Поршневые кольца двигателя внутреннего сгорания

Поршневые кольца — 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) и поршневых компрессорах.

Основные параметры

Классификация типовых конструкций и основные размеры поршневых колец для нового проектирования двигателей — по приложению 2 для колец диаметром свыше 300 мм — по рабочим чертежам.

Допускается совмещать элементы конструкции колец различных типов или применять новые конструктивные решения, а также устанавливать радиальную толщину, высоту и зазор в замке кольца в рабочем состоянии по согласованию между изготовителем и потребителем.

Ремонтные увеличения диаметров поршневых колец двигателей автомобилей, мотоциклов и мопедов, поставленных на производство после 1 января 1982 г., должны соответствовать указанным в табл.

Технические требования

Поршневые кольца следует изготовлять в соответствии с требованиями настоящего стандарта по рабочим чертежам, утвержденным в установленном порядке. Характер распределения радиальных давлений кольца на стенку цилиндра — по рабочим чертежам. Верхние компрессионные кольца для тракторных и комбайновых двигателей должны иметь износостойкое покрытие.

Параметр шероховатости RA по ГОСТ 2789 должен быть, мкм, не более:

• 0,63 — для рабочих поверхностей с твердым износостойким покрытием и торцевых поверхностей; на торцевых поверхностях допускается наличие отдельных участков (не более 20% общей поверхности) с параметром шероховатости не более 0,8;
• 0,80 — для конической торцевой поверхности трапециевидных компрессионных колец; допускается наличие отдельных участков (не более 20% общей поверхности) с параметром шероховатости не более 1,25;
• 2,50 — для рабочих поверхностей без покрытия.

Все поршневые кольца с износостойким покрытием для двигателей автомобилей, мотоциклов и мопедов, поставленных на производство после 1 января 1982 г., а также кольца симметричного профиля для тракторных и комбайновых дизелей должны иметь 100%-ный (360°) контакт с поверхностью гладкого кольцевого калибра номинального диаметра.

Все поршневые кольца без износостойкого покрытия для двигателей автомобилей, мотоциклов и мопедов, поставленных на производство после 1 января 1982 г., кольца несимметричного профиля для тракторных и комбайновых дизелей, а также кольца симметричного профиля для судовых, тепловозных и промышленных дизелей должны иметь не менее 90% (324°) контакта с поверхностью калибра при обязательном прилегании на участке 15° с каждой стороны замка.

Поршневые кольца несимметричного профиля для судовых, тепловозных и промышленных дизелей должны иметь не менее 85% контакта с поверхностью калибра.

Расположение участков потери контакта кольца с калибром и значения допустимых радиальных зазоров, в том числе для колец двухтактных двигателей, — по рабочим чертежам.
На поверхностях колец не допускаются:

1. трещины, забоины, рыхлости, следы засоренности инородными включениями и следы коррозии;
2. раковины и вмятины на участке, ограниченном дугой 30°, расположенном в 180° от замка, на торцевых поверхностях друг над другом и над дренажными пазами, на других участках размером более 0,5 мм и глубиной более 0,3 мм более 3 шт., на рабочей поверхности — на расстоянии менее 10 мм между ними и 0,5 мм от кромок рабочей поверхности кольца;
3. сколы более 0,5 мм на острых углах замка по внутренней поверхности кольца и на внутренних поверхностях дренажных пазов маслосъемных поршневых колец, а также 0,3 мм на рабочей кромке замка;
4. след от вывода инструмента глубиной более 0,1 мм и шириной более 0,3 мм на внутренней поверхности кольца.

Видимые признаки — раковины, вмятины, заусенцы, выкрашивание, царапины, газовая сыпь, дефекты шлифования размером до 0,01 мм, для которых не существует экономически обоснованных методов контроля, допускается контролировать визуально.

Какие бывают

Маслосъемные кольца препятствуют проникновению масла из картера в камеру сгорания, снимая излишки масла со стенки цилиндра. Их устанавливают ниже компрессионных. Они в отличие от компрессионных колец имеют сквозные прорези или состоят из двух колец скребкового типа. На поршни некоторых двигателей устанавливают составные маслосъемные кольца, изготовленные из двух стальных дисков и двух пружинных расширителей — осевого и радиального. Осевой расширитель, расположенный между дисками, плотно прижимает их к стенкам канавки поршня. Радиальный расширитель плотно прижимает диски к цилиндру. Сборные кольца хорошо прилегают к поверхности цилиндра и обеспечивают низкий расход картерного масла.

Маслосъемные кольца устанавливаются на уровень ниже по отношению к компрессионным. В отличие от цельной структуры компрессионных, они производятся со сквозными прорезями (из литого чугуна), либо составными с расширяющими пружинами (из стали). Составные кольца представляют собой одно тонкое верхнее кольцо, одно нижнее и два расширителя (осевой и радиальный). В зависимости от типа поршня и двигателя можно устанавливать пару маслосъемных колец. Данный тип колец выпускают трех видов:

• хромированные,
• нехромированные,
• стальные.

Герметизация камеры расширения или сгорания; увеличение компрессии, благодаря чему двигатель может работать и запускаться. Уменьшение общего расхода моторного масла машины (для всех четырехтактных и дизельных двухтактных двигателей); при этом должна обеспечиваться достаточная смазка всех скользящих элементов. Удерживание отработавших газов от попаданий их в картер. Отвод лишнего тепла от работающего поршня, чем не допускается его перегрев и нормализуется теплопередача через стенки цилиндров.

Где устанавливаются кольца

Место установки и тип поршневых колец зависит от их профиля использования. Комплектация колец на цельный поршень будет отличаться от комплектации составного поршня, так как последний включает в себя промежуточное второе кольцо.

Перед непосредственной установкой новых деталей, необходимо провести тщательную очистку поршней и гильзы. Кроме того, в процессе демонтажа поршневой группы, важно не нарушить строгую укомплектованность деталей. Специалисты рекомендуют ставить для себя метки на их нерабочих поверхностях. Это будет гарантией нормальной эксплуатации всех деталей блока управления двигателя. Перечень поршневых колец для цельного поршня двигателя:

Самым верхним устанавливается компрессионное кольцо с трапециевидным сечением без прорезей и скручивания.

Второй устанавливается деталь прямоугольного сечения, оснащенная срезанным углом, что обеспечит простое скручивание. Наличие конусного выреза на различных двигателях может находиться как сверху, так и снизу.

Нижней размещается маслосъемная запчасть.

Перечень поршневых колец для составного поршня:

• Сверху устанавливают компрессионную деталь трапециевидного сечения, важно, чтобы она была без прорезей и скручивания.
• Промежуточно размещается поршневое кольцо с положительным скручиванием и наличием конусного выреза по верхнему краю запчасти.
• Внизу устанавливают маслосъемную деталь.

Неисправности

Основной неисправностью поршневых колец является их износ в процессе продолжительной эксплуатации. Ресурс поршневых колец двигателей отечественных автомобилей приблизительно равен 150000 км., вернее состояние соединения между поршневыми кольцами и стенками цилиндров. Кольца современных автомобилей передовых производителей могут служить до 300000 км, правда, иногда приходится слышать от владельцев, что двигатель их автомобиля уже прошёл 500000 км. Пробег лучших грузовых автомобилей-тягачей может быть более 1000000 км.

Но эти пробеги могут быть значительно уменьшены неправильной эксплуатацией. К ускоренному износу поршневых колец приводит несвоевременная замена масла в двигателе, использование не подходящего для этого двигателя или загрязнённого мала.

Несвоевременная замена воздушного фильтра и, тем более, эксплуатация автомобиля вообще без воздушного фильтра или езда по пыльным дорогам. Применение некачественного топлива или несвоевременная замена топливного фильтра. К тяжёлым условиям можно отнести постоянную эксплуатацию автомобиля в городских пробках. Очень вредны для колец кратковременные поездки, при которых двигатель не успевает прогреться до нормальной рабочей температуры, особенно в зимнее время.

Не допускается эксплуатация двигателя с высокими нагрузками, до его полного прогрева. Система управления двигателя некоторых высокофорсированных автомобилей не позволяет двигателю развивать полную мощность, пока температура масла в двигателе не достигнет установленного предела. Именно масла, а не охлаждающей жидкости системы охлаждения.

Бывают случаи быстрого, лавинообразного разрушения поршневых колец. Это может произойти или из-за сильного перегрева двигателя, или в результате работы двигателя в условиях недостаточной смазки. В таких случаях возможно заклинивание колец в цилиндре, образование задиров на стенках цилиндра и поршне, разрушение поршневых колец и перегородок между кольцевыми канавками поршня. Такое состояние двигателя диагностируется достаточно легко.

Признаком недопустимого износа поршневых колец является повышенное потребление масла. Если двигатель малолитражного автомобиля расходует более 0,5 литра масла на 1000 км и при этом при трогании с места после остановки перед светофором наблюдается появление из системы выпуска сизого дыма, можно предположить, что поршневые кольца двигателя имеют недопустимый износ. В этом случае может наблюдаться повышенное давление картерных газов двигателя, которое можно определить, отсоединив шланг системы принудительной вентиляции картера двигателя. Также о большом давлении картерных газов свидетельствуют протечки масла через сальники, прокладки и другие уплотнения двигателя.

Для более точного диагностирования необходимо проверить компрессию в цилиндрах двигателя и проверить состояние цилиндропоршневой группы методом утечки сжатого воздуха. Первоначально компрессионное поршневое кольцо в разрезе имело достаточно простую прямоугольную форму, но со временем форма колец стала значительно сложнее. Кольцо имеет наружную (рабочую) поверхность, непосредственно соприкасающуюся со стенками цилиндра, внутреннюю поверхность, направленную в сторону центра окружности кольца и две боковые поверхности, верхнюю и нижнюю.

В результате эволюции двигателя форма разреза кольца перестала быть прямоугольной. Для обеспечения большей долговечности кольца, его более быстрой притирке к поверхности цилиндра, уменьшения вероятности закоксовывания колец в канавках поршня и для обеспечения других рабочих характеристик кольца форма разреза кольца стала довольно сложной и очень разнообразной.

Конусная рабочая поверхность делается для обеспечения более лёгкой притирки поршневых колец к зеркалу цилиндра в период обкатки двигателя. Для этих же целей делаются кольца с закруткой. Кольца, имеющие проточки или фаски на внутреннем диаметре, при сжатии закручиваются. Кольца с закруткой уменьшают способность колец к радиальным вибрациям и улучшают удаление масла со стенок цилиндра при движении поршня вниз, оставляя необходимую масляную плёнку при движении поршня вверх.

Кольцо, имеющее проточку или фаску в верхней части внутренней поверхности при сжатии принимает положительную закрутку, то есть наружная поверхность поднимается вверх. Кольцо, имеющее проточку или фаску в нижней части внутренней поверхности при сжатии принимает отрицательную закрутку, то есть наружная поверхность опускается вниз. Поршневые кольца, имеющие форму односторонней или двух сторонней трапеции, уменьшают возможность закоксовывания колец в канавках поршня.