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

Компрессионные кольца поршневые


Поршневая группа: поршневые компрессионные кольца — DRIVE2

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Справочная и техническая информация о деталях двигателей

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

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

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

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

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

изображение колец описание поршневых колец
R-Цилиндрическое компрессионное поршневое кольцо.ET-Полутрапециевидное компрессионное поршневое кольцо.T-Трапециевидное компрессионное поршневое кольцо 6º/15 .
M-Коническое поршневое компрессионное кольцо.SM-Коническое поршневое компрессионное кольцо с уменьшенным углом наклона рабочей поверхности.N-Скребковое компрессионное поршневое кольцо.NM-Скребковое коническое компрессионное поршневое кольцо.
S-Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо с прорезями.
G-Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо с параллельными фасками.
D-Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо со сходящимися фасками.
SSF-Коробчатое прорезное маслосъемное поршневое кольцо.
GSF-Маслосъемное коробчатое поршневое кольцо с параллельными фасками с витым пружинным расширителем.
DSF-Маслосъемное коробчатое поршневое кольцо со сходящимися фасками и витым пружинным расширителем.
SLF-Маслосъемное поршневое кольцо со стальными пластинами.
UF-U-образное пружинное маслосъемное поршневое кольцо.
SEF-Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо с прорезями и с расширителем.
FF-Фасонное эластичное маслосъемное поршневое кольцо.

Мат.часть Поршневые кольца — DRIVE2

Поршневые кольца по назначению делятся на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца предупреждают прорыв газов в картер двигателя в процессах сжатия и расширения, а также из картера в цилиндров процессе впуска. Кроме того они служат для отвода тепла от поршня. Кольца нагреваются от соприкосновения с горячими газами, канавками поршня, а также от трения о зеркало цилиндра. Во время работы давление колец на стенки цилиндра увеличивается за счет того, что газы дополнительно прижимают его к стенкам цилиндра. Существуют также поршни с дополнительными отверстиями для еще большего прижатия кольца за счет сгоревших газов.

Поршневые кольца обычно изнашиваются гораздо раньше других деталей двигателя и именно их выход из строя определяет ресурс работы двигателя до ремонта. Поэтому конструкции колец и их производству уделяется повышенное внимание. Большинство поршневых колец изготавливают индивидуальной отливкой из легированного чугуна, затем обрабатывают по копиру для придания такой формы которая после установки в цилиндр обеспечивает заданную эпюру давления. При мелкосерийном производстве, например при ремонтных работах, отливается маслота (цилиндр заданной формы), которая затем обрабатывается по копиру и разрезается на отдельные кольца.

Известно что по мере износа давление кольца в зоне его замка снижается быстрее, чем в других зонах, В зоне 50-70 градусов от замка давление увеличивается. Поэтому для увеличения срока службы, а также для предотвращения радиальных вибраций форму кольца в свободном состоянии выбирают так, чтобы при установке в цилиндр в зоне замка давление было в несколько раз больше среднего (до 2.8) По мере износа давление в месте замка снижается но остается достаточно высоким, что существенно увеличивает их ресурс. Современные кольца чаще выполняют с увеличением давления замка в 1.6-1.8 раз.

Для увеличения ресурса поверхность верхнего компрессионного кольца, на которое действует повышенное давление газов покрывается пористым хромом, молибденом или другим износостойким материалом. Для лучшей при работки наружная поверхность выполняется конической (с углом до 10 градусов) или бочкообразной. Но при этом существенно увеличивается их стоимость.В массовом производстве для улучшения герметичности, особенно в период обкатки, применяются торсионные кольца. К кольце делаются прямоугольные или конические проточки. В верхнем компрессионном кольце проточка делается внутри сверху. При этом обеспечивается высокий ресурс. Во втором кольце проточка делается внизу снаружи. Компрессионное кольцо с наружной проточкой частично выполняет роль маслосъемного кольца. При установке кольца в цилиндр оно сжимается, обеспечивая повышенное давление в нижней части кольца и, следовательно, более быструю приработку в этой части. Для предотвращения залегания колец в канавках при отложении смол торцовые поверхности выполняются коническими.

Одним из основных показателей, характеризующих уровень износа и межремонтный пробег, является расход моторного масла на угар. Поэтому особое внимание уделяется конструкции маслосъемных колец. Один из вариантов чугунное кольцо со стальным расширителем в виде спиральной пружины. Другой, более часто встречающийся вариант-два стальных кольца и два расширителя, прижимающие кольца к цилиндру и к стенкам канавки. Существуют бифункциональные стальные расширители, обеспечивающие заданное давление на торцы канавки и на стенки цилиндра. Тонкие стальные как компрессионные, так и маслосъемные кольца с хромированной поверхностью обеспечивают хорошее прилегание к цилиндру даже при нарушении его геометрической формы, например при сильном износе или некачественно ремонте. Поэтому их часто применяют при ремонтных работах.

Для компенсации линейного расширения кольца выполняют разрезными. У большинства колец замок прямой. Чтобы уменьшить прорыв газов, иногда замок разрезают под небольшим углом или делают его ступенчатым. Однако при этом существенно усложняется производство. В двухтактных двигателях с контурной продувкой предусматривается такая фиксация колец, чтобы кольцо в зоне замка не попадало на впускное и продувочные окна цилиндра. Для фиксации кольца от поворота в поршень запрессовывается стопор

Поршневые кольца двигателя. Основное назначение. — DRIVE2

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

Поршневые кольца по назначению разделяют на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца предотвращают порыв газов из камеры сгорания в картер. Наружный диаметр кольца в свободном состоянии больше внутреннего диаметра цилиндра, поэтому часть кольца вырезана. Вырез в поршневом кольце называют замком.

Маслосъемные кольца препятствуют проникновению масла из картера в камеру сгорания, снимая излишки масла со стенки цилиндра. Их устанавливают ниже уровня компрессионных. Они в отличии от компрессионных колец имеют сквозные прорези.

Из чего делают кольца двигателя?

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

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

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

Верхние компрессионные кольца двигателя

Существует много конфигураций верхнего компрессионного кольца и различия между некоторыми трудно уловимы. К примеру, кольцо может иметь преднамеренное небольшое перекручивание. Другими словами, верхняя и нижняя поверхности кольца не лежат плоско в канавке для кольца, а слегка наклонены, и только верхний или нижний край лицевой (рабочей) поверхности контактирует с отверстием цилиндра.

Кольца сконструированы таким образом, чтобы ускорить приработку поверхностей поршневых колец и стенок цилиндров и помогать уплотнению кольца в верхней и нижней частях канавки для кольца. Величина перекручивания кольца очень мала и оно обычно делается путем стачивания фаски на внутреннем крае кольца.

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

Второе компрессионное и маслосъемное кольца двигателя

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

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

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

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

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

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

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости