

Наименование неисправности

Признаки/причины

Способы устранения

Выламывание перегородок между канавками ПК

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

Устранение причин, замена деталей, возможная замена ПК

Заклинивание ПК в канавках – закоксовывание

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

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

Вертикальные задиры на ПК и юбке поршня

Повышенный расход масла/Абразивные материалы в масле

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

Повышенный износ верхних компрессионных колец

Перерасход масла, потеря мощности/Вымывание топлива из канавок ПК

Проверка системы впрыска, замена ПК.

Следы диагонального контакта на юбке поршня

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

Замена неисправных деталей, замена ПК

Вымывание материала поршня в месте отверстия поршневого пальца

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

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

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

Можно ли избежать ремонта?

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

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

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

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

Маслосъемные кольца и повышенный расход масла

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

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

Особенности конструкции и назначение поршневых колец двигателя.

Поршневые кольца автомобильного двигателя выполняют 3 основные задачи:

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

В большинстве современных двигателей эти функции выполняют три поршневых кольца:

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

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

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

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

В настоящее время наибольшее распространение получили 2 типа маслосъемных колец:

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

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


Основные признаки износа поршневых колец

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

Когда изношены маслосъемные кольца

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

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

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

Что делать при износе колец?

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

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

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

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

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

Герои огненного круга: почему нельзя экономить на поршневых кольцах

Двигатель, долго служивший верой и правдой, чаще всего не умирает в одно мгновение – он, как и живой организм, постепенно стареет, утрачивая прежнюю прыть и требуя к себе бережного отношения. Опытные водители знают типичные признаки такой усталости: падает мощность, растет расход масла и топлива, затруднен холодный пуск.

Обычно причиной является износ деталей поршневой группы – об этом свидетельствует равномерное падение компрессии (давления, развиваемое поршнем при сжатии смеси) во всех цилиндрах. И если ситуация не перешла в разряд критических, вернуть былую бодрость мотору можно малой кровью. Например, ограничиться лишь заменой поршневых колец — из-за конструктивных особенностей и жестких условий работы они больше других деталей поршневой группы подвержены износу.

Впрочем, иногда поршневые кольца приходится менять вскоре после переборки двигателя. Они теряют свои свойства (упругость, повреждение покрытия) из-за неквалифицированного монтажа колец на поршень и поршня в цилиндр, небрежной обкатки агрегата или установленных при ремонте деталей низкого качества – так ведут себя подделки под именитый бренд или низкосортный «ноунэйм». Кольцо, выполненное из несоответствующего материала и без необходимого покрытия, быстро изнашивается, выходит из строя и может повредить другие детали поршневой группы. Как минимальное зло — кольца перестают плотно прилегать к стенкам цилиндра и не обеспечивают должного уплотнения. Последствия: потеря двигателем мощности и повышенный расход масла и топлива.

С ремонтом тянуть не стоит. Долгая работа мотора с изношенными кольцами может привести к повреждению других деталей (поршней, цилиндров). И тогда двигатель точно придется «капиталить», а это повлечет куда большие денежные и временные затраты. Более того, мотор может сломаться в самый неподходящий момент: когда срочно нужно доставить груз клиенту или вдали от цивилизации, где отказ техники часто имеет трагические последствия. Но какие поршневые кольца выбрать, чтобы установить и больше про них не вспоминать?

Уж точно, не покупать «кота в мешке»! Не тот случай, когда стоит рисковать, ставя на карту здоровье двигателя. Берите запчасти в надежных магазинах и на хорошо зарекомендовавших себя интернет-ресурсах. А из брендов лучше предпочесть те, у которых большой опыт и заслуженное десятилетиями доверие потребителей.

Одним из ведущих производителей поршневых колец в мире на сегодняшний день является компания Nippon Piston Ring (NPR). У нее колоссальный опыт в разработке и изготовлении деталей для двигателя, ведь она была основана аж в 1931 году. Ее дочернее предприятие NPR of Europe (бренд NE) поставляет свою продукцию на конвейеры почти двух десятков легковых и грузовых автозаводов – в их числе Toyota, Mercedes, Mitsubishi, Audi, BMW, Renault, Volvo, Ford, Nissan, Mazda. А доверие автопроизводителей говорит о многом. Кроме того, поршневые кольца NE производится на собственных заводах компании в Японии, а уж японцы, как ни кто другой, строго следят за качеством выпускаемых деталей.

Уникальность деталей NE состоит в том, что поршневые кольца разрабатывает совместно с производителями двигателей. А это означает, что точно подобраны не только материалы и технологии производства, но и учтены специфические требования к деталям, работающим в конкретном моторе. Такой подход повышает эффективность работы и надежность деталей.

Один из трендов современного двигателестроения – это снижение массы деталей шатунно-поршневой группы. Чем поршень легче, тем меньше энергии требуется, чтобы его привести в движении. Соответственно, меньше расход топлива и количество вредных выбросов в атмосферу. Лишние граммы у поршня пытаются снять отовсюду – в том числе и с самой нагруженной верхней части, уменьшая высоту жарового пояса (расстояние от днища поршня до канавки первого кольца). При этом на поршневые кольца (особенно первое) приходятся более высокие тепловые и механические нагрузки. Применявшиеся ранее чугунные кольца в столь жестких условиях долго не проработают.

Поэтому верхние поршневые кольца NE сделаны из легированной стали. Они имеют более высокие теплостойкость и предел прочности, а значит, смогут взять на себя ту дополнительную нагрузку, которую сбросил с себя поршень, получив короткий жаровый пояс. Кроме того, у поршня можно уменьшить высоту канавок под кольца и расстояние между ними, чтобы он скинул драгоценные граммы.

Повышенную износостойкость стальных колец обеспечивают специальные покрытия – технологи NPR постоянно совершенствуют их рецептуру. Так первое компрессионное кольцо чаще всего имеет твердое хромовое покрытие и плюс мягкое олово для быстрой приработки. Второе компрессионное кольцо испытывает куда меньшие нагрузки, поэтому, как правило, его делают из чугуна. Но обязательно наносят оксид железа или фосфаты для хорошей приработки и защиты от износа. Третье, маслосъёмное кольцо, предназначено для снятия лишнего моторного масла, смазывающего поверхность цилиндра, поршня и компрессионных колец. Патент на трехкомпонентные маслосъемные кольца технологии Nifflex компания NPR приобрела более полувека назад. Конструкция осталась прежней и по сей день, но характеристики улучшились радикально. Такие кольца получили широкое распространение для бензиновых двигателей.

Из-за конструктивных просчетов многие современные моторы, даже будучи новыми, чрезмерно потребляют масло. Установка стальных колец  NE не исправит ошибки разработчиков двигателей, но масложор немного усмирит. Эти кольца обладают более высоким коэффициентом упругости, и потому лучше прилегают к стенкам цилиндра, что позволяет снизить расход масла и улучшить герметизацию камеры сгорания. Кроме того, у стальных колец NE также ниже износ рабочей поверхности и, соответственно, больше срок службы.

В заключении — маленькая ремарка. Если случится менять кольца вместе с поршнями, учтите, что NE предлагает их в комплекте. Это не только удобно, но и надежно – производитель ручается за идеальную подгонку этих деталей и гарантирует их долгую бесперебойную работу.

Поршневые кольца для современных двигателей / Ремонт двигателей

Поршневые кольца относятся к самым, образно говоря, «влиятельным» деталям автомобиля. От их состояния впрямую зависит работоспособность машины — ее разгонная динамика, расход масла и топлива, пусковые свойства двигателя, токсичность выхлопных газов и многие другие эксплуатационные показатели.

На поршневые кольца в автомобильном двигателе возложены три основные задачи.

1. Газовое уплотнение камеры сгорания, то есть сведение к минимуму проникновения газов из цилиндра в картер и обратно.

2. Отвод теплоты от нагретого горячими газами поршня в более холодную стенку цилиндра, которая охлаждается жидкостью или потоком воздуха. Плохая теплопередача ведет к перегреву поршня, задирам, прогарам и заклиниванию его в цилиндре.

3. Управление смазыванием сопрягаемых деталей. Его цель в том, чтобы кольца, поршни и цилиндры не испытывали масляного голодания, но поступление масла из картера в камеру сгорания при этом должно быть если не исключено, то, по крайней мере, сильно ограничено.

Все эти функции выполняет комплект из трех поршневых колец: верхнего компрессионного, среднего компрессионно-маслосъемного и нижнего маслосъемного. При этом важно, чтобы кольца полноценно работали при любом скоростном и нагрузочном режиме двигателя. А условия у них очень нелегкие: тут и переменные силы давления и трения, и большие тепловые потоки, и действие агрессивных химических соединений.

Верхние компрессионные кольца

Особенно тяжело при работе двигателя приходится верхнему компрессионному кольцу. Именно оно воспринимает основную часть давления газа, достигающего при сгорании 5,5-6,0 МПа (в дизелях — до 15 МПа). Высока и температура верхнего кольца (200-250°С), поскольку оно передает от поршня к стенке цилиндра до двух третей той теплоты, что поступает в поршень при сгорании топлива.

И еще. Вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) это кольцо неизбежно испытывает недостаток смазки. Когда давление в цилиндре возрастает, то увеличивается и прижатие кольца к стенке цилиндра. Но по мере приближения к ВМТ уменьшается скорость скольжения кольца по стенке цилиндра, поэтому пленка масла между кольцом и цилиндром легче продавливается, а при остановке кольца и вовсе разрывается. Возникает режим полусухого трения, вызывающий ускоренный износ трущихся деталей. Именно поэтому у двигателей с большим пробегом эта зона цилиндра оказывается наиболее изношенной.

Специфика работы верхнего кольца определяет его конструктивные отличия. Чтобы противостоять большим температурным и силовым воздействиям, применяют специальные материалы, чаще всего — легированный никелем, хромом и молибденом высокопрочный чугун с шаровидным графитом. В отличие от обычных серых чугунов он обладает всеми свойствами стали. Его предел прочности 1100-1300 МПа соответствует уровню конструкционной стали, и он не хрупок, то есть при высоких нагрузках пластически деформируется без поломки. Это очень важно в нештатных условиях, когда кольца испытывают пиковые ударные нагрузки (детонация у бензиновых двигателей или «жесткое» сгорание у дизелей).

Высокопрочный чугун превосходит многие марки стали по износостойкости, поскольку содержит во много раз больше углерода. Чтобы добиться тех же противоизносных свойств у стали, ее надо легировать большим количеством хрома, при этом изделия получаются заметно дороже чугунных. Применяются они редко, обычно в наиболее форсированных двигателях.

С ростом форсирования, тепловых и силовых нагрузок, а также с уменьшением высоты колец, что характерно для современных двигателей, стальные кольца используются все более широко, и эта тенденция в будущем сохранится.

Однако какое кольцо ни ставить в верхнюю канавку — стальное или чугунное — оно хорошо ведет себя только в канавке поршня в паре с алюминиевым сплавом. Сочетание же с чугунным цилиндром, напротив, оказывается неудачным. Если не применять особых мер, то в современных высокооборотных двигателях ресурс таких колец был бы всего несколько тысяч километров, да и цилиндр получил бы износ не меньше, чем кольцо.

Чтобы избежать этого, на верхние кольца наносят износостойкие покрытия. Больше всего распространено электролитическое хромирование — покрытие слоем твердого хрома толщиной 0,1-0,15 мм. Реже встречаются молибденированные кольца; такое покрытие дороже, хотя молибден превосходит хром по износостойкости и имеет лучшие противозадирные свойства, особенно при первоначальной приработке. Молибденированные верхние кольца чаще применяются на дизелях, но у некоторых видных фирм есть такая традиция и для бензиновых моторов. Существуют также кольца с твердыми покрытиями, наносимыми плазменным напылением, но они пока не получили широкого распространения из-за высокой стоимости.

Покрытие колец для конкретных моделей двигателей тщательно увязывают с материалом самого цилиндра. Поэтому при ремонте нельзя произвольно заменять кольца с покрытиями разного типа — иногда это может привести к отрицательному результату.

Чтобы повысить износостойкость колец и цилиндров, особенно в период приработки, верхним кольцам придают специальный бочкообразный профиль наружной поверхности. Смысл в том, чтобы сразу приблизиться к форме уже приработавшейся детали, что многократно сокращает период обкатки, а также уменьшается опасность задиров и прижогов.

Симметричная «бочка» на верхнем кольце применялась в течение многих лет всеми известными производителями поршневых колец. Она пришла на смену верхним кольцам прямого профиля. Дальнейшим совершенствованием идеи стала несимметричная «бочка» — она практически полностью соответствует форме детали «со стажем». При установке в изношенные цилиндры такие кольца не вызывают их ускоренного износа, что всегда было препятствием к использованию колец прямого профиля.

«Бочка» получается несимметричной после специальной обработки наружной поверхности или, чаще, при помощи фаски на верхней части внутренней поверхности кольца. Тогда в сжатом состоянии кольцо закручивается и наружная поверхность приобретает необходимую форму. Несимметричность «бочки» выдвигает определенные требования к установке кольца на поршень. Чтобы не перепутать верх и низ кольца (ошибка обернется ускоренным износом узла), на верхней торцевой поверхности кольца у замка ставят метку. У колец американских фирм это обычно небольшая сферическая лунка, а европейские производители предпочитают буквы «ТОР» (верх).

Очень важны и многие механические характеристики верхнего кольца — упругость, прилегание к цилиндру, характер распределения (эпюра) давления на стенку цилиндра, а также приспособляемость, то есть способность принимать форму цилиндра при ее отклонении от идеальной.

Упругость кольца характеризуется силой, необходимой для сжатия замка. Чем она больше, тем лучше уплотняющие свойства кольца и его приспособляемость, быстрее приработка. С другой стороны, при этом возрастают износы цилиндра, канавки поршня и самого кольца, увеличиваются потери мощности на трение в двигателе. Но сильно уменьшать упругость нельзя — могут не только нарушиться уплотняющие свойства кольца, но и появится опасность нежелательных колебаний — «флаттера» кольца. Поэтому конструкторы ищут здесь приемлемый компромисс.

Из сказанного ясно, что работоспособность и ресурс верхнего кольца определяются многими аспектами, но по значению на первый план следует поставить эпюру давления на стенки цилиндра. Рассмотрим это более подробно.

При установке кольца в идеально круглый цилиндр никаких просветов в их сопряжении быть не может. Это значит, что в каждой точке окружности кольцо давит на стенку цилиндра с какой-то определенной силой. По мере износа кольца эта сила уменьшается прежде всего у замка, причем тем скорее, чем выше давление газов в цилиндре. Приходит время, когда между наружной поверхностью кольца вблизи замка и стенкой цилиндра появляются просветы, из-за чего резко возрастает прорыв газов в картер, падает компрессия, ухудшается теплопередача от поршня.

Увеличить срок работы до этого момента можно, если у нового кольца вблизи замка обеспечить повышенное давление на стенку цилиндра. Так и делают. Соответственно эпюра давления приобретает характерную грушевидную или каплевидную форму, когда максимальное давление у замка в 1,4-1,6 раза выше, чем в среднем по окружности. Но изготовить такое кольцо сложно, поскольку в свободном состоянии оно должно быть некруглым с переменным радиусом. Здесь не обойтись без специальных технологий и дорогостоящего оборудования, что под силу только специализированным производствам.

Современные двигатели имеют явную тенденцию к уменьшению высоты верхнего компрессионного кольца. Если к концу 70-х — началу 80-х годов у бензиновых двигателей эта высота чаще всего составляла 1,75-2,0 мм, то десятилетием позже — 1,2-1,5 мм, а у некоторых моторов достигла 1,0 мм. Это не прихоть конструкторов: кольца меньшей высоты позволяют существенно снизить потери мощности на трение, имеют увеличенный ресурс на больших оборотах, а также менее склонны к прижогам и задирам, особенно при обкатке (для справки: у двигателей ВАЗ высота верхнего кольца составляет 1,5 мм, а у «волговских» и «москвичевских» моторов — 2,0 мм).

У дизелей для легковых автомобилей картина другая. Давление в цилиндре при сгорании здесь гораздо больше, поэтому требуются верхние кольца увеличенной высоты. В среднем она составляет 2,0 мм, но достаточно распространены и размеры 2,5-3,0 мм, особенно у дизелей с непосредственным впрыском и наддувом. В моторах малого объема встречаются кольца высотой 1,75 мм и даже 1,5 мм. Нередко у дизелей верхние кольца имеют не прямоугольный, а трапецеидальный профиль с одной или двумя коническими торцевыми поверхностями (углы конусов 6°, 7°, 10° или 14°). Такой профиль делает кольцо менее склонным к закоксовыванию в канавке поршня и менее подверженным износу при высоких давлениях, но более дорогим в производстве.

Высота кольца выдерживается при изготовлении с большой точностью (до 0,01 мм), иначе невозможно обеспечить требуемый зазор в канавке поршня. Для верхних колец он составляет в среднем 0,05-0,07 мм, для других — на 0,02-0,03 мм меньше. Очень важно также, чтобы торцевые поверхности были гладкими (шероховатость не более 0,63 мкм).

Средние компрессионно-маслосъемные кольца

Средние кольца двигателей работают в гораздо менее тяжелых условиях по давлению, температуре и смазке, поэтому они обычно не требуют специальных высокопрочных материалов. Чаще всего для средних колец используют серый легированный чугун с пластинчатым графитом. Серые чугуны, в отличие от высокопрочных, довольно хрупкие, но обладают высокой износостойкостью и без специальных покрытий (хотя покрытия средних колец тоже не редкость).

Помимо компрессионных функций средние кольца участвуют и в управлении смазкой. Так, при ходе поршня вниз кольцо должно снимать масло со стенок цилиндра, но пропускать его при ходе вверх, чтобы не собирать масло в камеру сгорания. Для этого наружную поверхность среднего кольца делают конической. Угол наклона образующей чаще всего лежит в пределах 0°60′-0°80′, из-за чего такие кольца называют «минутными».

Наклон получают либо непосредственно механической обработкой, либо закручиванием прямого кольца с фаской на верхней части его внутренней поверхности. Широко распространенные в прошлые годы «скребковые» средние кольца сейчас применяются реже. При тенденции к уменьшению высоты колец скребок трудно компонуется на тонкой детали и ослабляет ее сечение.

В отличие от бензиновых двигателей прошлых лет, имевших средние кольца высотой 2,0-2,5 мм, сейчас высота этих колец обычно лежит в пределах 1,5-1,75 мм. У дизелей она сохранилась на уровне 2,0-2,5 мм, причем средние кольца иногда получаются тоньше верхних. Сечение их обычно прямоугольное.

Средние кольца часто имеют увеличенную, по сравнению с верхними, радиальную ширину и упругость. Требования к эпюре давления на стенку цилиндра здесь менее строгие, поскольку давление и трение меньше. Но повышенное давление у замка, как правило, сохраняется, поэтому в наиболее форсированных двигателях, включая дизели, все-таки приходится применять хромовое или, реже, молибденовое покрытие. Иногда такая необходимость диктуется специфичным материалом гильзы цилиндра. Обо всем этом следует помнить при ремонте, особенно, если появилась идея применения более дешевых колец. Кстати, при сборке важно не перепутать верх и низ среднего кольца, иначе можно получить увеличенный в несколько раз расход масла.

Нижние маслосъемные кольца

Название «маслосъемное» говорит само за себя. Основное назначение нижнего кольца — снятие масла с поверхности цилиндра и сбрасывание его в картер через отверстия или пазы в канавке поршня. Специфика этой задачи подразумевает существенные конструктивные отличия нижнего кольца от тех, что расположены над ним.

Главные требования к маслосъемному кольцу — хорошая приспособляемость к стенкам цилиндра и высокое давление на них, без чего нельзя добиться эффективного снятия масла. После долгого пути развития признание получили два технических исполнения: коробчатое с эспандерной пружиной и наборное, состоящее из двух дисков и двухфункционального расширителя. 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. У наборного кольца диски не имеют жесткой связи, а двухфункциональный расширитель удерживает их на определенном расстоянии и прижимает к цилиндру. При толщине 0,5-0,7 мм диски очень хорошо приспосабливаются к поверхности цилиндра и снимают с нее масло практически полностью. В некоторых случаях, например, при высоких нагрузках (дизели, двигатели с наддувом), это достоинство наборных колец может превратиться в недостаток — ухудшится смазка узла, появится опасность задиров. Поэтому при ремонте высокофорсированных моторов лучше не рисковать и использовать только те кольца, которые рекомендованы изготовителем двигателя.

Приверженность фирм-производителей к маслосъемным кольцам того или иного типа нередко идет от традиции. Так, американские и японские фирмы на бензиновых двигателях почти всегда применяют наборные кольца, а европейские фирмы, напротив, чаще используют коробчатые. При прочих равных условиях оба типа колец обеспечивают примерно одинаковый рабочий ресурс, хотя процесс идет не совсем одинаково. Он довольно обычен: с уменьшением высоты гребешков увеличивается зазор в замке, а это приводит к резкому возрастанию расхода масла. У наборного кольца зазор в замках дисков меньше влияет на расход масла, поскольку замки обычно располагаются в разных местах по окружности поршня. Но по мере износа дисков упругость расширителя быстро падает и расход масла увеличивается из-за снижения давления дисков на поверхность цилиндра.

Двигатели прошлых лет имели весьма высокие маслосъемные кольца (примерно 4,0-5,0 мм). С 80-х, а особенно с начала 90-х годов высота стала уменьшаться — до 3,0-3,5 мм, а затем до 2,5-2,8 мм и даже до 2,0 мм у некоторых последних моторов (для сравнения: у двигателей ВАЗ и ГАЗ высота колец равна соответственно 4,0 и 5,0 мм). Вместе с уменьшением высоты компрессионных колец это позволяет снизить массу поршней.

Коробчатые маслосъемные кольца чаще всего изготавливают из серого легированного чугуна. Хотя этот материал хорошо работает в паре с чугунной гильзой, здесь нередко применяют хромовое покрытие. Хромируют или только рабочие гребешки кольца, или всю наружную поверхность. Нередко покрытие распространяют и на канавку, чтобы уменьшить трение пружины и улучшить равномерность давления кольца на стенку цилиндра. С этой же целью пружины иногда шлифуют, хромируют и полируют, а также делают с переменным шагом.

Диски наборных колец изготавливаются из углеродистой стали. Наружную поверхность диска хромируют и делают полукруглой для улучшения приработки. Материалом двухфункциональных расширителей чаще всего служит нержавеющая стальная лента, хотя встречается и углеродистая сталь. При сборке некоторые конструкции наборных колец требуют внимания — надо следить, чтобы концы расширителя не встали внахлест, иначе диски не будут давить на стенку цилиндра и кольцо не будет снимать масло.

Что еще полезно знать

Есть целый ряд типичных ошибок, которые встречаются в ремонтной практике при работе с поршневыми кольцами.

Некоторые механики стремятся сделать зазоры в замках колец минимальными (меньше 0,2 мм), что нередко приводит к задирам колец и цилиндров. Это не удивительно: при нагреве кольца зазор в замке уменьшается, и если он недостаточен, то кольцу ничего не останется, как врезаться в стенку цилиндра.

Замена колец на поршнях с разношенными канавками или при износе цилиндров более чем 0,05-0,07 мм обычно неэффективна, она ведет к заметному возрастанию расхода масла уже через 5-10 тыс. км пробега. Еще хуже, когда в цилиндр стандартного размера устанавливают кольца ремонтной размерности с припиленным замком. Из-за деформации эпюры давления кольца на стенку и появления просветов неприятности появятся довольно скоро, через несколько тысяч километров пробега.

А самую серьезную ошибку допускают те, кто меняет кольца вместе с поршнями без восстановления изношенных цилиндров. Новые поршни могут иметь какие-то размерные отклонения, в результате чего верхнее кольцо способно упереться в канавку, образовавшуюся на поверхности изношенного цилиндра возле ВМТ. В такой ситуации новые детали вряд ли выдержат и тысячу километров, если вообще не сломаются сразу.

Иногда неудачи в ремонте связаны с низким качеством самих колец. При нынешнем изобилии товарных запчастей этот вопрос требует самого серьезного внимания.

Сложность технических проблем, связанных с изготовлением поршневых колец, предполагает существование специализированных производств с точным и дорогостоящим оборудованием, с тщательным контролем качества на каждой операции (при отлаженной технологии их набирается около сотни). Из-за этого за рубежом производители автомобилей не берутся за самостоятельное изготовление колец, а заказывают их специализированным фирмам — там и опыта достаточно, и качество гарантировано. Многие из мировых производителей колец уже известны и у нас, в том числе своими кольцами для наших автомобилей. В первую очередь следует отметить одну из самых старейших и наиболее крупных производителей — немецкую фирму Goetze, известную своими достижениями в области технологий и изготовления поршневых колец для двигателей всех типов, одного из основных поставщиков массового производства автомобилей. Нельзя обойти вни- манием и другие широко известные фирмы и торговые марки, такие, как немецкие Schottle Motorenteile (SM), Kolbenschmidt (KS), Mahle, TRW, английский концерн AE Engine Parts, французскую фирму Perfect Circle, американские Sealed Power, Federal Mogul, Hastings, Grant, японские Riken, Nippon Piston Ring, бразильскую Cofap и другие. Все они производят огромную номенклатуру колец стандартных и ремонтных размеров для автомобилей практически всех марок и моделей. Большинство из них не только продают кольца в запчасти, но и являются поставщиками серийного производства.

На нашем рынке можно найти кольца на многие иностранные машины — как распространенных моделей, так и не очень. Цена комплекта колец на двигатель иномарки сильно колеблется в зависимости от многих обстоятельств. В среднем она лежит в пределах от 30-50 долл. для 4-цилиндровых двигателей прошлых лет выпуска, до 150-180 долл. для новейших моторов. «Оригинальные» кольца в упаковке производителя автомобиля обычно стоят дороже, чем те же самые изделия непосредственно от изготовителя колец.

При покупке поршневых колец для иномарок иногда полезно сопоставить марку автомобиля с производителем детали. Например, американские фирмы выпускают кольца как для американских автомобилей, так для европейских и японских. Немецкие фирмы обычно ограничивают свою номенклатуру европейскими и японскими автомобилями, а иногда и только европейскими (некоторые фирмы имеют отделения в США, которые соответственно и работают только на американский рынок). Если ориентироваться на «родные» для конкретного двигателя кольца, то лучше выбирать те фирмы, которые являются вероятными поставщиками для серийного производства. С этой точки зрения покупка, например, американских колец на европейскую машину может быть менее удачной, чем, скажем, немецких. Тем не менее дать какие-либо конкретные рекомендации (в частности, указать, что кольца такой-то фирмы лучше, чем другой) практически невозможно. То же самое и с ценами: то, что дешевле у одних, может быть дороже у других, и наоборот.

Опасность приобретения плохого товара наиболее реальна при покупке колец для распространенных немецких автомобилей. Здесь встречаются подделки под наиболее известные фирмы — Goetze, Schottle, Kolbenschmidt и некоторые другие. Опытным глазом выявить их несложно, поскольку качество обработки, покрытие и надписи при ближайшем рассмотрении сильно отличаются от оригинала. Упаковка поддельных колец тоже, как правило, не соответствует оригиналу (в частности, отсутствует голограмма, которой многие фирмы стали защищать свою продукцию).

Сложнее обстоит дело с кольцами для отечественных машин (в прошлом году наш журнал уже касался этой темы). Качество отечественных изделий нередко вызывает сомнения, особенно, если проверять кольца «на просвет» в калибре. Иной раз складывается впечатление, что некоторые наши производители вообще ничего не ведают о контроле своей продукции. Словом, если экономить на кольцах, то после покупки дешевого комплекта экономия вскоре может обернуться повторным ремонтом двигателя.

Вообще качество отечественных колец — вопрос особый. Сейчас их производством занимается довольно много предприятий. Отметим российские заводы в Мичуринске, Костроме, Ставрополе, Тольятти, Ижевске, Московской области, Лебединске, плюс производство в странах ближнего зарубежья — в Одессе и Запорожье (Украина), а также в Макинске (Казахстан). У каждого завода свои проблемы с сырьем, оборудованием, технологией, решаемые далеко не всегда успешно. Не везде есть хорошее оборудование: его цена достаточно высока и не всем по карману. Не все соблюдают технологии, особенно на последних операциях — притирка, снятие заусенцев и др. Но есть и общие для всех заводов проблемы.

Во-первых, это материал колец. Чугун, из которого делают заготовки, как правило, не соответствует по составу материалам иностранных фирм — в нем не хватает легирующих элементов (молибден и др.) из-за их высокой цены. Некоторые заводы перешли на стальные кольца, но качество лучше не стало, поскольку у этой технологии немало своих хитростей. Да и с качеством ленты для стальных колец тоже есть проблемы.

Во-вторых, недостаточный контроль качества. На него нужны деньги, и их не хватает. Итог убийственный: в готовой продукции некоторых заводов оказывается до 10% бракованных колец.

Ну и в-третьих — проблема особого свойства. Так уж повелось у нас, что в дело идет все, даже то, что уже ни на что не годится. На самом современном западном предприятии до 30% колец уходит в брак при последовательных операционных проверках, и никого это не пугает. У нас же бракованные кольца какими-то неведомыми путями обретают заводскую упаковку и тоже идут в продажу. Тем самым упомянутые выше 10% оборачиваются катастрофической цифрой. Поэтому вопрос о том, какие кольца лучше — «мичуринские» или, например, «ставропольские», звучит довольно наивно.

А ВАЗовское происхождение «вазовских» колец, продающихся на наших рынках, тоже не всегда надо считать фактом — нередко их делают даже не в России.

Из производителей колец для наших моторов в более далеком зарубежье стоит прежде всего отметить болгарский завод «Дружба». Работая на оборудовании немецкой фирмы Goetze, он выпускает вполне достойные кольца, по качеству почти не уступающие продукции своих знаменитых «родителей».

Вместе с тем надо заметить, что вообще с иностранными кольцами для наших машин ситуация сложная. Некоторые иностранные фирмы для вхождения на наш рынок снизили цены на кольца для российских моторов в два и более раза, чтобы приблизить их к ценам на аналогичные местные изделия. К сожалению, в ряде случаев это было сделано за счет применения более дешевых технологий и материалов. Известны случаи поставок некоторых колец или всего комплекта (при сохранении упаковки) из третьих стран, где головная фирма уже не вполне контролирует технологический процесс. Особенно это касается наиболее дешевых колец, цена которых может быть даже ниже, чем у наших.

Однако самые большие «сюрпризы» в ремонте двигателя связаны с подделками под тех или иных знаменитых производителей. Подделки иногда хорошо «замаскированы», имеют вполне добротную упаковку и отличить их от настоящих колец иной раз непросто. В то же время их качество (если таким словом вообще можно оценивать их потребительские свойства) может оказаться настолько низким, что двигатель выйдет из строя уже через несколько тысяч километров.

Подделывают, в основном, кольца наиболее известных фирм — чем больше колец выпускает или продает та или иная фирма, тем выше опасность купить подделку. Поэтому подделки колец фирм Goetze, Perfect Circle и Schottle не редкость. В то же время подделки под менее известные у нас торговые марки, например, АЕ, Mahle, Cofap, практически не встречаются.

Есть и более откровенные подделки. Так, широко известные индийские кольца для ВАЗовских моторов на деле являются подделкой под французскую фирму Perfect Circle — качество индийских колец даже внешне (включая упаковку) не выдерживает никакой критики, достаточно сравнить их с оригиналом. Например, настоящие кольца в отличие от поддельных имеют серо-черную коробку сравнительно большого размера со специальной голограммой (с 1998 г. цвет упаковки изменен на бело-красный), а кольца упакованы раздельно в специальных пакетах. Кроме того, в настоящем комплекте маслосъемные кольца — наборные (коробчатые кольца для вазовских моторов фирма не делает). Номер на упаковке поддельных колец также не совпадает с номером в каталоге фирмы. Так что отличить подделку не составит большого труда.

Подделки, как правило, дешевле. И чтобы снизить опасность до минимума, лучше ориентироваться на сравнительно более дорогие кольца. У дилеров соответствующих фирм-производителей их качество всегда гарантируется. Поэтому покупать кольца надежнее в специализированных магазинах, где есть соответствующие сертификаты на эту продукцию, а не на рынках, где в «фирменной» упаковке могут оказаться кольца сомнительного происхождения и такого же качества.

Кольца на поршне — как должны стоять?

Изнашиваются прежде всего кольца и поршень, и менять обычно нужно только их. При сильном износе поршневой, требуется растачивать цилиндр. Расстачивается он также в том случае, когда поршень клинит в цилиндре, образуя глубокие царапины на стенках последнего.


Ничего страшного в этом нет, и если ваш новый цилиндр прошел правильную расточку (за которую нужно будет выложить всего лишь около 10$), ему потребуется уже ремонтный комплект колец с новым поршнем. Такие кольца обозначаются маркировкой 0,25. Вторая расточка соответственно 0,5 и т.д. до единицы.

Как ставятся кольца на поршня?

После покупки поршня, его нужно собрать. В комплекте, как правило, вы найдете сам поршень, два компрессионных кольца, третье тонкое гофрированное кольцо (о его назначении дальше), поршневой палец и два стопорных кольца поршневого пальца.

Теперь о третьем кольце в комплекте. Его назначение — подпружинивать нижнее компрессионное кольцо. Устанавливает оно под него собственно, и обычно не несет никакой пользы в процессе эксплуатации. Это кольцо вы можете выкинуть, а можете поставить, нет разницы. Многие производители поршней не имеют его вообще в комплекте.

Пришло время собрать все на место. В зависимости от модели скутеров, компрессионные кольца могут быть одинаковыми или различаться по толщине и сечению. Большинство поршней для скутеров Honda, например, имеют разные кольца, где верхнее тоньше нижнего и имеет другое сечение.

Также обратите внимание на надпись на кольце (обычно это буква Т или размер ремонта), надпись всегда должна быть сверху, то-есть противоположно от пальца. Сначала нужно одеть нижнее, затем верхнее. При этом не нужно их растягивать и выгибать. Эти манипуляции нужно проводить аккуратно.

В канавках для колец имеются замки, которые предотвращают поворот колец во время эксплуатации, поэтому зазор колец должен быть именно в этих замках, иначе поршень в цилиндр вы не воткнете.

И последний немаловажный пункт, это стрелка на дне поршня или надпись EX. И стрелка и надпись обязательно должны быть направлены в сторону выхлопа. В таком случае, замки колец будут находится со стороны лепесткового клапана. Если замки поставить в сторону выхлопа, поршневая долго не прослужит, кольца будут вытягиваться в выхлопное окно и постепенно его стачивать.

Зачем нужны поршневые кольца?

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


Виды поршневых колец

Поршневые кольца бывают:

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

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

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

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

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

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

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

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


Функции поршневых колец

Подводя итог вышесказанному, можно выделить следующие функции поршневых колец:

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

Из чего изготовлены кольца?


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

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

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

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


Типичные проблемы поршневых колец

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

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

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

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

В России покрытие для поршней выпускает компания «Моденжи».



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

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


Замена поршневых колец

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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

Применение

Ниже приводятся примеры основных областей применения фторопласта и композиций на его основе.

Поршневые кольца компрессоров

Фторопласт с наполнителями часто используется для изготовления поршневых колец компрессоров. Основные достоинства таких колец:
— возможность работы без смазки или с минимальной смазкой. При истощении смазки не возникает аварийных ситуаций;
— пониженный износ, как поршневого кольца, так и сопряженной поверхности;
— стойкость к химическому воздействию агрессивных газов;
— совместимость с некруглыми поверхностями;
— отсутствие необходимости обкатки;
— простота установки — эластичность колец позволяет использовать одноблочную конструкцию.
Компрессоры с возвратно-поступательным движением поршневых колец из наполненного фторопласта успешно работают без смазки в цилиндрах диаметром до 1 м. При минимальной смазке скорость поршня может достигать 300 м/мин.
Наиболее часто в компрессорах без смазки используют поршневые кольца из композиции фторопласта с графитом. Некоторые конструкторы предпочитают композиции, содержащие различные комбинации угля, графита, углеволокна, дисульфида молибдена, стекла и керамики.

Уплотнения штоков компрессоров

Большая часть вышесказанного относится также и к уплотнениям штоков компрессоров. В отличие от поршневых колец они делаются обычно разрезными. Отдельные части удерживаются пружиной. Разрезаются они либо радиально, либо по касательной. Учитывая очень высокие давления, на этой ступени компрессора можно применять ограничители в виде металлических колец, которые к тому же рассеивают тепло.

Опорные поршневые кольца компрессоров

Эти кольца, укрепленные на поршне, удерживают его в нужном положении. Они предотвращают контакт металлического цилиндра с металлическим поршнем и позволяют должным образом функционировать уплотнительным кольцам. Часто они делаются из того же материала, что и уплотнительные кольца, но их делают шире, чтобы увеличить площадь подшипника. Нагрузка на такое кольцо гораздо меньше, чем на уплотнительное поршневое кольцо.

Поршневые кольца в гидравлических системах

В гидравлических системах фторопластовые композиции часто используют для поршневых и опорных колец. Успешно применяются композиции с такими наполнителями, как смесь кокса с графитом, стекло и бронза. Кольца из графитовых композиций обычно используют в автомобильных амортизаторах, а кольца из бронзовых композиций — в больших гидравлических системах. В отличие от колец для компрессоров, гидравлические уплотнительные кольца обычно делают неразрезными.

Осевые подшипники

Осевые подшипники из фторопластовых композиций имеют несколько преимуществ перед более традиционными роликоподшипниками или бронзовыми подшипниками: малое трение, отсюда малый пусковой момент; отсутствие скачкообразного движения и то, что они могут быть и электроизолирующими, и электропроводящими. Но самое большое преимущество в том, что они могут работать без смазки.
Подшипники из фторопластовых композиций:

— уменьшают эксплуатационные расходы;
— могут использоваться в температурном диапазоне от — 60 до + 250 оС;
— могут использоваться там, где нежелательна смазка, например, в пищевой, текстильной или фармацевтической промышленности;
— могут работать в агрессивных средах;
— могут работать в полном вакууме;
— могут устанавливаться в труднодоступных местах, где уход и смазка затруднительны или невозможны;
— не вызывают аварийных ситуаций при внезапном прекращении поступления смазки.
Подшипники могут быть изготовлены механической обработкой из цельной спеченной заготовки или методом автоматического прессования.

При конструировании подшипника следует иметь в виду следующие параметры:

— толщина колец должна быть от 0,8 до 2,3 мм, более толстые кольца можно углублять в корпус или в вал на половину их толщины;
— канавки для удаления частиц увеличивают срок службы подшипника;
— попадание грязи и пыли в подшипник следует исключить с помощью подходящей манжеты;
— из-за большого теплового расширения деталей из фторопластовых композиций следует предусмотреть достаточный зазор между валом и подшипником.
Поскольку тепло, выделяемое при трении, является основным фактором риска, в конструкции необходимо предусмотреть максимальное рассеивание тепла. Добавление жидкой смазки уменьшает трение.
Вышесказанное относится, в первую очередь, к неразъемным подшипникам. Фторопласт с наполнителем используется также и как материал для сепараторов шарико- и роликоподшипников в криогенных безсмазочных машинах.

Манжеты V-образного сечения

Эти манжеты используются для уплотнения относительно медленно движущихся штоков и поршней плунжерных насосов и клапанов. Их герметизирующее действие усиливается металлической пружиной. Обычно используют набор из 3-5 манжет. Они могут применяться при высоких давлениях, но из-за ограниченной способности к теплопередаче их можно использовать только при относительно медленном движении штока. Для газов рекомендуется скорость штока не более 0,5 м/сек, а для жидкостей — 5 м/сек. Лучше всего использовать здесь композиции с графитовым или стеклянным наполнителем.

Осевые сальники

В двигателях внутреннего сгорания, в химической промышленности, при обработке пищевых продуктов или в фармацевтической промышленности штоки необходимо герметизировать при работе с агрессивными средами, при высоких температурах, с малым количеством смазки или вообще без нее.
Сальники из эластомеров часто отказывают в таких условиях, тогда как фторопласт с наполнителем используется очень успешно.

Обычная конструкция предусматривает наличие металлической пружины для поджатия манжеты. В автомобильной промышленности часто используется упрощенный вид сальника, без пружины. Прижим сальника к штоку достигается за счет так называемой «памяти» фторопласта. Сальник делается в виде плоского кольца, а затем загибается. При нагревании кольцо пытается вернуться к своей прежней плоской форме, за счет чего и происходит прижим его к штоку. Основными достоинствами обоих видов уплотнительных манжет являются их прочность, малое трение и истирание. Рекомендуются композиции с графитом, стеклом или дисульфидом молибдена в качестве наполнителя. Сальник без пружин обычно делают из композиций с небольшим содержанием наполнителя.

Седла клапанов
Для седел клапанов большое значение имеют малое трение, антиадгезионные свойства и стойкость к действию химикатов. Кроме того, существенную роль играет низкая деформация под нагрузкой. Рекомендуются композиции со стеклом, углеродным волокном или минеральными наполнителями.

Вкладыши подшипников скольжения

Уникальные свойства фторопласта делают его особенно пригодным для использования в подшипниках, работающих при высоком давлении и малых скоростях. Используется фторопласт, как без наполнителей, так и со стеклянными наполнителями, причем последние имеют преимущество — малую деформацию под нагрузкой, что устраняет необходимость заглубления фторопластового подшипника в металл и позволяет увеличивать нагрузки. Рекомендуемая нагрузка для вкладышей из композиции, содержащей 25% стеклянного наполнителя, составляет от 3,5 до 30,0 н/мм2.

Прокладки

Плоские прокладки, иногда очень больших размеров, используют для герметизации фланцев в трубопроводах и оборудовании, изготовленном из стали, стекла, керамики или эмалированной стали. Фторопласт обладает свойствами, которые делают его чрезвычайно пригодным для изготовления прокладок: он химически стоек, термостоек и относительно мягок. Однако под нагрузкой он деформируется, особенно при высоких температурах — фторопласт без наполнителя теряет свою способность к герметизации при температуре выше 150 0С. Подтягивание фланцевых болтов приводит к ползучести материала прокладок. В конце концов, происходит полный отказ. Композиции (фторопласт+наполнитель) являются гораздо лучшим материалом для фланцевых прокладок.

Чаще всего в качестве наполнителя применяют стекловолокно, при этом используется его стойкость к химикатам и растворителям, низкий коэффициент теплового расширения и высокая термостойкость. Для сред, не позволяющих использовать стекло, можно применять компаунды с графитом, фтористым кальцием, углеродным волокном, слюдой или глиноземом. Для получения оптимальной герметизации при использовании плоских прокладок из таких композиций следует соблюдать такие рекомендации:

1. Болты затягивать гаечным ключом с регулируемым крутящим моментом и подтягивать их снова через 24 часа.
2. Максимальная сила при затягивании должна составлять 15 Н/мм2.
3. Для получения максимальной контактной площади толщина прокладки не должна превышать 2-3 мм.
4. Более толстые прокладки можно использовать, заглубляя их в один или оба фланца.

Футеровка
Трубы, клапаны, насосы, резервуары и другое оборудование в химической промышленности часто футеруют фторопластом для защиты от коррозии. В некоторых случаях требуется электропроводящий материал для рассеивания электрозарядов и предотвращения искрения.
Фторопластовые композиции, содержащие от 1 до 5 % газовой сажи, обычно обеспечивают требуемую электропроводность. Более значительное содержание сажи нежелательно, т.к. она может сделать композицию очень хрупкой и проницаемой.

Предлагаем на взаимовыгодных условиях:

— обсудить возможность применения рассмотренных композиций;
— изготовить опытные образцы из них и испытать их в Ваших условиях;
— организовать серийное изготовление нужных Вам изделий из различных композиций.

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

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

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

Давайте углубимся.

Для чего нужны поршневые кольца?

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

Верхнее кольцо и второе кольцо обеспечивают плотное прижатие к стенке цилиндра и герметизируют камеру сгорания, удерживая дымовые газы внутри и масло наружу.

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

Когда выходят из строя хорошие поршневые кольца

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

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

Синий дым, резкий запуск и потеря мощности

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

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

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

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

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

Профилактика — лучшая практика

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

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

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

Обновлено. Первоначально опубликовано 8 июля 2016 г.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Наука за мотоциклетными поршневыми кольцами

Поршневые конструкции и технологии — не единственное, что было сделано за эти годы, чтобы идти в ногу с современными востребованными двигателями.Wiseco постоянно совершенствует технологию поршневых колец, которая играет не менее важную роль в создании хорошо работающих и долговечных деталей.

Технология поршневых колец пережила ренессанс за последние 15 лет. Эпоха современных четырехтактных двигателей привела к необходимости создания надежных и мощных машин. Совершенно очевидно, что поршневые кольца были одной из первых областей интереса. В наши дни энтузиасты силового спорта наделены множеством опций, созданных с использованием материалов и покрытий космической эры, уникальной геометрии и замечательной технологии уплотнения.

Мы рассказываем о последних достижениях в области четырехтактных поршневых колец и о том, как эти технологии могут принести пользу как производителям двигателей, так и мотоциклистам.

Конструкции поршня с тремя кольцами

4-тактные поршни применяются в различных типах двигателей мотоспорта, и во многих из них используется конструкция с 3 кольцами.

В большинстве четырехтактных поршней используется конструкция с трехпоршневым кольцом для эффективного уплотнения сжатия и контроля масла. Верхнее кольцо служит компрессионным уплотнением.Задача самого верхнего кольца — препятствовать прохождению дымовых газов, эффективно уплотняя поршень для максимального давления. Второе кольцо отвечает за улавливание масла, которое может попасть на стенку цилиндра. Он помогает соскребать масло до третьего кольца, которое представляет собой перегородку, собирающую все масло. Нижнее кольцо направляет масло через отверстия в поршне вниз, в нижний конец.

Третье кольцо представляет собой узел маслосъемного кольца, который состоит из кольца в виде перегородки, собирающего масло, и двух более тонких колец, расположенных между перегородкой и помогающих поддерживать его однородность в кольцевой канавке.

«Вы не хотите, чтобы масло поднималось, так же как вы не хотите, чтобы компрессия снижалась. Вы должны запечатать в обоих направлениях », — заявляет Дэйв Сулеки, инженер Wiseco.

Существует также очень подробный геометрический дизайн каждого кольца в трехкольцевой поршневой компоновке. Верхнее кольцо обычно имеет гладкую поверхность цилиндра, так что кольцо контактирует со стенкой цилиндра на очень узком пути. Эта форма уменьшает трение, сохраняя при этом эффективное уплотнение сжатия. И наоборот, второе кольцо имеет угловатую грань.

Задача верхнего кольца (более светлого, обработанного цвета) — уплотнение сжатия, поэтому оно имеет бочкообразную кромку.

«Изобразите зазубренный край, где острая сторона находится внизу. Когда он движется вниз по стенке цилиндра, он скребет масло, точно так же, как стеклоочиститель, когда он движется вниз », — вспоминает Сулеки.

Задача второго кольца — соскребать масло при движении поршня вниз. В нижней части кольца имеется зубчатая выемка для повышения эффективности соскабливания масла.

Поршни с двумя кольцами

Honda давно шагает в ногу с другим барабанщиком. Логично, что японский производитель хотел пойти своим путем, когда представил CRF450R в 2002 году. Основное внимание привлекла конструкция с одним распредвалом, известная в маркетинге как «Unicam»; однако инженеры Honda также разработали уникальную конструкцию поршня с двумя кольцами. Целью отказа от среднего кольца в традиционном поршне с тремя кольцами было ограничение трения в узле и уменьшение высоты поршня.Последнее преимущество заключается в снижении общей массы двигателя (CRF450R был самым легким четырехтактным двигателем 450 в свое время).

Верхнее кольцо уплотняет сжатие и действует как маслосъемное кольцо. Второе кольцо собрало масло и отправило его обратно в нижний конец. Honda смогла использовать поршень с двумя кольцами, разработав технологии с верхним кольцом, которое имело и продолжает иметь действительно уникальную геометрию. Верхнее кольцо Honda уплотняет сжатие и также способно соскребать масло при ходе вниз.Это было достигнуто путем принудительной скрутки поршневого кольца.

Конструкция с двумя кольцами в четырехтактных поршнях по-прежнему очень актуальна, в основном в гонках, таких как поршни Wiseco Racer Elite, которые вы видите здесь. Они обеспечивают меньшее трение и вес, но требуют передовой кольцевой технологии.

Сулеки объясняет: «Если бы кольцо лежало на столе ровно, внешние края кольца были бы направлены вверх. Кольцо технически не плоское, а скорее конусообразное.Когда поршень движется вверх по направлению к сжатию, кольцо наклоняется вверх и уплотняет. Когда происходит сжатие, кольцо расплющивается и плотно прилегает к канавке поршневого кольца и стенке цилиндра ».

Когда поршень движется вниз, нижнее кольцо снова начинает скручиваться вверх, в результате чего нижний край кольца упирается в стенку цилиндра и соскабливает масло. Кольцо эффективно выполняет две задачи.

Обратите внимание на скос на внутренней кромке кольца.Это дает кольцам Wiseco положительную геометрию скручивания, то есть они могут наклоняться и сглаживаться внутри канавки поршневого кольца для выполнения компрессионного уплотнения и очистки масла с помощью одного кольца.

Развитие материалов

Поршневые кольца

не освобождаются от постоянного внимания к использованию материалов космической эры для повышения производительности. По правде говоря, 25 лет назад кольца были изготовлены из относительно простых материалов. Они были изготовлены либо из чугуна, либо из легированной стали с каналом с молибденовой или хромированной облицовкой в ​​месте соприкосновения со стенкой цилиндра.Многие из этих новых кольцевых технологий изготавливаются из легированной стали, но с оговоркой. Вместо того, чтобы наносить хромированные поверхности на кольцо, производители колец фактически закаливают кольцо с помощью процесса, называемого газовым азотированием.

Кольца для газового азотирования упрочняют материал, увеличивая износостойкость по отношению к сегодняшним стенкам цилиндров Nikasil с чрезвычайно твердой поверхностью.

«Газовое азотирование — это процесс введения водорода на поверхность, который упрочняет сталь», — отмечает Сулецки. «Это делает кольцо более прочным и приводит к лучшему износу стенки цилиндра.Более твердая поверхность отлично работает с отверстиями цилиндров Nikasil ».

Никель-кремний — чрезвычайно твердая поверхность. Чтобы поршневое кольцо плотно прилегало к стенке цилиндра, оно также должно иметь очень твердую поверхность. Основное внимание уделялось созданию колец, которые с каждым годом становятся все более твердыми, чтобы они имели лучшие износостойкие свойства и лучше прилегали к стенке цилиндра.

Технология низкого напряжения

Производителям поршневых колец пришлось адаптироваться к новым конструкциям цилиндров, которые имеют тенденцию к деформации.Это связано с тем, что производители мотоциклов постоянно ищут способы уменьшить вес двигателя. Один из способов сделать это — сделать цилиндры все тоньше и тоньше. В результате цилиндр обычно не остается круглым или прямым. Это создает проблему, когда поршневое кольцо выходит из седла. Решение заключается в использовании колец с низким натяжением. Эта технология позволяет кольцу соответствовать неровным поверхностям. По сути, кольцо способно следовать волнистости стенки цилиндра, когда оно скручивается и поворачивается во время хода поршня.

Ring Land Design

Внимательно осмотрите площадку второго кольца, которая находится под верхним кольцом и над масляным кольцом. Обратите внимание на вырезанный канал, имеющий зазубренную форму, напоминающую треугольник. Плоская сверху и сужающаяся снизу уникальная форма помогает собирать масло, когда поршень движется вниз. Это называется канавкой аккумулятора. Он действует как поршневое кольцо, которое собирает масло и загоняет его в нижнюю часть.

Через несколько поршней вы найдете канал во втором кольце.Это не кольцевая канавка. Это канавка гидроаккумулятора, которая собирает масло и возвращает его в нижний конец.

«Конструкция посадочного кольца чрезвычайно важна в этих новых четырехтактных двигателях, в которых используются только два поршневых кольца», — заявляет Сулеки. «Вы пытаетесь уменьшить вес и сделать вещи короче и легче. Как вы работаете с тремя кольцами, используя только два кольца? »

Ответ можно найти в форме кольца земли. Эта научная конструкция помогает контролировать масло и следить за тем, чтобы оно не проходило мимо поршня и не попало в зону сгорания.Любой, у кого есть много часов на поршне и кольцах, сможет физически увидеть, что у него есть проблема, когда он заводит свой мотоцикл утром, и из глушителя выходят маленькие клубы синего дыма. Это происходит из-за износа деталей и попадания масла в зону сгорания двигателя.

Притертые кольца

Прокатитесь на машине WABAC г-на Пибоди до конца 1990-х годов, когда автомобильные компании обнаружили, что производители поршневых колец не могут сделать кольцо достаточно плоским, что было необходимо для окончательной герметизации.Они полагались на то, что кольца помещали на поверхность пластины и шлифовали их, чтобы удалить любые выступы или дефекты на поверхности. Этот процесс обеспечил лучшее уплотнение кольцевой канавки. Эта технология, известная как притирка, стала популярной в NASCAR и Pro Stock Drag Racing, где безупречное кольцевое уплотнение дает прирост мощности. В процессе притирки производственное поршневое кольцо превращается в нечто лучшее. Эта технология теперь доступна в мире высокопроизводительных мотоциклов.

Притирочные компрессионные кольца были недавним введением в силовой спорт с Racer Elite от Wiseco.Он обеспечивает сверхплоскостность, создавая лучшее кольцевое уплотнение, что приводит к большему сжатию и большей мощности.

«Примерно год назад Wiseco представила поршневые комплекты Racer Elite. Одна из функций, которые мы включили, — это притертое компрессионное кольцо », — объясняет Сулеки. «Он сразу обеспечивает лучшее кольцевое уплотнение, поэтому вам не требуется период обкатки поршня. Обычно кольца со временем должны засеиваться в поршне. Мы устранили это за счет притирки кольца к кольцевой канавке.Это очень точная посадка, и вы получаете действительно прочное кольцевое уплотнение. В свою очередь, мощность в лошадиных силах увеличивается ».

Компания Wiseco была настолько впечатлена увеличением производительности притертых поршневых колец, что они применили эту технологию самостоятельно.

Узнайте больше о том, как технология притирки колец улучшает производительность.

Сулеки заявляет: «У нас есть возможность притирать практически любое поршневое кольцо для оптимизации поверхности. Мы знали, что нам нужно делать все под своей крышей и продавать на рынке.Это интересно, потому что на рынке Powersports мало что известно о притертых поршневых кольцах. В то же время в автомобильной сфере это почти повседневная вещь ».

Преимущества притертого кольца заметны сразу. Повышение производительности, уменьшение пробоя и отсутствие периода обкатки ставят поршневой комплект Racer Elite на передний план в категории высококачественных гоночных деталей премиум-класса.

Отвод газа

Отверстие для газа — это метод, при котором в верхней части поршня просверливаются крошечные отверстия, которые пересекают верх кольцевой канавки.Технология выталкивает продукты сгорания через отверстия и прижимает кольцо к стенке цилиндра. Это метод, используемый для достижения безупречного кольцевого уплотнения, но он не предназначен для долговечности. Это связано с тем, что подача газа заставляет все работать друг против друга, в результате чего кольцо и поршень изнашиваются быстрее. Перенос газа обычно зарезервирован для высокопроизводительных приложений, таких как Drag Racing, потому что он повышает производительность (за счет сокращения срока службы).

Порты для газа — это крошечные отверстия, через которые газы сгорания проходят через верхнюю часть поршня и выходят внутрь канавки компрессионного кольца.Это заставляет кольцо выдвигаться к стенке цилиндра, улучшая уплотнение.

Покрытия

Покрытия

становятся все более популярными. Нет ничего необычного в том, чтобы найти покрытия DLC (алмазоподобный углерод) на поршневых кольцах, как и на других вращающихся компонентах, таких как поршневые пальцы и кулачки. Нитрид титана также является популярным вариантом. Покрытие золотого цвета представляет собой относительно мягкий материал, который хорошо прилегает к стенке цилиндра и помогает быстрее уплотнять кольцо. Нитрид титана обеспечивает мгновенное повышение производительности.Это немного дороже, но вы получаете то, за что платите.

Индивидуальные разжимные и сжимающиеся поршневые и уплотнительные кольца

Для высокопроизводительных приложений требуются индивидуальные поршневые кольца производительной конструкции. Как глобальный промышленный производитель поршневых колец на заказ, Precision Rings, Inc. (PRI) разрабатывает и производит широкий спектр нестандартных поршневых колец и уплотнительных колец, включая расширяющиеся и сжимающие кольца.

Общие запросы на заказные поршневые кольца включают индивидуальные расширяющиеся поршневые кольца, сжимающиеся поршневые кольца, комбинированные поршневые кольца, поршневые кольца со штифтами и пружины Марселя. PRI может изготовить на основе существующего отпечатка или помочь вам с индивидуальной конструкцией поршневого кольца. Существующие конструкции можно оценить на предмет возможного улучшения.

Свяжитесь с нами или позвоните по телефону 317-247-4786, чтобы проконсультироваться с нашим инженерным отделом по поводу правильного выбора звонка или узнать о стиле звонка, который не показан.Наши инженеры могут помочь вам выбрать индивидуальное поршневое кольцо, наиболее подходящее для ваших требований.

Варианты материала поршневого кольца

PRI имеет большой опыт работы с различными материалами при разработке и производстве поршневых колец на заказ. Наш опыт включает изготовление поршневых колец на заказ из суперсплавов или других труднообрабатываемых материалов. Обычно используемые материалы включают:

  • Нержавеющая сталь серий 300 и 400
  • 17-4 PH®
  • 17-7 PH®
  • Inconel®
  • Стеллит®
  • Waspaloy®
  • Веспель DuPont®
  • Алюминий бронза
  • Алюминиевый сплав
  • A286
  • Хастеллой®
  • Torlon®
  • Titanium®
  • и др.

Contact Precision Rings, Inc.для нестандартных поршневых и уплотнительных колец

Как производитель, сертифицированный Nadcap и ISO 9001: 2015 / AS9100D, компания Precision Rings, Inc. обладает производственным опытом для изготовления поршневых колец на заказ, которые могут удовлетворить ваши потребности в производительности и превзойти ваши ожидания. Чтобы узнать больше о наших поршнях и уплотнительных кольцах, свяжитесь с нами сегодня или запросите ценовое предложение.

Детали материалов и эволюция технологии поршневых колец

Разъемное поршневое кольцо, обычно используемое сегодня, было впервые изобретено Джоном Рэмсботтомом в конце 1800-х годов.Его изобретение немедленно заменило кольца в стиле конопли, которые использовались в паровых двигателях, и представляет собой качественный скачок в производительности. Преимущества использования этого типа кольца в паровой машине были огромными с точки зрения мощности, эффективности и технического обслуживания.

Когда вы думаете о поршневых кольцах, задумывались ли вы когда-нибудь о том, что они являются самым маленьким компонентом двигателя внутреннего сгорания, но при этом несут наибольшую ответственность? Когда вы собираете двигатель, вы никогда не понимаете, что поршневое кольцо будет делать в течение его срока службы, что в действительности делает производительность этого крошечного компонента еще больше.

Поршневые кольца выполняют три основные задачи по обеспечению постоянной эффективной мощности двигателя. Прежде всего, кольцо должно эффективно герметизировать каждый цилиндр на протяжении тысяч, а иногда и сотен тысяч миль перед заменой. Когда топливно-воздушная смесь воспламеняется в каждом цилиндре, кольцо должно плотно прилегать к стенке цилиндра, чтобы взрыв мог толкнуть поршень в отверстие. Поршневое кольцо, которое на самом деле представляет собой сформированный кусок проволоки, также должно предотвращать попадание картерных газов в картер, сдерживая взрыв сгорания.

Во-вторых, кольцо помогает передавать тепло от поршня, вызванное взрывом, к стенкам цилиндра. Кольца являются единственным контактом между отверстием цилиндра и поршнем, и это единственный способ передачи тепла в систему охлаждения в процессе сгорания.

Этот узел поршня и штока был взят от Benz 1911 года выпуска (это было до того, как к нему подключился Mercedes). Обратите внимание на качество изготовления, такое как плавающая шпилька, спирально-навитые компрессионные кольца и канавки для смазки маслом в шейке штока.Это было точно и сложно, особенно если принять во внимание инструменты, которые были доступны более 100 лет назад. Подумайте, сколько человеко-часов ушло на сборку с использованием современных инструментов!

В-третьих, и это, пожалуй, самое главное, поршневое кольцо должно препятствовать попаданию моторного масла в камеру сгорания. Каждое отверстие цилиндра похоже на подшипник двигателя. Хонингованные царапины в отверстии создают карман для масла, которое задерживается, поэтому кольца будут смазываться, когда они вращаются и перемещаются вверх и вниз в цилиндре.Но все масло, которое разбрызгивается на стенки цилиндра из вращающегося узла, необходимо соскрести, чтобы предотвратить попадание масла в камеру сгорания, поскольку масло, которое попадает в камеру сгорания, может быть вредным для процесса сгорания, эффективно понижая октановое число транспортного средства. потенциально вызывая вредные последствия.

Благодаря магии исследований и разработок, а также благодаря усилиям по производству оригинальных комплектующих, поршневые кольца с каждым годом становятся все тоньше, но характеристики двигателя улучшаются.Это относится ко всем сферам применения, от специальных гоночных поршней до стандартных сменных поршней. Если поршневые кольца выполняют такую ​​огромную работу, то почему они становятся меньше? Могут ли возникнуть какие-либо побочные эффекты в будущем?

Наше кольцо Total Conform легко обнаружить благодаря радиальным выемкам на нем », — говорит Кейт Джонс из Total Seal. «Это позволяет кольцу полностью соответствовать друг другу, изгибаясь в любой форме, необходимой для полного уплотнения между поршнем и стенкой цилиндра.

Обширные испытания показали, что кольца меньшей ширины оказались столь же эффективными, а может быть, и более эффективными, чем предыдущие более толстые версии. Это в основном связано с различием в современном материале поршневого кольца по сравнению с более старыми, менее эффективными материалами. Кроме того, различия в конструкции и форме, а также отделка и покрытия, нанесенные на поверхность поршневых колец, помогают улучшить характеристики и снизить сопротивление. Эти изменения оказались более эффективными, обеспечивают большую мощность при меньшем выбросе воздуха и продлевают срок службы.Лучший способ понять, что происходит в мире поршневых колец, — это оглянуться назад и понять, откуда мы пришли. Благодаря участию Кейта Джонса из Total Seal, который также помог нам с фотографиями и диаграммами для этой статьи.

Выбор материала

Популярным материалом для изготовления поршневых колец является чугун, часто называемый серым чугуном. Самым большим преимуществом использования чугуна для изготовления поршневых колец является то, что он не истирает внутреннюю поверхность цилиндра и не истирает ее.И пока чугунное кольцо достаточного размера, оно будет обеспечивать надлежащее уплотнение. Если рабочие нагрузки увеличиваются или размер уменьшается в зависимости от области применения, кольцевое уплотнение может стать проблемой. Когда для верхнего кольца используется чугун, его обычно покрывают молибденом или хромом для предотвращения износа отверстия. Если для второго кольца используется чугун, покрытие не наносится. Материал чугуна очень хрупкий; Под микроскопом зернистая структура чугуна прямоугольная и острая. Вот почему, если вы попытаетесь скрутить чугунное кольцо, оно сломается, потому что зернистая структура легко ломается.Чугун популярен, потому что его производство несколько рентабельно. Недостатком его использования является то, что для его завершения требуется несколько этапов производства — и он не идеален для высокопроизводительных двигателей.

Существует два основных метода изготовления чугунного кольца. Самый распространенный способ — взять поршневое кольцо желаемого внешнего диаметра и сформировать форму. Затем, когда чугун был сформирован внутри этой цилиндрической формы, центр формы вырезается по размеру внутреннего поршневого кольца.Например, после завершения процесса у вас будет что-то похожее на ствол пистолета. Затем каждое отдельное кольцо вырезается из формы, как кусок хлеба.

Современные высокотехнологичные методы производства поршней и покрытия требуют использования высокотехнологичных материалов для поршневых колец, которые дополняют улучшения рабочих характеристик, доступные за счет снижения сопротивления и улучшенного контроля масла.

Другой способ изготовления чугунных колец аналогичен способу изготовления модели легкового или грузового автомобиля.Когда вы открываете ящик модели автомобиля, вы обнаруживаете несколько листов пластика, на которых сформированы кусочки, которые вы выламываете из формы, чтобы извлечь части. Чугун разливают в форму, как и детали модели автомобиля, только в форме поршневых колец. По завершении процесса кольца вынимаются из формы и подвергаются окончательной механической обработке для использования. Хотя чугунные кольца могут быть доступными из-за стоимости материала, для их обработки и доработки требуется много ручной обработки. Кроме того, существует много отходов, которые необходимо перерабатывать после получения готового продукта.

Ковкий чугун — еще один материал, используемый при производстве поршневых колец; он существует уже несколько лет и до сих пор широко распространен. Процесс формовки поршневых колец из ковкого чугуна очень похож на процесс изготовления чугунных колец. Состав материала получается из чугуна путем извлечения углеродных чешуек, которые в основном состоят из графита, и формования этого материала в цилиндрическую форму для задания внешнего размера. Затем можно вырезать внутренний размер.Затем кольца можно вырезать из «ствола пистолета» и подвергнуть термообработке. Под микроскопом ковкий чугун имеет круглые зерна шаровидной формы, которые очень прочные, в отличие от структуры зерен чугуна. Если вы возьмете кольцо из ковкого чугуна и попытаетесь его сломать, вы обнаружите, что оно будет только сгибаться и скручиваться в форму кренделя. Ковкий чугун в два раза прочнее чугуна и используется в высокопроизводительных системах. Поскольку большинство дизельных двигателей имеют турбонаддув, кольца из ковкого чугуна обычно использовались из-за их устойчивости к отказу в условиях высокого сжатия и высокого рабочего давления в цилиндре.

Верхнее кольцо из ковкого чугуна дизельного двигателя называется «замковым кольцом». Кольцо трапецеидального камня напоминает боковой треугольник и также известно как самодействующее кольцо.

Движение поршня вверх и вниз удерживает кольцо трапецеидального искажения в кольцевой канавке поршня и, как побочный продукт, также сохраняет канавку кольца чистой от сажи дизельного топлива. Однако кольцо для трапеции уникальной формы из ковкого чугуна сегодня обычно не используется. Поскольку использование рециркуляции выхлопных газов стало стандартом почти для всех двигателей внутреннего сгорания, при использовании этой формы углеродная набивка имеет тенденцию застревать кольцо в канавке поршня, вызывая поломку.

Если вы не знаете, из какого материала сделаны ваши кольца, не пытайтесь их согнуть. Самый простой способ проверить их — бросить на стол в магазине. Если кольцо издает звенящий звук, это высокопрочный чугун, а если кольцо просто стучит по столу, оно изготовлено из чугуна.

Чрезвычайно высокая температура и давление, создаваемые высокопроизводительным дизельным двигателем, могут прорезать верхнее кольцо и действовать как паяльная лампа на остальной части поршня.

Steel’s The Deal

Сегодня, особенно в высокопроизводительных и тяжелых условиях, сталь используется для изготовления поршневых колец.У стальных колец много преимуществ: они легче в изготовлении, они прочнее и тверже, чем высокопрочный чугун, и устойчивы к поломке, особенно в тех случаях, когда требуются сумматоры мощности. Недостаток? Материалы дороже.

Здесь кольцо AP из нержавеющей стали превращается из сырья в рулонный продукт. Поскольку для поршневого кольца критически важно иметь надлежащее натяжение и сопротивление в цилиндре при установке в двигатель, процесс формования является наиболее важным этапом производства, чтобы гарантировать правильность этих характеристик в готовом продукте.

Процесс производства стальных поршневых колец прост; Проволока вырезается из катушки с материалом нужных пропорций. Нет отходов и меньше шагов от нарезки до конечного продукта. Возможно, лучшее в использовании стальных колец — это то, что они могут выдерживать большее тепловое воздействие в суровых условиях и при этом сохранять свою форму без сбоев. А в условиях высоких оборотов, низкого напряжения и высокого вакуума, таких как NHRA Pro Stock и других безнаддувных гоночных классах, стальные кольца обеспечивают гораздо лучшее кольцевое уплотнение.Внутренняя верхняя поверхность обычно имеет скос, который способствует скручиванию при срабатывании цилиндра. Тонкое верхнее кольцо прижимается к дну верхней канавки поршня, и давление газа прижимает кольцо к отверстию. Поскольку поверхность кольца имеет бочкообразную форму, при движении поршня вниз по отверстию кольцо находится в постоянном контакте со стенкой цилиндра.

Современные поршневые кольца различной толщины обеспечивают превосходные характеристики по сравнению с пакетами колец прошлого. Здесь вы можете увидеть сравнение с обычным кольцом.

Детали стального кольца

Чтобы стальное кольцо было совместимо с отверстиями цилиндров из чугуна, оно должно быть покрыто молибденом, хромом, PVD (осаждение из паровой фазы) или газовым азотированием. На лицевую сторону кольца нанесены покрытия из молибдена. Moly обладает высокой устойчивостью к истиранию, но также является пористым, что обеспечивает некоторое удерживание масла.

Хром — очень твердое покрытие, используемое при высоких нагрузках и часто встречается в двигателях гоночных автомобилей. Хромированное покрытие может противостоять пропитке грязью и выводить мусор через выхлопное отверстие.Если бы вы использовали в этих случаях кольца с молибденовым покрытием, попадание грязи могло бы попасть на поверхность кольца из-за пористости, что привело бы к повреждению отверстия.

За последние несколько лет PVD-покрытие стало более популярным в качестве поверхности поршневых колец. PVD представляет собой тонкое покрытие, которое наносится на кольцо с использованием титана или хрома, испаренного при нагревании с химически активным газообразным азотом. Этот процесс сделает кольцо очень твердым, гладким и термостойким.

Наконец, газовое азотирование — это тепловой процесс, при котором кольцо пропитывается азотом, что приводит к его отверждению.В результате этого процесса поверхность затвердевает примерно на 0,001 дюйма в глубину; при использовании газового азотирования в отверстии цилиндра перед кольцом будут видны следы износа.

Вторые кольца переходят от чугуна к высокопрочному чугуну и стали. Поскольку второе кольцо соскабливает большую часть масла со стенок цилиндра, стальные кольца для второго положения имеют фаску на нижней стороне, чтобы вызвать скручивание. По мере того, как поршень опускается в отверстие, поворот кольца позволяет конической поверхности соскребать масло со стенок цилиндра.

Обычные вторые кольца имеют форму RBT (коническая поверхность с обратной закруткой) или THG (канавка с крючком или Napier). В случае кольца RBT внутренний скос вызывает скручивание, которое предотвращает скопление масла за кольцом, в то время как коническая поверхность царапает отверстие. Конструкция THG будет иметь скручивание, вызванное не внутренней фаской, а крючком на лицевой стороне кольца, когда оно контактирует с отверстием. Это также предотвращает скопление масла за вторым кольцом и используется в основном для повышения производительности.

Кольца Napier, в которых используется конструкция с крючками, также являются обычным явлением для второй позиции.Крючок удерживает масло во время соскабливания, что позволяет использовать масляные кольца с низким натяжением в этих ситуациях. Вторые кольца из стали или высокопрочного чугуна не имеют покрытия, поскольку исследования показали, что вторые кольца с покрытием не имеют преимуществ по сравнению с кольцами без покрытия, поскольку царапающее действие, используемое для удаления масла, обеспечивает их хорошую смазку.

Хотя многие люди называют второе кольцо компрессионным, мы можем видеть здесь, что оно имеет гораздо большее отношение к контролю масла, чем к сдерживанию сжатия.

Советы по быстрой сборке

Если вы собираете двигатель и используете стальные кольца, обязательно измерьте свободный зазор поршневого кольца. Свободный зазор измеряется, когда вы достаете кольца из коробки и кладете их на стол. Например, зазор в поршневом кольце, лежащем на столе, составит 0,600 дюйма. Вы устанавливаете поршневое кольцо в двигатель, и теперь зазор составляет 0,020 дюйма для вашего приложения. При освежении свободный промежуток теперь измеряется.500 дюймов, что будет считаться нормальным после того, как двигатель прошел термоцикл на соревнованиях. Но если размер свободного зазора составляет 0,100 дюйма, то что-то не так с соотношением воздух / топливо или моментом зажигания, потому что кольцо теряет прочность на разрыв и деформируется из-за слишком большого количества тепла.

При опиливании колец оставьте их как можно более квадратными. Чрезмерное снятие фаски может быть столь же вредным, как и слишком большой зазор.

Еще один совет — как можно меньше снимать заусенцы и фаски при установке поршневых колец напильником.Кроме того, оставьте края как можно более квадратными, чтобы обеспечить лучшее кольцевое уплотнение. Следуйте рекомендациям производителя по правильной технике хонингования. Правильная отделка отверстия цилиндра обеспечит правильное удержание масла для смазки используемого материала колец.

Заключение

Использование набора поршневых колец, который тоньше, чем вы когда-либо думали, — это простой способ высвободить мощность вашего высокопроизводительного двигателя. Эффект «просачивания вниз» со стороны текущих OEM-технологий в данном конкретном случае оказался выигрышным.Эти конструкции колец не ухудшают рабочие характеристики; при надлежащих процедурах обкатки можно ожидать, что они продержатся многие тысячи миль в уличном применении без вредных побочных эффектов, хотя мы не можем обещать того же, если вы наносите им пару комплектов закиси азота каждую неделю в ваших субботних ночных поездках в Мексику.

Как правильно выбрать поршневые кольца и зазор между ними

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Толщина поршневых колец уменьшилась более чем вдвое с 1980-х годов.Вот почему они уменьшились и не стоит об этом беспокоиться!

Классическая голливудская линия: нельзя быть слишком богатым или слишком худым. В то время как фигурные звездочки теперь могут быть популярны в городе мишуры, слишком тонкая линия все еще в моде, когда дело касается поршневых колец. Не так давно толщина современных гоночных поршневых колец колебалась от 1/16 дюйма до 0,043 дюйма. В настоящее время производственные двигатели используют кольца толщиной от 1 мм до 0,8 мм — шаг, который стал возможен благодаря достижениям в технологии материалов.Поскольку 1 мм равен 0,039 дюйма, это означает, что верхнее кольцо диаметром 8 мм составляет всего 0,031 дюйма. Преимущества тонких колец многочисленны и заслуживают обсуждения.
На головке поршня ровно столько места. Более тонкие кольца не только снижают трение, но и позволяют поршням хода работать с очень малой высотой сжатия.

Поддерживающие механические причины, по которым эта скорость слишком тонкая, почти всегда полезны. Начнем с обсуждения того, как кольцо на самом деле плотно прилегает к стенке цилиндра.Если вы когда-либо собирали двигатель, вы знаете, что поршневые кольца необходимо слегка сжать, чтобы они вошли в цилиндр, и требуется немного усилий, чтобы толкнуть поршень вниз, особенно если поршень оснащен старым стандартным 5 / 64- дюймовые кольца, которые почти повсеместно использовались в двигателях почти 20 лет назад.

Более тонкие поршневые кольца изготовлены из углеродистой стали, что позволяет им быть более прочными, чем более толстые чугунные кольца, при этом снижая трение.

Усилие, необходимое для прижатия колец к стенке цилиндра, создается радиальным натяжением кольца.Данная нагрузка требуется для создания достаточного уплотнения по отношению к стенке цилиндра. Основы физики говорят нам, что чем больше площадь поверхности кольца, касающейся стенки цилиндра, тем большее радиальное натяжение требуется для достижения желаемой нагрузки. Это большее внешнее натяжение создает большее трение при движении поршня вверх и вниз по отверстию.

Принято считать, что примерно от 50 до 60 процентов общего трения, создаваемого типичным двигателем внутреннего сгорания, можно связать с поршнем и кольцами.Еще более удивительно то, что 50 процентов трения поршня и кольца можно отнести только к кольцам. Итак, мы говорим об измеримой выгоде для всех, кто хочет уменьшить трение как путь к «бесплатной» мощности. Потенциальный выигрыш еще больше для двигателей с увеличенным ходом, поскольку поршень перемещается на большее расстояние, создавая большее трение.

Учитывая, что большой процент трения возникает на границе раздела между поршневыми кольцами и стенкой цилиндра, даже оригинальные производители обращают на это внимание.Серийные двигатели, такие как семейства Gen III / IV LS, решили эту проблему, уменьшив толщину кольца до 1,5 мм. Нынешние бензиновые двигатели Corvette LT4 с прямым впрыском и наддувом теперь оснащены еще более тонкими кольцами 0,8 мм / 0,8 мм / 2,0 мм.

Для справки: верхнее кольцо в гоночном стиле по сравнению с поношенной копейкой.

Сделав еще один шаг вперед, мы рассчитали фактическую площадь контакта старого кольца диаметром 5/64 дюйма (0,078 дюйма) для цилиндра диаметром 4,00 дюйма, а затем сравнили его с более современным 1 мм (0.0393 дюйма), вычислив длину окружности, умноженную на толщину поверхности. Для простоты мы предположили кольцо с нулевым зазором. Фактические номера контактных площадей менее важны, чем разница в контактных площадях, выраженная в процентах. Кольцо меньшего размера диаметром 1 мм дает уменьшение площади почти на 50 процентов.

Понятно, что просто уменьшение толщины колец уменьшило бы трение, но преимущества еще больше. Кольцо определенной толщины должно создавать определенную статическую нагрузку или давление на стенку цилиндра, чтобы способствовать его уплотнению.Более толстое кольцо требует большего внешнего (радиального) натяжения из-за большей площади поверхности. Но за счет уменьшения толщины это позволяет конструктору также уменьшить радиальное давление, чтобы компенсировать уменьшенную площадь поверхности, контактирующей со стенкой цилиндра.

Когда радиальная глубина кольца уменьшается, уменьшается и натяжение. Газовые порты — это один из способов получить кольцо для хорошего уплотнения на такте сгорания, уменьшая трение на трех других тактах (впуск, сжатие, выпуск).

Это может быть трудно понять, поэтому давайте воспользуемся аналогией.Допустим, вы весите 200 фунтов и решили прогуляться по глубокому снегу в лесу. Стандартные ботинки тонут в снегу, но снегоступы с большей площадью контакта создают меньшую нагрузку на квадратный дюйм. Применение этой аналогии к более тонкому кольцу (меньшее пятно контакта на стенке цилиндра) требует уменьшения общей нагрузки, поскольку площадь контакта меньше. Более тонкое кольцо требует уменьшенной осевой нагрузки, поэтому нагрузка на квадратный дюйм более тонкого кольца аналогична более старой, более толстой версии, хотя и без налога на трение.

В пакете из трех колец на типичном автомобильном поршне масляные кольца создают наибольшее индивидуальное натяжение или нагрузку. Эта нагрузка прилагается за счет конструкции средней части кольца, называемой расширителем. Недавние усовершенствования конструкции расширителя снизили трение, при этом позволяя кольцу удалять масло со стенок цилиндра.

Гонщики на протяжении десятилетий знали, что один из способов минимизировать трение — уменьшить натяжение масляного кольца с помощью расширителя, предназначенного для отверстия немного меньшего размера.Хотя это действительно снижает трение и увеличивает мощность, компромиссом является повышенный расход масла. Как правило, это не проблема для двигателя ограниченного использования для дрэг-рейсинга, но, конечно же, не лучший вариант для уличных двигателей или двигателей повышенной проходимости.

JE недавно участвовал в тестировании журнала HOT ROD Magazine, проведенном тогдашним редактором Эваном Перкинсом, в ходе которого Westech Performance Group, возглавляемая Стивом Брюле, провела испытание на динамометрическом стенде Chevy с 377 куб. Поршни JE, сконфигурированные с комплектом колец со стандартными рабочими характеристиками 5 / 64- / 5 / 64- / 3/16-дюймов.Этот двигатель 377ci имел диаметр цилиндра 4,155 дюйма и ход поршня 3,48 дюйма. При средней мощности, зарегистрированной за три прогона, они разобрали двигатель и заменили поршни идентичным комплектом, обработанным для более тонкого пакета колец JE 1,2 мм / 1,2 мм / 3 мм. Результаты показали увеличение максимальной мощности на 6,8 л.с. и увеличение максимального крутящего момента на 3,8 фунт-фут на двигателе мощностью 458 л.с. и 433 фунт-фут крутящего момента.

Современные кольца изготовлены из более прочного материала и могут иметь профилированные поверхности, что способствует уплотнению и контролю масла.

Хотя многие были удивлены, что улучшение не было большим числом, здесь действуют несколько факторов. Пиковая мощность в лошадиных силах была получена при 6000 об / мин. Если бы этот двигатель генерировал максимальную мощность на более высоких оборотах, результаты были бы еще лучше. Еще одна переменная — ход. Как упомянул Перкинс в своем рассказе, если бы этот тест проводился на двигателе с более длинным ходом, таком как большой блок с ходом 4,25 дюйма, результаты были бы соизмеримо лучше.

Эта тенденция к более тонким кольцам также улучшает кольцевое уплотнение, поскольку более тонкое кольцо имеет больше шансов прилегания к отверстию цилиндра, которое обычно не является полностью круглым или концентрическим. Подумайте о расточке цилиндра под динамической нагрузкой как о высокой стопке десятицентовиков. При измерении диаметра цилиндра представьте, что вы измеряете его в области, занимаемой всего одним из этих десятицентовиков.

Как показывает эта стопка монет, цилиндры часто не прямые. Даже при идеально прямой обработке давление в цилиндре и нагрузка в блоке могут исказить их во время работы.Это особенно характерно для алюминиевых двигателей с тонкими гильзами.

Если отверстие измеряется в нескольких местах, диаметр может показывать то же самое, что, по мнению многих, «доказывает», что отверстие круглое по всей высоте. Однако, если смотреть на цилиндр сбоку, отверстие может иметь скорее S-образную форму, чем быть идеально «квадратным» сверху вниз. Если предположить, что отверстие деформируется под нагрузкой, более тонкое кольцо будет иметь гораздо больше шансов прилегать и герметично прилегать к S-образной стенке цилиндра.

Любое обсуждение «тонких» колец должно также включать то, что инженеры называют осевой шириной кольца — или шириной кольца, если смотреть сверху. SAE установила стандартную осевую ширину поршневого кольца автомобиля, используя диаметр отверстия по формуле, разделенный на 22. Таким образом, диаметр отверстия 4,00 дюйма / 22 = осевая ширина 0,182 дюйма. Однако уменьшение этой стандартной ширины еще больше снижает радиальное натяжение кольца. Часто это делается для повышения прочности гоночных поршней, когда пакет колец находится очень близко к верхней части поршня, оставляя очень мало места между задней стороной верхнего кольца и предохранительным клапаном.Уменьшенная ширина осевого кольца является опцией для многих поршней JE и Wiseco.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *