С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Для чего нужны поршневые кольца

Для чего нужны поршневые кольца


Зачем нужны поршневые кольца и почему они так важны?

Простой ответ: Поршневые кольца образуют уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра, что предотвращает попадание газообразных продуктов сгорания в масляный поддон. Они регулируют потребление масла, предотвращая попадание избыточного моторного масла в камеру сгорания и как следствие его горения. Правильно функционирующие кольца жизненно важны для максимальной мощности и эффективной работы двигателя.

Подробный ответ: Большинство серийных автомобилей используют три типа поршневых колец:

Верхнее и второе кольца отвечают за плотное нажатие на стенку цилиндра и герметизацию камеры сгорания, удерживая картерные Газы и масло. Маслосъемное кольцо собирает масло со стенок цилиндра по пути вниз по цилиндру, возвращая его обратно в масляный поддон. Поскольку чрезвычайно тонкая пленка масла смазывает поверхность кольца и стенки цилиндра, это нормально, когда какое-то масло горит во время работы двигателя. Однако, что собой представляет «нормальный» расход масла, зависит от типа и состояния износа двигателя.

Когда поршневые кольца становятся изношенными.

Изношенные кольца могут образовывать промежуток между поверхностью кольца и стенкой цилиндра. В процессе горения отработанные газы, которые приводят поршень в движение вниз по цилиндру и поворачивают коленчатый вал, могут пропускаться через поршень и перемещаться вниз по стенке цилиндра и попадать в масляный картер, отбирая с собой лошадиные силы и уменьшая эффективность работы двигателя. Такого рода пропуски также загрязняют моторное масло, снижая его производительность и срок службы.

Залегшие кольца могут привести к такому же сценарию. Чрезвычайно горячие газы из камеры сгорания могут разрушать масло, образуя отложения углерода в кольцевых каналах. Также могут образовываться побочные продукты бензина. Тяжелые отложения заставляют кольца залегать в масло отводящих каналах, и не разжиматься от поршня, образуя тем самым промежуток между кольцом и стенкой цилиндра, что приводит прорыву картерных газов и повышенному расходу моторного масла.

Синий дым из выхлопной труб, затрудненный запуск и потеря мощности.

Последствия изношенных колец часто легко заметить. Чрезмерное потребление масла может привести к выгоранию синего дыма из вашей выхлопной трубы, особенно при запуске до прогрева двигателя, и до того, как кольца расширились в цилиндре. Горение масла также означает, что вам также нужно чаще доливать масло.

Изношенные или залегшие кольца также могут привести к затрудненным запускам и снижению мощности. Когда двигатель останавливается, поршень все еще сжимает топливно-воздушную смесь перед сгоранием. Изношенные кольца, однако, позволяют части топливно-воздушной смеси проходить мимо камеры сгорания, что приводит к снижению компрессии и затрудненному запуску двигателя. Когда он работает, потеря компрессии лишает ваш двигатель мощности.

Предотвращение – лучшая практика

Предотвращение изношенных и застрявших колец жизненно важно для поддержания мощности на максимальном уровне, эффективности и срока службы вашего двигателя. Это начинается с использования высококачественного синтетического масла, которое борется с износом и выдерживает высокие температуры, сохраняя поршни в чистоте. Например, синтетическое моторное масло серии  BG 737 обеспечивает:

  • На 75% больше защиты двигателя от износа и потери мощности, чем требуется в соответствии с ведущим отраслевым стандартом *, продлевая срок службы жизненно важных компонентов, таких как поршни и коленно-шатунный механизм.
  • На 93% чистых поршней, чем требуется в соответствии с ведущим отраслевым стандартом *

Если вы подозреваете, что ваши кольца изношены или залегли, подумайте о том, чтобы использовать масло с большей вязкостью, рекомендованное заводом изготовителем (OEM). Некоторые OEM-производители рекомендуют диапазон вязкости, в зависимости от вашего климата (например, 5W-20, когда он холодный, 10W-30, когда он выше 0ºС). Использование наивысшей рекомендуемой вязкости может помочь сократить зазор между кольцами и стенкой цилиндра.

Вы также можете раскоксовать залегшие кольца, используя качественные очистители BG109 и BG211 или топливные присадки, предназначенную для очистки отложений, таких как очиститель топливной системы бензиновых двигателей BG 208 (044k) и очиститель топливной системы дизельных двигателей BG 244.

Поршневые кольца: принцип работы, ремонт и устройство — DRIVE2

При изучении принципов работы двигателя внутреннего сгорания отмечалось, что скользящее соединение между поршнем и цилиндром герметично, то есть газы, находящиеся под давлением в надпоршневом пространстве, не проникают между поршнем и стенками цилиндра в картер двигателя. Обеспечить приемлемую герметичность основное предназначение поршневых колец.

При этом необходимо отметить, что незначительная часть газов из камеры сгорания всё равно проникают во внутренне пространство картера даже нового, вполне исправного, двигателя. Уплотнение при помощи поршневых колец в технике называется уплотнением лабиринтного типа, в уплотнениях подобного типа всегда происходит некоторая утечка газов. Но эта утечка на исправном двигателе обычно лежит в диапазоне 0,5 – 1,0%.

Находящиеся в картере двигателя газы называются картерными газами. По мере износа цилиндропоршневой группы двигателя количество картерных газов увеличивается.Кроме уплотнения поршневые кольца выполняют ещё две задачи. Регулируют количество масла на стенках цилиндра, необходимого для смазывания, как самих колец, так и поршня, и отводят тепло от поршня к стенкам цилиндра.

Предназначение поршневых колец:

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

Отвод тепла от поршня к стенкам цилиндра.

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

Тип колец

Поршневые кольца делятся на два типа:

•Компрессионные

•Маслосъёмные

Поршневые кольца — схема

1. Первое (верхнее) компрессионное кольцо1.1. Молибденовая противоизносная вставка2. Второе компрессионное кольцо3. Маслосъёмное кольцо:3.1. Верхняя маслосъёмная пластина3.2. Тангенциальный расширитель

3.3. Нижняя маслосъёмная пластина

Поршень с поршневыми кольцами

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

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

Кольцо, установленное в канавку поршня, находящегося в цилиндре двигателя, должно принять абсолютно круглую форму (это выполняется, если сама гильза цилиндра не имеет деформаций) и быть прижатым к поверхности цилиндра по всей наружной окружности поршневого кольца. Для обеспечения этого, упругое поршневое кольцо изготавливается не в виде правильной окружности, а в виде дуги переменного радиуса, большего, чем диаметр цилиндра и имеющее в свободном состоянии достаточно больший зазор (1) между концами кольца. При установке в цилиндр кольцо сжимается и зазор (2) в замке кольца становится 0,15 ÷ 0,5 мм. Точное и максимально допустимое значение этого зазора указывается в технической документации двигателя. Обеспечение регламентированной величины зазора очень важно, увеличенный зазор способствует прорыву газов в картер двигателя и снижению мощности. Но ещё опасней уменьшенный зазор в замке поршневого кольца. Во время работы, в результате нагрева кольцо расширяется и при уменьшенном зазоре может произойти заклинивание поршневого кольца в цилиндре, что приведёт к образованию задиров на зеркале цилиндра, поломке межкольцевых перегородок поршня или поломке самого кольца. Поэтому допустимо небольшое увеличение зазора, но недопустимо уменьшение зазора в замке поршневого кольца.

Ведущие производители поршневых колец производят кольца с постепенно уменьшающимся через 0,1 мм зазором, таких подбираемых размеров может быть до 15.

Отсутствие концевого зазора при одновременном уменьшении высоты кольца

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

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

Правильная установка поршневых колец

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

Установка кольца руками, с увеличенным и неравномерным расжатием, значительно сокращает срок службы кольца.

Прижатие компрессионных колец к стенкам гильзы цилиндра

На этом рисунке видно, что газы из камеры сгорания через зазор между жаровым поясом поршня и стенкой цилиндра и через зазор между стенкой перегородки и поршневым кольцом попадают во внутреннюю полость поршневого кольца. При этом давление во внутренней полости верхнего компрессионного кольца практически равно давлению в камере сгорания.За счёт давления газов на внутреннюю поверхность кольца происходит дополнительное прижатие поршневого кольца к стенкам цилиндра. Некоторая часть газов также попадает во внутреннюю полость второго компрессионного кольца. Поскольку первое компрессионное кольцо дросселирует давление газов, давление во внутренней полости второго компрессионного кольца мотет быть равно 30 – 60%, от давления во внутренней полости первого компрессионного кольца.С учётом того, что все процессы в двигателе происходят достаточно быстро, давление из внутренних полостей поршневых колец не падает до следующего такта рабочего хода, это явление называется аккумулированием давления. Аккумулирование давления обеспечивает приемлемую работу поршневых колец, частично потерявших свою упругость в результате старения или перегрева. Потерявшие упругость поршневые кольца будут удовлетворительно работать на режиме высоких нагрузок двигателя, но при работе двигателя в режиме низких нагрузок поршневые кольца не обеспечат необходимое уплотнение. Поэтому, исправными можно считать поршневые кольца серийного легкового автомобиля, обеспечивающие прижатие к стенкам цилиндра за счёт собственной упругости.Некоторые производители поршневых колец заявляют, что до 90% усилия прижатия поршневых колец возникает за счёт давления рабочих газов двигателя. Возможно, кольца с подобными технически характеристиками подойдут только для специальных спортивных двигателей, постоянно работающих в диапазоне высоких оборотов и высоких нагрузок, Но вряд ли такое кольцо будет успешно работать в двигателе серийного автомобиля. Специально подготовленные поршневые кольца, как и многие другие детали двигателя, могут улучшить работу двигателя на строго определённых режимах оборотов и нагрузки. Но при этом значительно ухудшить работу двигателя на остальных режимах.

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

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

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

Форма второго компрессионного кольца отличается от формы первого компрессионного кольца. Иногда из-за своеобразной формы наружной поверхности второе компрессионное кольцо называется скребковымЭто кольцо работает не только как компрессионное, но и участвует в регулировании количества масла на стенках цилиндров, то есть частично выполняет задачу маслосъёмного кольца. Нижняя часть рабочей поверхности второго кольца изготавливается в виде скребка, который при перемещении поршня вниз снимает со стенок цилиндра лишнее масло. Нижнее компрессионное кольцо работает в значительно более лёгких условиях. И температура в зоне кольца и давление газов на кольцо (соответственно сила прижатия кольца к стенке цилиндра) значительно ниже по сравнению с подобными показателями, оказывающими воздействие на верхнее кольцо.

Оба компрессионные кольца допускается устанавливать только в одном положении. На верхней поверхности компрессионного поршневого кольца ставится метка «Т», «ТОР» или другие. Кольцо всегда устанавливается этой меткой вверх. Неправильно установленное поршневое кольцо, неправильно работает.

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

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

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

Поршневые кольца и их назначение

  • Для чего нужны поршневые кольца и какими они бывают.

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

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

    А поршневые кольца бывают разными?

    Кольца делятся на 2 типа:

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

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

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

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

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

    Правильная эксплуатация поршневых колец

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

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

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

    Видео о поршневых кольцах:

    Видео о замене поршневых колец:

    • Поршневые кольца: особенности уплотнения

    Немного теории

    Как отмечают специалисты Kolbenschmidt, поршневые кольца для двигателей внутреннего сгорания должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к динамичному линейному уплотнению. Они должны не только выдерживать тепловое и химическое воздействие, но и обладать определенными свойствами, а также выполнять следующий ряд функций.

    ·  Предотвращение (уплотнение от) просачивания газа из камеры сгорания в картер, чтобы не уменьшались давление газа и, соответственно, мощность двигателя.

    · Уплотнение, т. е. предотвращение просачивания смазочного масла из кривошипной камеры в камеру сгорания.

    ·    Создание маслянистой пленки определенной толщины на стенке цилиндра.

    ·     Распределение смазочного масла на стенке цилиндра.

    · Стабилизация движения поршня (перекос поршня). Прежде всего, у холодных двигателей и при еще достаточно большом рабочем зазоре поршня в цилиндре.

    ·   Передача тепла (теплоотдача) поршня к цилиндру.

    Свойства

    •  Незначительное сопротивление трения для того, чтобы не пропадала слишком большая часть мощности двигателя.

    • Хорошая сопротивляемость и износостойкость по отношению к термомеханической усталости, химическому воздействию и горячей коррозии.

    •  Поршневое кольцо не должно быть причиной усиленного износа внутреннего отверстия цилиндра, так как из-за этого может уменьшиться продолжительность срока действия двигателя.

    •  Большая продолжительность срока действия, надежность при эксплуатации и эффективность затрат в течение всего периода эксплуатации.

     Поршневые кольца решают три основные задачи.

    Первая — это уплотнение от отработавших газов. Основная задача компрессионных поршневых колец состоит в том, чтобы предотвратить пропускание отработавших газов между поршнем и стенкой цилиндра в картер. У большинства двигателей этого можно достичь с помощью двух компрессионных поршневых колец, которые вместе образуют газовый лабиринт.

    Из-за своей конструкции уплотнительные системы поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания не обеспечивают 100%-ю герметичность, так что через поршневые кольца небольшое количество просачивающегося газа всегда попадает в картер. Речь идет тем не менее о нормальном положении вещей, которого из-за конструкции невозможно полностью избежать. Однако усиленной передачи отработавших газов мимо поршня и стенки цилиндра нужно в любом случае избегать. Это повлекло бы за собой снижение мощности, повышенный приток тепла в элементы конструкции и потерю эффекта смазки. Срок службы и работа двигателя были бы вследствие этого поставлены под вопрос.

    Вторая задача — снятие масла и его распределение. Наряду с уплотнением между кривошипной камерой и камерой сгорания задачей поршневых колец является регулирование толщины масляной пленки. Масло посредством колец равномерно распределяется на стенке цилиндра. Его излишки счищаются в основном маслосъемным поршневым кольцом (3-е кольцо), а также и комбинированным и компрессионным поршневым кольцом (2-е кольцо).

    Третья задача — это отвод тепла. Основная часть тепла, поглощенного поршнем во время сгорания, отводится от поршневых колец в цилиндр. Особенно компрессионные поршневые кольца играют существенную роль при теплоотдаче. Таким образом, верхнее компрессионное поршневое кольцо (в зависимости от конструкций двигателя) отводит уже 50 % принятой поршнем теплоты сгорания на стенку цилиндра.

    Без этого непрерывного отвода тепла при помощи поршневых колец в течение нескольких минут появился бы задир поршня во внутреннем диаметре цилиндра или алюминиевый поршень просто расплавился бы. С этой точки зрения становится совершенно понятно, что поршневые кольца все время должны иметь хороший контакт со стенкой цилиндра. Если во внутреннем диаметре цилиндра появляются отклонения от круглости или поршневые кольца блокируются в кольцевой канавке (нагарообразование, грязь, деформация), то это только вопрос времени, когда из-за отсутствия теплоотдачи поршень пострадает от перегрева.

    В зависимости от выполняемых функций (решаемых задач) поршневые кольца могут быть различных видов. Эксперты Kolbenschmidt указывают: под цилиндрическими компрессионными поршневыми кольцами понимают кольца с прямоугольным поперечным сечением. Обе боковые поверхности кольца лежат параллельно друг к другу. Кольцо в этом исполнении является самым простым и самым распространенным видом компрессионных поршневых колец. Сегодня эта модель используется преимущественно в качестве первого компрессионного поршневого кольца у всех бензиновых, а также у некоторых дизельных двигателей для легковых автомобилей.

    Внутренние фаски и внутренние углы вызывают скручивание колец в установленном (натянутом) состоянии. Положение фаски и, соответственно, внутреннего угла в верхней кромке вызывает «положительное скручивание» колец.

    Компрессионные поршневые кольца с маслосъемной функцией — конические компрессионные поршневые кольца — выполняют двойную функцию. Они помогают компрессионному поршневому кольцу при герметизации от газов и маслосъемному поршневому кольцу при удалении масляной пленки. У всех видов двигателей (для легковых и грузовых автомобилей, бензиновых и дизельных) конические компрессионные поршневые кольца вставляются в основном во вторую кольцевую канавку.

    Маслосъемные поршневые кольца были сконструированы только для того, чтобы распределять масло на стенке цилиндре и снимать его излишки. Для улучшения уплотняющей и маслосъемной функции маслосъемные кольца имеют обычно два рабочих пояска. Каждый из этих поясков снимает лишнее масло со стенки цилиндра. Таким образом, как на нижней кромке маслосъемного поршневого кольца, так и между поясками появляется определенное количество масла, которое должно быть устранено из области кольца. При перекосе поршня в пределах внутреннего отверстия цилиндра уплотнение функционирует тем лучше, чем ближе друг к другу находятся оба кольцевых рабочих пояска.

    Прежде всего, то масло, которое снимается с верхнего маслосъемного пояска и появляется между кольцевыми рабочими поясками, должно быть устранено из этой области, так как иначе оно попадет за пределы маслосъемного поршневого кольца и тогда должно будет устранено вторым компрессионным поршневым кольцом. С этой целью маслосъемные поршневые кольца, неразъемные или состоящие из двух частей, имеют либо продолговатые прорези, либо отверстия между кольцевыми рабочими поясками. Через эти отверстия в самом кольце снятое с верхнего рабочего пояска масло выводится на его обратную сторону.

    Теперь дальнейший отвод снятого масла может происходить различными способами. Один из методов — доставка масла через отверстия в маслосъемной канавке на внутреннюю сторону поршня, чтобы оно могло оттуда капать в масляный поддон. При так называемых прорезях в оболочке снятое масло доставляется через выемку вокруг бобышки на внешнюю сторону поршня. Комбинация обеих конструкций также находит применение.

    Для отвода снятого масла оказались пригодными обе конструкции. В зависимости от формы поршня, способа сгорания или цели применения используется как одно, так и другое исполнение кольца. Теоретически нельзя отдать предпочтение одной из этих конструкций. Решение, какой метод подходит лучше для определенного поршня, устанавливается в процессе различных проверок на практике.

    У двухтактных двигателей смазывание поршня осуществляется топливной смесью. Поэтому из-за конструкции можно отказаться от маслосъемного поршневого кольца.

    По словам специалистов Kolbenschmidt, высокие требования, предъявляемые к поршневым кольцам, не могут быть выполнены только одним поршневым кольцом. Это можно осуществить только с помощью комбинации нескольких поршневых колец различных конструкций. В современном автомобильном моторостроении оправдало себя сочетание компрессионного поршневого кольца, комбинированного компрессионного и маслосъемного поршневого кольца и просто маслосъемного поршневого кольца. На сегодняшний день поршни более чем с тремя кольцами встречаются относительно редко. Более двух компрессионных поршневых колец не улучшают качество герметизации и лишь повышают потери на трение.

    Плохо это или хорошо, но эксперты уверяют: не существует ни лучшего поршневого кольца, ни лучшей оснастки поршня кольцами. Каждое поршневое кольцо — это «специалист» в своей области. Каждая конструкция кольца и подбор колец являются в конечном счете компромиссом абсолютно разных и частично противоположных запросов. Уже изменение только одного поршневого кольца может расстроить работу всего набора колец. Окончательный подбор поршневых колец для двигателя новой конструкции устанавливается принципиально не только после обширных тестовых прогонов на испытательном стенде, но и при нормальных условиях эксплуатации.

    Материалы для изготовления поршневых колец выбираются по наличию у них антифрикционных свойств и по условиям, при которых должны работать поршневые кольца. Хорошая эластичность и коррозионная стойкость важны точно так же, как и высокая сопротивляемость по отношению к повреждениям при экстремальных условиях эксплуатации. Серый чугун еще является на сегодняшний день основным материалом, из которого изготавливаются поршневые кольца. С трибологической точки зрения, серый чугун с содержащимся в его структуре прослойками графита обладает отличными антифрикционными свойствами (сухое смазывание графитом).

    Они важны особенно тогда, когда смазывание больше не обеспечивается моторным маслом или маслянистая пленка уже разрушена. Кроме того, графитовые жилки в структуре кольце являются своеобразным масляным резервуаром и при неблагоприятных условиях эксплуатации мешают разрушению маслянистой пленки.

    В качестве разновидностей серого чугуна используются следующие материалы:

    ·                     чугун с пластинчатой структурой графита (чугун с пластинчатым графитом), обогащенный и необогащенный;

    ·                     чугун с глобулярной структурой графита (чугун с шаровидным графитом), обогащенный и необогащенный.

    В качестве стальных материалов используются хромистая сталь с мартенситной микроструктурой и пружинная сталь. Для повышения износостойкости поверхности колец подвергаются закалке. Это происходит, как правило, с помощью нитрирования. Нитрирование обозначается на языке специалистов так же, как и азотирование (подача азота), и представляет собой метод закалки стали. Нитрирование проводится, как правило, при температуре от 500 до 520 °С. Время обработки — от 1 до 100 ч. На поверхности детали благодаря прямой диффузии азота образуется очень твердый поверхностный слой межсоединений из нитрида железа. В зависимости от времени обработки он может достигать толщины 10–30 мкм. Распространенными методами являются нитрирование в соляной ванне (например, коленчатых валов), газовое азотирование (поршневых колец) и нитрирование плазмой.

    Как часть уплотнительной системы, которая состоит из поршня, цилиндра, моторного масла и поршневых колец, поршневые кольца могут выполнять свои функции только по мере того, как это допускается со стороны функций остальных составных системы. Если эффективность уплотняющего компонента снижена именно износом, то вследствие этого понижается и полный КПД уплотнительной системы.

    Поэтому — специалисты Kolbenschmidt делают на этом особый акцент — повторное использование уже бывших в употреблении сопряженных с поршневыми кольцами элементов скольжения (поршня и цилиндра) должно происходить со смыслом и знанием дела. Уплотнительная система эффективна настолько, насколько эффективен ее самый слабый компонент. Поэтому нецелесообразно, и даже бессмысленно, пробовать при одной только замене поршневых колец привести в исправность двигатель. Если кольца изношены, то можно исходить из того, что это сопряженные с поршневыми кольцами элементы скольжения. Замена одних только колец при повторном использовании уже бывших в употреблении изношенного поршня или изношенной гильзы цилиндра не принесет желаемых результатов. Устранение недостаточной мощности или слишком высокого расхода масла является поэтому, скорее, безнадежной затеей и приносит, если вообще приносит, лишь кратковременный успех.

    Оценка бывших в употреблении поршней

    Если новые поршневые кольца натягиваются на уже бывший в работе поршень, то вопрос о повторном использовании поршня решает зазор кольца по высоте. Соответствующее поршневое кольцо вводится в очищенную кольцевую канавку и измеряется щупом для измерения зазоров. Тут надо учитывать что при повторном натягивании и снятии поршневого кольце на поршень/с поршня при определенных обстоятельствах происходит деформация материала поршневого кольца, которая ухудшает его работу.

    Если зазор кольца по высоте составляет 0,05–0,10 мм, то поршень можно использовать без сомнений. При зазоре 0,11–0,12 мм следует проявить повышенную осторожность, ну а если зазор превышает 0,12 мм — это говорит о том, что поршень изношен и должен быть заменен.

    Также обратите внимание — степень износа относится к внешним кромкам измеряемой кольцевой канавки, т. е. нельзя допустить, чтобы щуп для измерения зазоров толщиной 0,12 мм возможно было бы вставить между поршневым кольцом и поверхностью кольцевой канавки. В этом случае кольцевая канавка считается уже изношенной.

    Проварка зазора кольца по высоте в натянутом и ненатянутом состоянии невозможна у поршневых колец с поперечным сечением в форме трапеции. Из-за трапециевидной формы правильный зазор кольца по высоте в кольцевой канавке появляется только тогда, когда поршневое кольцо сжато до размера цилиндра или вставлено во внутренний диаметр цилиндра. Таким образом, измерение едва ли возможно. По этой причине при проверке нужно ограничиться внешним осмотром канавки на износ.

    Оценка бывших в работе цилиндров

    Блестящие рабочие поверхности цилиндров (цилиндры из серого чугуна)

    Блестящие, гладкие как зеркало поверхности цилиндров, на которых нет больше никаких рисок от обработки хонингованием, являются либо результатом естественного износа после длительного срока эксплуатации, либо результатом после недолгого использования из-за загрязнений и полусухого трения.

    Тот факт, что все риски от обработки хонингованием исчезли благодаря износу, является верным признаком того, что диаметр цилиндра изношен. Повторное измерение соответствующими измерительными приборами становится излишним. Такие отверстия цилиндров нужно в любом случае обновить (гильзы цилиндра) или вновь рассверлить и обработать хонингованием (блоки цилиндров двигателя).

    Блестящие места на рабочей поверхности цилиндра, ограниченные локально, по прошествии сравнительно короткого срока эксплуатации (структура хонингования в этом месте также полностью удалена) являются доказательством того, что в области блестящего места присутствовало смешанное трение и вследствие этого произошел повышенный износ стенки цилиндра. Для таких локально ограниченных блестящих мест есть две главные причины.

    Локально ограниченные блестящие места по причине перекоса цилиндра

    Из-за перекоса диаметр цилиндра в определенных местах теряет круглость. Блестящее место появляется при этом на месте возникновения перекоса. Поршневые кольца двигаются в этих сужениях и преимущественно там снимают слой материала. В месте повышения сужения при скольжении поршневого кольца, а также при связанном с этим скольжением точечном контакте со стенкой цилиндра отсутствует достаточное количество смазки и появляется смешанное трение. Причины:

    ·                     термический перекос из-за перегрева в некоторых местах. Он происходит по причине плохой передачи тепла (загрязнения) в охлаждающую среду;

    ·                     несоблюдение предписанных моментов затяжки, использование ошибочных уплотнительных колец круглого сечения или прочие перекосы от напряжения.

    Меры по устранению неисправности:

    •                     основательная чистка и при необходимости чистовая обработка глухого отверстия цилиндра у мокрых и сухих внутренних диаметров цилиндра;

    •                     точное соблюдение инструкции по затяжке при монтаже головки блока цилиндров;

    •                     регулярная чистка ребер охлаждения у цилиндров с ребрами, имеющих воздушное охлаждение;

    •                     обеспечение предписанного функционирования системы охлаждения (скорость циркуляции, чистота);

    •                     использование предписанных уплотнительных колец (размеры, состав материала).

    Блестящие и отполированные места в верхней части цилиндра

    В верхней части рабочей поверхности цилиндра, в месте движения жарового пояса, находятся полированные места. Причиной для этого являются твердые отложения на жаровом поясе, которые образуются из-за нерегулярного сгорания, плохого качества масла или низких температур сгорания, обусловленных частыми фазами холостого хода или режимом частичной нагрузки. Слой масляного нагара приводит при этом к абразивному износу на стенке цилиндра, к повреждению масляной пленки, к пулусухому трению, повышенному износу поршневых колец и, в свою очередь, к чрезмерному расходу масла.

    Меры по устранению неисправности:

    •                     предписанный режим двигателя;

    •                     использование моторного масла предписанного качества;

    •                     использование фирменного топлива;

    •                     предписанное техническое обслуживание, проверка и регулирование системы впрыска.

    Износ пазухи

    Износ пазухи появляется после длительной эксплуатации в точках возврата поршневых колец, в верхней и нижней мертвых точках. В этом районе скорость поршня меньше, а в точке возврата поршень даже на короткое время останавливается. Вследствие этого смазка становится хуже, так как поршневое кольцо из-за отсутствия относительной скорости какой-то момент больше не плывет по масляной пленке в направлении стенки цилиндра, и в связи с этим появляется металлический контакт кольца со стенкой цилиндра. Это можно пояснить на примере водных лыж. Как только скорость лодки становится недостаточной, они погружаются в воду.

    Благодаря конструкции износ пазухи в районе зоны возврата поршневого кольца, у верхней мертвой точки поршня, самый большой, так как здесь поверхность цилиндра подвержена горячему сгоранию и вследствие этого ухудшена смазка.

    Размер износа пазухи решает вопрос о повторном использовании гильзы цилиндра и, соответственно, блока цилиндров двигателя. Если износ пазухи превосходит указанные значения: на бензиновых двигателях — 0,10 мм, на дизельных — 0,15 мм, то гильза цилиндра должна быть заменена, а блок цилиндров двигателя, соответственно, должен быть обработан хонингованием. Если на другом месте внутреннего отверстия цилиндра тоже появился сильный износ, то, само собой разумеется, также и в этом случае действуют названные пределы износа.

    Если новый поршень вмонтировать в изношенное внутреннее отверстие цилиндра, то вследствие того, что кольцевые канавки нового поршня еще не имеют никакого износа, а у поршневых колец еще острые края, при эксплуатации кромка поршневого кольца ударяется об изношенный край цилиндра. Результат: большие механические силы, сильный износ и вибрация поршневого кольца вместе с высоким расходом масла.

    Геометрические характеристики цилиндра и круглость

    Эксперты Kolbenschmidt уверены: предпосылкой наилучшего уплотнения поршневого кольца являются превосходные геометрические характеристики цилиндра. Отклонения от цилиндрической формы, некруглость, ошибочные размеры и перекосы в диаметрах цилиндра — причины проблем с уплотнением у поршневых колец. Вследствие этого усиливается просачивание масла в цилиндр и газов из камеры сгорания в картер двигателя, возникают проблемы с температурой и мощностью. Все это опять-таки является причиной раннего износа и, не в последнюю очередь, повреждения поршня.

    Отклонения от круглости у отверстия делятся на следующие степени. Если говорят о совершенном диаметре цилиндра без каких-либо отклонений от круглости или формы в осевом направлении, то имеют в виду диаметр 1-го порядка. Овальные отверстия, которые часто объясняют допущенными ошибками при обработке или плохим отводом тепла, называют некруглостью 2-го порядка. Треугольные отклонения от круглости 3-го порядка — в большинстве случаев результат одновременных перекосов 2-го и 4-го порядков. Некруглость 4-го порядка или квадратные погрешности формы появляются, как правило, из-за перекосов, которые обусловлены затяжкой болтов крепления головки блока цилиндров.

    Размер отклонения от круглости может варьировать между нулем и несколькими сотыми долями миллиметра. Поэтому у некоторых двигателей по причине незначительного зазора, возникающего при сборке поршня и соответствующего рабочего зазора поршня, перекосы, составляющие более чем одну сотую долю мм (0,01 мм), могут быть уже слишком большими. Поршневые кольца могут уплотнять лишь незначительные отклонения от круглости 2-го порядка, т. е. немного овальные диаметры цилиндра и легкие трапециевидные формы в осевом направлении. Отклонения от круглости З-го и 4-го порядков, которые часто возникают из-за перекосов винтов и/или ошибок, возникающих при обработке, очень скоро доводят поршневые кольца до пределов их уплотняющих способностей. У конструкций поршня более новых моделей, у которых высота поршневого кольца равна приблизительно 1 мм или и того меньше, проблема герметизации при некруглых диаметрах цилиндра все больше обостряется. Конструктивное уменьшение высоты поршневого кольца служит сокращению потерь на трение внутри двигателя и вместе с этим сокращению расхода топлива. Уменьшение поверхностей прилегания таких колец к стенке цилиндра требует от них меньшей упругости. Иначе специфическое давление на поверхность колец было бы слишком большим, и тогда ухудшились бы трибологические свойства. При правильной геометрии отверстия это конструктивное уменьшение упругости поршневого кольца не имеет неблагоприятного воздействия. Кольца очень хорошо уплотняют, вызывают только незначительные потери на трение и имеют продолжительный срок службы. Тем не менее при некруглых и перекошенных цилиндрах более низкая упругость поршневых колец приводит к тому, что кольца совсем или очень медленно пригоняются к стенке цилиндра и, таким образом, не могут, как это предписано, уплотнять.

    Причины отклонений от круглости и перекосов во внутренних диаметрах цилиндра

    Отклонения от круглости и перекосы во внутренних диаметрах цилиндра могут иметь следующие причины.

    •   Температурные деформации в режиме эксплуатации по причине плохого теплоотвода, происходящего из-за ошибки в системе циркуляции охлаждающего вещества, или у двигателей с воздушным охлаждением из-за загрязненных, замасленных ребер охлаждения и/или по причине возникновения проблем с вентиляцией. Локальные перегревы рабочей поверхности цилиндра приводят к чрезмерному тепловому расширению в этой области и вместе с тем к отклонениям от идеальной цилиндрической формы.

    •  Температурные деформации конструктивного вида, происходящие из-за различных тепловых расширений при работе двигателя.

    •   Температурные деформации из-за плохого смазывания и недостаточного охлаждения во время обработки цилиндра.

    •    Отклонения от круглости из-за слишком высокого давления, возникающего при обработке, или из-за применения неправильных инструментов при хонинговании.

    •  Перекосы диаметров цилиндра от напряжения из-за погрешностей формы и затяжка болтов, не отвечающая правилам.

    Дополнительная обработка уже бывших в работе внутренних отверстий цилиндров

    Специалисты Kolbenschmidt констатируют: часто на практике при замене поршня или при смене поршневых колец работают с так называемыми хонинговальными щетками или с рессорными хонинговальными брусками. Тем не менее с хонингованием эти действия имеют мало общего. При этом более или менее изношенная рабочая поверхность цилиндра подвергается лишь чистке и делается немного шероховатой. Этим нельзя добиться улучшения геометрических характеристик цилиндра. Вследствие того что шлифовальные инструменты нагружены усилием пружины, они точно следуют за каждым отклонением от круглости и каждым перекосом, но все-таки без улучшения при этом геометрии цилиндра. Благодаря меньшему давлению прижима едва ли можно достичь достаточной высоты неровностей поверхности, которая могла бы способствовать улучшению смазки. Вследствие этого появляется большее сопротивление трения для новых поршневых колец, которые немного быстрее прирабатываются к стенке цилиндра. Таким образом, данный износ поверхности цилиндра невозможно предотвратить или уменьшить. Если поршневые кольца изношены, то, исходя из опыта, также и стенка цилиндра изношена в равной мере. Замечательный вид внутреннего отверстия цилиндра не должен вводить в заблуждение, так как здесь речь идет больше о «косметической операции», чем об имеющих смысл методах ремонта.

    Группа Motor Service — это организация по сбыту продукции концерна Kolbenschmidt Pierburg, активно действующая на мировом рынке обслуживания автомобилей. Она является ведущей фирмой, предлагающей компоненты двигателей для свободного рынка запасных частей высококачественных марок Kolbenschmidt, Pierburg и TRW Engine Components. Широкий и всеобъемлющий ассортимент позволяет заказчикам приобретать детали двигателей из одних рук. Для решения задач торговых предприятий и мастерских она, являясь дочерней фирмой крупного поставщика автомобильной промышленности, предлагает также обширный набор услуг и технические компетенции.

    Ошибочные оценки тепловых зазоров поршневых колец

    Эксперты Kolbenschmidt обращают внимание: тепловые зазоры некоторых новых компрессионных поршневых колец становятся предметом рекламации. В отличие от обычных тепловых зазоров поршневых колец в диапазоне от 0,3 до 0,6 мм их размеры составляют от 1 до 2 мм и поэтому считаются слишком большими. Особенно это касается второго компрессионного поршневого кольца, в отношении которого часто предполагаются ошибочная поставка или производственный дефект.

    На самом деле до 90 % общего усилия прижима компрессионных поршневых колец создается во время такта расширения за счет давления сгорания. Отработавшие газы проникают в кольцевые канавки и таким образом попадают на обратные стороны поршневых колец. Там под действием давления сгорания увеличивается усилие прижатия поршневых колец к стенке цилиндра, что оказывает влияние на первое компрессионное поршневое кольцо и в меньшей степени на второе компрессионное поршневое кольцо.

    На холостом ходу и в режиме частичной нагрузки давление сгорания ниже, чем в режиме полной нагрузки. Из-за этого компрессионные поршневые кольца с меньшей силой прижимаются к стенке цилиндра, что отражается в первую очередь на функции съема масла второго компрессионного поршневого кольца. У определенных двигателей это приводит к повышению расхода масла.

    По указанным выше причинам изготовители двигателей выполняют конструктивную подгонку (увеличение) тепловых зазоров поршневых колец. Благодаря увеличенному зазору газы под давлением сгорания быстрее проникают в кольцевую канавку и тем самым на обратную сторону поршневого кольца. За счет этой меры улучшаются маслосъемная и герметизирующая функции, а вместе с этим уменьшается расход масла при работе на холостом ходу и е режиме частичной нагрузки. Все поставляемые компанией Motor Service поршневые кольца соответствуют спецификациям изготовителей двигателей. Благодаря этому обеспечивается полное соблюдение всех функциональных параметров.

    И еще. Широко распространено мнение, что большие тепловые зазоры поршневых колец служат причиной повышенного расхода масла. Однако это предположение по уверениям экспертов Kolbenschmidt ошибочно. Увеличенные тепловые зазоры поршневых колец вызывают незначительное увеличение прорыва газов, но не повышенный расход масла. Правильно следующее: по мере износа поршневых колец увеличиваются их тепловые зазоры. Функциональные параметры поршневого кольца с уменьшенным сечением ухудшаются, в результате чего он больше не обеспечивает надлежащей герметизации. Как увеличенный тепловой зазор, так и повышенный расход масла являются последствиями радиального износа поршневых колец.

    Смотрите также

     

    "Питер - АТ"
    ИНН 780703320484
    ОГРНИП 313784720500453

    Новости