Поршневые кольца

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Несжатые поршневые кольца: два верхних — компрессионные, нижнее — маслосъёмное.
Два компрессионных поршневых кольца, установленные на поршне двухтактного бензинового двигателя мотороллера. В канавке находится стопорный штифт.
Поршневые кольца на ГАЗ-52, два типа:
1 — компрессионные кольца
2 — чугунное маслосъёмное
Справа составное маслосъёмное кольцо:
3 — радиальный расширитель
4 — осевой расширитель
5 — тонкие стальные маслосъёмные кольца, верхнее и нижнее

Поршневы́е ко́льца — это незамкнутые кольца, которые с небольшим зазором (до нескольких сотых долей миллиметра) посажены в канавках на внешних поверхностях поршней в поршневых двигателях, таких как двигатели внутреннего сгорания или паровые двигатели.

Функции поршневых колец[править | править вики-текст]

Поршневые кольца выполняют три главные функции:

  1. уплотнение (герметизацию) камеры сгорания (или камеры расширения). Компрессионные кольца повышают компрессию, с изношенными, поломанными или залёгшими кольцами двигатель потеряет мощность или вообще не запустится.
  2. улучшение теплопередачи через стенку цилиндра, отводят лишнее тепло от поршня, не допуская перегрева.
  3. уменьшение расхода моторного масла (во всех четырёхтактных двигателях и в дизельных двухтактных двигателях).[1]

Устройство поршневых колец[править | править вики-текст]

Замок[править | править вики-текст]

Стык (носит название замок) между концами поршневого кольца сжимается до нескольких сотых долей миллиметра, когда поршень установлен в цилиндре. Замок бывает прямой или косой (у четырёхтактных двигателей).

Кольца в канавках разворачивают таким образом, чтобы угол между замками был равным, если три кольца — тогда разворачивают на 120°, если два — то на 180°. Таким образом получается лабиринт, уменьшающий прорыв газов.

Компрессионные кольца[править | править вики-текст]

Основной функцией компрессионных (верхних) колец является герметизация камеры сгорания.

Более трёх компрессионных колец на поршень обычно не устанавливают, так как степень уплотнения поршня увеличивается незначительно, а потери на трение заметно возрастают.

На двухтактных бензиновых двигателях устанавливают, как правило, только два компрессионных кольца. Кольцо в замке соответствует форме и расположению стопорного штифта (предохраняет от проворачивания и повышает компрессию, устанавливается только на двухтактных бензиновых двигателях).

Обычно поперечное сечение компрессионного поршневого кольца имеет прямоугольную форму. Край кольца имеет либо цилиндрические профиль (верхнее уплотнительное кольцо), либо фаску, либо сужающуюся по натуральному логарифму форму (второе уплотнительное кольцо). При работе кольца несколько скручиваются благодаря зазору в канавке, что облегчает их приработку.

Маслосъёмные кольца[править | править вики-текст]

В бензиновых двухтактных двигателях маслосъёмные кольца не нужны. Специальное масло сгорает вместе с топливом.

Нижнее кольцо называется маслосъёмным и предназначено для снятия лишнего моторного масла, которое смазывает поверхность цилиндра, поршня и уплотнительные кольца. Кольцо сконструировано таким образом, чтобы оно оставляло масляную плёнку толщиной несколько микрометров на поверхности стенок цилиндра, по мере того как поршень опускается. В канавке маслосъёмного кольца на поршне имеются радиальные отверстия или прорези, по которым снимаемое со стенки цилиндра масло сбрасывается в картер.

Маслосъёмные кольца выпускаются или чугунные литые с прорезью (показано на нижней фотографии слева) или стальные составные с пружинами-расширителями. Составное кольцо состоит из тонкого верхнего и нижнего кольца и двух расширителей (радиального и осевого). Иногда на поршень устанавливается пара маслосъёмных колец (литых или составных).

Составные стальные кольца несколько дешевле в производстве, легче устанавливаются, поэтому встречаются чаще литых чугунных.

Поломка или износ колец вследствие нагрузок в цилиндре[править | править вики-текст]

Поршневые кольца подвергаются износу, когда они двигаются вверх и вниз вместе с поршнем в цилиндре. Износ происходит как вследствие взаимодействия с механическими деталями (стенками цилиндра и поршневыми канальцами), так и вследствие воздействия на них горячих отработанных газов. Имеет место также химический износ, так как в топливе (особенно в дизельном) содержится сера. Для минимизации степени износа их изготовляют из износостойких материалов, таких как чугун, и они имеют специальное покрытие, повышающее износостойкость. Обычно верхнее кольцо и кольцо, регулирующее подачу смазки, покрываются хромом или оловом[2] или нитридами[3], в частности, с помощью плазменного напыления[4] или имеют керамическое покрытие, созданное с помощью PVD-процесса[5]. Для улучшения параметров трения и ещё большего улучшения износостойкости, многие современные дизельные двигатели имеют верхнее поршневое кольцо, покрытое модифицированным пористым хромом с помощью процесса, известного как CKS[2] или GDC[2], который имеет включения из частиц алмазов или оксида алюминия.

Кроме износа можно встретить поломку кольца на несколько частей, а также залегание (закоксовывание) из-за того, что в канавке скопились несгоревшие частицы сажи, масла и др.

Подгонка новых поршневых колец[править | править вики-текст]

При работе происходит износ двигателя, в цилиндре набивается овал и ступеньки, в основном в верхней части цилиндра. Изнашиваются кольца, а также поршни.

При капитальном ремонте изношенный цилиндр, как правило, подвергают растачиванию и/или хонингованию, устанавливаются новые ремонтные поршни несколько большего диаметра (на автомобильных двигателях следующий ремонтный размер, как правило, на 0,5 мм больше) и кольца ремонтного размера.

Поршень должен иметь хорошо подогнанную, но свободную посадку в цилиндре. Смазанный моторным маслом поршень должен под своим весом плавно опускаться в цилиндре. Если поршень будет иметь слишком плотную посадку, то тепловое расширение вследствие нагревания может привести к заклиниванию поршня в цилиндре. В свою очередь, заклинивание может привести к серьёзным повреждениям двигателя. С другой стороны, если зазор между поршнем и стенками цилиндра слишком велик, значительная часть отработанных газов будет под давлением просачиваться через этот зазор в картер, портить моторное масло, повышать давление в картере, способствуя утечке масла через манжеты и прокладки. Это также приводит к снижению силы давления поршня на коленчатый вал и к снижению мощности. В то же время, поршневые кольца, благодаря наличию разрыва (кольцо не замкнуто), могут в небольших пределах изменять свой диаметр, что позволяет избежать заклинивания. Этого небольшого изменения диаметра достаточно, чтобы компенсировать температурное расширение и сжатие. Если кольца без поршня вставить в новый или отремонтированный цилиндр, то зазор должен составить около 0,2—0,4 мм (более конкретные данные — см. инструкцию по эксплуатации). Если зазор меньше — кольца подтачивают надфилем, если больше — устанавливают из большего ремонтного набора.

Над канавками кольца проводят, подкладывая под них тонкие металлические пластинки (несколько штук по длине окружности).

При установке поршня с кольцами в цилиндр, последние надо сжать. Для этого применяется специальный инструмент.

Примечания[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]